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

Præsentationer af emnet: "1 Computersimuleringer af Molekylære Systemer Ulf Rørbæk Pedersen Ph.D. studerende ved Center for glas og tid Roskilde Universitetscenter."— Præsentationens transcript:

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

2 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 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 4 Energier og kræfter mellem atomer Model

5 5 Dynamik: ”Tumling” molekylet

6 6 ”Tumling” dråber

7 7 Typiske tal for en MD-simulering Længdeskala: 10 -9 m til 10 -7 m Længdeskala: 10 -9 m til 10 -7 m Tidsskala: 10 -15 s til 10 -8 s Tidsskala: 10 -15 s til 10 -8 s Antal atomer: 1 000 til 60 000 Antal atomer: 1 000 til 60 000 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 8 Den biologiske membran En cellemembran

9 9 En model af en cellemembran

10 10 En vandkanal i en cellememban

11 11 En vandkanal i en cellememban

12 12 Bedøvelsesmidler

13 13 Alkohol i en membran n-hexanol og DMPC

14 14 Areal pr. Phospholipid

15 15 Voronoi Volumener

16 16 Lateral diffusion Mobiliteten stiger ved tilsætning af n-hexanol

17 17 Ca 2+ i membraner

18 18 Glas

19 19 Glas er en stivnet væske

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

21 21 Massetæthed af toluen som funktion af temperaturen

22 22 Toluen ved 175 K

23 23Diffusion T=325 K

24 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 25 Tak for jeres opmærksomhed Ulf Rørbæk Pedersen www.urp.dk, urp@ruc.dk

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

27 27SAXS q = |k in - k out |

28 28 Strukturelle ændringer

29 29 Perturberet membran

30 30 Hydrofobt match hypotesen GlpF POPE

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

32 32 Lateralt tryk hypotesen Robert S. Cantor: Biochemistry 36 (9) 1997 2340-2344 Robert S. Cantor: Chemistry and Physics of Lipids 101 (1999) 45–56

33 33 Membran profil SAXS MD-simuleringer D15PC/heptanol

34 34 Diffusion

35 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 www.urp.dk/speciale

36 36 Propmodellen Betydningen af hydrofobt mishmaching lipider

37 37 Figur 3.8

38 38 MD-simuleringer

39 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 40 En molekyle dynamik simulering

41 41 Model system n-hexanol og DMPC