C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -1- 8. Programy pro molekulové modelování I Petr Kulhánek kulhanek@chemi.muni.cz Národní centrum pro výzkum biomolekul, Přírodovědecká fakulta Masarykova univerzita, Kotlářská 2, CZ-61137 Brno C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování I C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -2- Přehled VMD http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/ Program pro vizualizaci molekul. Po bezplatné registraci dostupný pro MS Windows a Linux. Avogadro http://avogadro.openmolecules.net/wiki/Main_Page Program pro stavbu a vizualizaci molekul. Volně dostupný pro MS Windows a Linux. Přehled funkcionality: https://www.youtube.com/watch?v=xdmLoBlLmqs Nemesis https://lcc.ncbr.muni.cz/whitezone/development/nemesis/ Program pro stavbu a vizualizaci molekul. Alfa verze pro Linux. Testovací verze pro MS Windows na vyžádání. C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -3Program VMD Program slouží k vizualizaci (bio)molekul a k analýze výsledků molekulárně dynamických simulací. Program je volně dostupný (vyžaduje registraci) a je dostupný i pro operační systém MS Windows. http://www.ks.uiuc.edu/Research/vmd/ Spuštění programu: $ module add vmd $ vmd C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -4Cvičení XYZ formát 1. V textovém editoru vytvořte soubor popisující model vody s následujícími parametry. Délka vazeb O-H bude 1 Å. Vazebný úhel H-O-H bude 90 ̊. Uložte jej do domovského adresáře jako water.xyz 2. Vytvořený soubor načtěte do programu VMD. 3. Ověřte skutečnou délku vazeb a velikost úhlu H-O-H. (VMD Main >Mouse->Label, správa popisků v VMD Main >Graphics>Labels) 4. Molekulu vody zobrazte v následujících modelech: Lines, CPK, Licorice, VDW. C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -5- OpenBabel Konverze programem openbabel: $ module add openbabel $ babel input.xyz output.mol2 alternativně $ babel ixyz input.txt –omol2 output.out Seznam podporovaných formátů: $ babel -L formats http://openbabel.org/wiki/Main_Page Open Babel is a chemical toolbox designed to speak the many languages of chemical data. It's an open, collaborative project allowing anyone to search, convert, analyze, or store data from molecular modeling, chemistry, solid-state materials, biochemistry, or related areas. Nápověda: $ babel -H velké H C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -6- Cvičení 1. Aktivujte modul openbabel. 2. Vypište formáty, které instalovaná verze open babelu podporuje. 3. Zkonvertujte soubor water.xyz do formátu Sybyl Mol2 format a uložte jej pod názvem water.mol2 4. Otevřete soubor water.mol2 v textovém editoru a diskutujte význam jeho částí. 5. Zkonvertujte soubor water.xyz do formátu InChI a uložte jej po názvem water.txt 6. Otevřete soubor water.txt v textovém editoru a diskutujte význam jeho částí. C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -7- Avogadro Ke stavbě 3D struktury molekul můžete použít program Avogadro. Jedná se o volně šiřitelný program, který lze používat jak pod operačním systémem MS Windows tak i pod Linuxovými klony (např. Ubuntu). aktivuje editaci Spuštění programu: $ module add avogadro $ avogadro C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -8- Avogadro Při stavbě molekuly nejsou délky vazeb, úhly a další parametry molekuly optimální. Je to dáno způsobem, jakým se v programu Avogadro, struktury editují. Draft struktury je proto nutné před dalším použitím upravit pomocí optimalizace geometrie. zobrazí rozšířenénastavení pro zvolený režim změna grafické vizualizace C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -9- Avogadro Program používá pro optimalizace geometrie metody molekulové mechaniky (MM). Pro její správnou funkci musíte ve struktuře správně uvést řády vazeb. Protože MM je empirickou metodou, musíte zvolit i typ parametrizace. V našem případě budeme používat silové pole MMFF94. zapíná/vypíná optimalizaci geometrie C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -10- Nemesis vrstvy grafické modely stavba/editace molekuly měření Nastavení silového pole pro optimalizaci: menu Geometry-> Optimizer Setup optimalizace geometrie Spuštění programu: $ module add nemesis $ nemesis C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -11- Nemesis Myš: Levé tlačítko selekce Prostřední tlačítko rotace Levé tlačítko posun Kolečko zoom Modifikátory: Shift XZ -> Y pohyby Ctrl přepíná mezi sekundárním a primárním manipulátorem C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -12Cvičení I 1. Načtete do programu Avogadro molekulu ze souboru water.xyz 2. Proveďte optimalizaci její geometrie. Jaké je optimální délka vazby a vazebný úhel? 3. Zobrazte molekulu v různých grafických reprezentacích. 4. Načtete do programu Nemesis molekulu ze souboru water.xyz (Import Structure -> OpenBabel) 5. Zobrazte molekulu v různých grafických reprezentacích. 6. Proveďte optimalizaci její geometrie. Jaké je optimální délka vazby a vazebný úhel? Srovnejte s výsledky získanými v programu Avogadro. Vysvětlete případné rozdíly. C7790 Počítačová chemie a molekulové modelování -13Cvičení II 1. V programu Nemesis nakreslete strukturní vzorec molekuly benzoové v projektu Sketch Structure 2. Převeďte molekulu do 3D reprezentace. Ohodnoťte kvalitu převodu. 3. V programu Nemesis nakreslete strukturní vzorec molekuly cyklohexanu v projektu Sketch Structure. 4. Převeďte molekulu do 3D reprezentace. Ohodnoťte kvalitu převodu. 5. V projektu Sketch Structure programu Nemesis vložte molekulu fullerenu C60 ve formátu SMILES (View->Insert->SMILES...). 6. Převeďte molekulu do 3D reprezentace. Ohodnoťte kvalitu převodu. 7. Úlohu s molekulou C60 zopakujte v programu Avogadro. Jakým způsobem lze získat lepší model?