1 Computersimuleringer af Molekylære Systemer Ulf Rørbæk Pedersen Ph.D. studerende ved Center for glas og tid Roskilde Universitetscenter (RUC)

2 Oversigt Hvad er en molekyledynamik-simulering? Hvad er en molekyledynamik-simulering? Et lille eksempel: Tumling modellen Et lille eksempel: Tumling modellen Simulering af en cellemembran Simulering af en cellemembran Simulering af glas Simulering af glas

3 Newtons mekanik Bevægelses ligningerne Bevægelses ligningerne F: Kræft [kg  m/s] a: acceleration [m/s 2 ] v: hastighed [m/s] x: sted [m]

4 Energier og kræfter mellem atomer Model

5 Dynamik: ”Tumling” molekylet

6 ”Tumling” dråber

7 Typiske tal for en MD-simulering Længdeskala: m til m Længdeskala: m til m Tidsskala: s til s Tidsskala: s til s Antal atomer: til Antal atomer: til Regnetid: Fra nogle minutter på 1 cpu til måneder på 128 cpu’er Regnetid: Fra nogle minutter på 1 cpu til måneder på 128 cpu’er

8 Den biologiske membran En cellemembran

9 En model af en cellemembran

10 En vandkanal i en cellememban

11 En vandkanal i en cellememban

12 Bedøvelsesmidler

13 Alkohol i en membran n-hexanol og DMPC

14 Areal pr. Phospholipid

15 Voronoi Volumener

16 Lateral diffusion Mobiliteten stiger ved tilsætning af n-hexanol

17 Ca 2+ i membraner

18 Glas

19 Glas er en stivnet væske

20 Nedkøling af en væske (toluen) Toluen ved 300 KNedkøling fra 325 K til 175 K Bevægelsen af et molekyle i en væske

21 Massetæthed af toluen som funktion af temperaturen

22 Toluen ved 175 K

23Diffusion T=325 K

24 Opsummering MD-simuleringer kan bruges til at undersøger molekylære systemer på nano meter skalaen MD-simuleringer kan bruges til at undersøger molekylære systemer på nano meter skalaen Give en detaljeret indsigt i fysiske fænomener Give en detaljeret indsigt i fysiske fænomener Men det er en model af virkeligheden Men det er en model af virkeligheden

25 Tak for jeres opmærksomhed Ulf Rørbæk Pedersen

26 Kraftfelt: CHARMM27 med modificerede ladninger i DMPC hovedgruppen MD-simuleringer Bevægelsesligningerne løses inden for klassiskmekanik

27SAXS q = |k in - k out |

28 Strukturelle ændringer

29 Perturberet membran

30 Hydrofobt match hypotesen GlpF POPE

31 Model for tykkelsen af en perturberet membran Membran tykkelse ved tilsætning af n-hexanol

32 Lateralt tryk hypotesen Robert S. Cantor: Biochemistry 36 (9) Robert S. Cantor: Chemistry and Physics of Lipids 101 (1999) 45–56

33 Membran profil SAXS MD-simuleringer D15PC/heptanol

34 Diffusion

35 Opsummering Ved tilsætning af n-alkohol til en membran ses større lateral diffusions (n-hexanol) større lateral diffusions (n-hexanol) blødere membran (n-hexanol) blødere membran (n-hexanol) i den inderste del, større uorden af acylkæderne, løsere pakning i den inderste del, større uorden af acylkæderne, løsere pakning i den yderste del af membranen, større orden af acylkæderne i den yderste del af membranen, større orden af acylkæderne ændring af den hydrofobe højde ændring af den hydrofobe højde ændring af membranens trykprofil ændring af membranens trykprofil Specialet med mere kan findes på

36 Propmodellen Betydningen af hydrofobt mishmaching lipider

37 Figur 3.8

38 MD-simuleringer

39 Diverse Hexanol: D = 1.4 Å 2 /ns = 14 x10 m²/s DMPC/hexanol: D = 1.1 Å 2 /ns Ren DMPC: D = 0.5 Å 2 /ns Model af et membranprotein

40 En molekyle dynamik simulering

41 Model system n-hexanol og DMPC