Esplorazione dello spazio conformazionale usando metodi di simulazione

• I metodi di simulazione molecolare (Monte Carlo e Dinamica Molecolare) possono essere usati per esplorare lo spazio conformazionale delle molecole ed effettuare un search conformazionale

• Il vantaggio è che durante la simulazione si possono superare barriere di energia anche elevate ed esplorare diverse regioni dello spazio configuraz.

• La simulazione è effettuata su un sistema costituito da una sola molecola

• Durante la simulazione si selezionano delle geometrie ad opportuni intervalli regolari di step (ad esempio ogni 10 step) le quali vengono memorizzate e una volta conclusa la simulazione sottoposte a minimizzazione dell’energia: i conformeri ottenuti vengono infine confrontati per eliminare eventuali doppioni

Outline del metodo

Minimizzazione dell’energia

Eliminazione dei duplicati

Geometrie scelte fra quelle generate durante la simulazione MC o MD

Conformeri distinti

Serie di minimi alcuni duplicati

Esplorazione conformazionale usando MC

• La ricerca conformazionale usando una simulazione Monte Carlo per esplorare lo spazio conformazionale è molto simile al metodo casuale di ricerca conformazionale in cui la scelta della conformazione per l’iterazione successiva è basata sul criterio Monte Carlo Metropolis

• Nel metodo di search casuale basato sul criterio MC (es MCMM):

- si genera una nuova configurazione

- la si minimizza ottenendo un conformero e si controlla se è duplicato

- lo si accetta in base al criterio MC Metropolis

• Nel metodo di search basato su una simulazione MC:

- genera una nuova configurazione

- la si accetta in base al criterio MC Metropolis

- si completa la simulazione eseguendo molti step

- alla fine si minimizzano solo configurazioni ad intervalli regolari di

step ottenendo una serie di conformeri da controllare se sono duplicati

Esplorazione conformazionale usando MD

• La ricerca conformazionale usando una simulazione di Dinamica Molecolare è in genere eseguita usando una temperatura molto alte, fisicamente non realistica, che però permette si esplorare meglio lo spazio conformazionale superando bariere di energia anche elevate

• Nel metodo di search basato su una simulazione MC:

- si parte da una qualsiasi configurazione iniziale

- si inizia la simulazione MD e si completa la fase di equilibrazione

- si completa la simulazione per un periodo di tempo abbasta lungo

- si selezionano e si memorizzano configurazioni ad intervalli regolari di tempo e le minimizzano ottenendo una serie di conformeri da control- lare per eventuali duplicazioni

Esempio search MD

Due angoli di torsioneR

CHX

C HY

R'