WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!

Pages:     ||
|

Липид


Белок


Диоксид серы















нет

Срав

анализ

нител.

и выбор


метода

расчета





да



Математическое моделирование взаимодействия




N групп (компонент + SO2)




Расчет структурных характеристик оптимизированных моделей




да

нет

Выбор

оптималь-

да


-ных по

ложений



Формирование схемы










n:=

n+1






n

N






нет









КОНЕЦ




Рис. 1. Структура алгоритма математического моделирования взаимодействия диоксида серы со структурными элементами клеточной мембраны


На этапе оптимизации исходных компонентов предлагается разбить процесс на две стадии. На первой стадии, для расчета полной энергии макромолекулы, можно использовать PM3 метод. Большинство расчетов в первом приближении, как правило, имеют разногласия с экспериментальными данными, поэтому задачу можно свести ко второй стадии моделирования. Для дальнейшей обработки z-матрицы и уточнения геометрии предлагается использовать расширенный базис 6-31G* в приближении самосогласованного поля Хартри-Фока.

Выделяются следующие критерии оптимизации:

  • критерий минимума полной энергии E или равенство градиента функции энергии нулю;
  • критерии геометрических параметров (длина связи, валентный угол);
  • критерий минимума энергии адсорбции Eадс.

Важной характеристикой регистрации стабильной формы является задание значения градиента функции энергии, что соответствует норме изменения i-ой координаты.

(7)

где суммирование производится по всем n атомам; xi, yi, zi – декартовы координаты i - ого атома.

Задача геометрической оптимизации процесса сводится к поиску наиболее устойчивых структур, которым соответствует минимум энергии, поэтому она может быть решена методом следования собственному вектору. Выбор метода основан на рациональном использовании ресурсов ЭВМ и времени расчетов. Критерием окончания поиска точки экстремума на первой стадии является установление «завышенной» величины градиента 10-2 кДж/(моль), это позволяет выявить локальные стационарные точки, которым соответствуют метастабильные конфигурации. Дальнейшее снижение градиента до 10-5 кДж/(моль) позволяет скорректировать геометрию найденных конформационных систем с целью обнаружения критической точки. Рассчитанные оптимизированные геометрические показатели (длина связи, валентный угол) должны быть сопоставимы с экспериментальными или справочными данными.

Процесс продолжается до тех пор, пока не будет оптимизирована молекула и выбран подходящий метод расчёта. При выполнении условия, процесс переходит на этап моделирования взаимодействия, здесь производится построение и оптимизация возможных комбинаций взаимодействия диоксида серы с компонентами мембраны.

На этапе расчёта структурных характеристик оптимизированных моделей следят за условными изменениями в электронной конфигурации по значениям зарядов на атомах (qi, e), определяющих интегральное значение электронной плотности вблизи каждого атома. Об изменениях электронной плотности, при образовании системы из отдельных подсистем, судят по величине переноса заряда q с биополимера на диоксид серы:

Тепловые эффекты (Eадс, кДж/моль) формирования предполагаемых систем рассчитывали как:

(9)

По соотношениям величины Eадс и длины связи (rij) между атомами, взаимодействующих молекул, судят о стабильности образующихся систем. Перед формированием схем взаимодействий проводится анализ n-количества систем, из которых осуществляется отбор. Рассмотрим критерии оптимального выбора положений и условия их выполнения.

1. Если rij в системах лежит в интервале 1,750–1,820, то осуществляется поиск минимального значения энергии адсорбции, который соответствует наиболее выгодной конфигурации. При выполнении условия, взаимодействующий атом в молекуле биополимера обозначается ().

Если условие не выполняется то процесс переходит на проверку п. 3.

2. Если /i+1 = (Emin – Ei+1) 5 кДж/моль, то атом в (i+1)-системе также обозначается ().

Если условие не выполняется, то над атомом фиксируется ().

3. Если rij (1,821 – 1,900 ), осуществляется поиск минимального значения Eадс. При выполнении условия, взаимодействующий атом в молекуле биополимера обозначается ().

4. Если /i+1 = (Emin – Ei+1) 3 кДж/моль, то атом в системе (i+1) фиксируется ().

Если условие не выполняется, то над атомом фиксируется ().

Итогом всего процесса является формирование схем взаимодействий для структурных компонентов клеточной мембраны.

Во второй главе представлена реализация модели на ЭВМ, которая позволяет описать структуру и свойства макромолекул. Комплексы программ Mopac и РС Gamess реализуют только численные методы оптимизации геометрии молекул, а разработанная автоматизированная система Molecular Model позволяет генерировать результаты и составлять молекулярные диаграммы биополимеров (модуль BioMolDiagrams). Пользовательский интерфейс программы реализован в среде Microsoft Visual Studio 2008 на языке программирования C#.

После оптимизации макромолекул, из выходного текстового файла РС Gamess проводится выборка данных и внесение их в базу данных. Для построения использовалась система управления базами данных FireBird, версии 2.1. На рисунке 2 приведена схема связей данных.

Структура базы данных представляет собой трехуровневую схему, это позволяет хранить информацию о структуре молекул, о функциональных группах и о свойствах атомов. Для формирования схем молекулярных диаграмм база данных содержит таблицы с информацией о базовых структурах (basic_struct), об узлах-атомах (basic_node) и о длинах связей (basic_line).

Рис. 2. Схема связей данных

Наименование исследуемых структур хранится в таблице type1, а данные о методе расчета в таблице method_analysis. Таблица structure_one содержит информацию об энергетических параметрах молекулы.

Величина теплоты образования и общая энергия автоматически заполняют базу данных только в том случае, если достигнута сходимость и найдена оптимальная конфигурация молекулы. При удачном окончании процесса оптимизации в программе Gamess, текстовый документ содержит запись “Equilibrium Geometry Located”. Если структура не достигла оптимального положения, то процесс запускается повторно с новыми координатами.

Для характеристики функциональных групп в таблице group_one приведены поля их графического расположения в системе координат xy. Информация о параметрах зарядов на атомах (qi) и значения электронной плотности (i) хранится в таблице atom_one. Длина химических связей (rij) между атомами в исследуемой структуре хранится в таблице connection.

Pages:     ||
|



© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.