Programação
Informações Gerais da Disciplina
Nome: Simulação Computacional de Líquidos Moleculares
Sigla: PGF5216
Tipo: Pós-graduação
Área: Física (43134)
Docente: Kaline Coutinho (kaline@if.usp.br)Carga horária: Total: 180 h Teórica: 4 h Créditos: 12 Duração: 12 Semanas
Prática: 6 h Estudo: 5 hHorário: terças e quintas das 14-16h
Objetivos:
Local: sala 207 (Ala Central no IFUSP)
Início das aulas: 15 de agosto de 2017Neste curso serão apresentadas as técnicas tradicionais de simulação de sistemas moleculares (Dinâmica Molecular e Monte Carlo), os conceitos fundamentais de mecânica estatística, os algoritmos eficientes, técnicas avançadas de simulação e procedimentos de análise de resultados. Adicionalmente, serão desenvolvidos e/ou manuseados programas para a realização de aplicações práticas de simulações computacionais de líquidos moleculares.
Justificativa:
Sistemas moleculares, ou macromoleculares, densos e desordenados são tratados, hoje, de forma teórica e realista através das modernas técnicas de simulação computacional, que são de grande aplicabilidade nas áreas de Biofísica, Nanociência, Física de Materiais, Físico-química de soluções, Modelagem Molecular, ou em muitas áreas inter e multidisciplinares que envolvem Biologia, Química e Física. Entretanto, o conteúdo aqui proposto não está contemplado de forma sistemática e aprofundada em nenhuma outra disciplina de graduação ou pós-graduação no IFUSP. Portanto, com esta disciplina, vamos apresentar e introduzir tópicos de simulação computacional e adicionalmente faremos aplicações práticas com programas bem estabelecidos na área de Modelagem Molecular que estão disponíveis para comunidade científica.
Conteúdo:
1. Propriedades de líquidos.
2. Modelo para o potencial de interação intra e intermolecular.
3. Mecânica estatística de líquidos.
4. Método de Dinâmica Molecular.
5. Método Monte Carlo.
6. Técnicas avançadas: cálculo de energia livre, amostragem preferencial, entre outras.
7. Aplicação de simulações computacionais com método Monte Carlo e Dinâmica Molecular em sistemas modelo e realistas.
8. Análise de resultados: propriedades termodinâmicas, propriedades estruturais, erros, correções de resultados, entre outrasBibliografia:
Textos Principais:
* Computer Simulation of Liquids, M.P. Allen and D.J. Tildesley.* Understanding Molecular Simulation. From Algorithms to Applications, D. Frenkel and B. Smit
* Métodos de Química Teórica e Modelagem Molecular, N. H. Morgon e K. Coutinho (Eds)Outros Textos:
* Essential of Computacional Chemistry. Theories and Models, C.J. Cramer
* Quantum Chemistry and Statistical Theory of Solutions. A Computational Approach, B.Y. Simkin and I.I. Sheikhet
* The Liquid State, D.M. Heyes * An Introduction to the Liquid State, P.A. Egelstaff
* Notas de aulas, K. Coutinho
* Programas computacionais: GROMACS e DICEForma de avaliação: Textos e trabalhos.
Planejamento das aulas e atividades
DIA
DESCRIÇÃO
15/08
Aula 1: Introdução: Gás (molécula isolada com QM) e líquido (introdução a simulações)
17/08
Discussão/Alunos: Escolha das moléculas em solução dos projetos individuais
22/08
Aula 2: Potencial de Interação
24/08
Discussão/Alunos: Parametrização da molécula rígida (cargas do campo de força)
29/08
Aula 3: DICE
31/08
Aula 4: Condições de contorno, caixa de simulação, algumas propriedades estruturais
05/09
Não haverá aula (Recesso: Semana Santa)
07/09
Não haverá aula (Recesso: Semana Santa)
12/09
Não haverá aula (Aula na disciplina de graduação: Tópicos de Física/IFUSP)
14/09
Aula 5: Mecânica Estatística e algumas propriedades estruturais e termodinâmicas
19/09
Discussão/Alunos: Resultados das cargas dos cálculos quânticos
21/09
Discussão/Alunos: Inputs e simulações com DICE
26/09
Aula 6: Método Monte Carlo
28/09
Aula 7: Método Monte Carlo
03/10
Discussão/Alunos: Resultados das simulações com DICE
05/10
Discussão/Alunos: Resultados das simulações com DICE
10/10
Não haverá aula (CQW-China)
12/10
Não haverá aula (Feriado: Nossa Senhora Aparecida)
17/10
Não haverá aula (CQW-China)
19/10
Não haverá aula (CQW-China)
24/10
26/10
Aula 8: GROMACS
Não haverá aula (Escola de Biofísica/IFUSP das 14-16h)
30/10
Parametrização da molécula flexível (reposição da aula anterior)
31/10
Aula 9: Método Dinâmica Molecular
02/11
Não haverá aula (Feriado: Finados)
07/11
Aula 10: Método Dinâmica Molecular
09/11
Discussão/Alunos: Inputs e simulações com GROMACS
14/11
Não haverá aula (SBQT/Água de Lindoia)
16/11
Não haverá aula (SBQT/Água de Lindoia)
21/11
Aula 11: Procedimentos eficientes (lista de vizinhos, descontinuidade do potencial, PME)
23/11
Discussão/Alunos: Resultados das simulações com GROMACS
28/11
Discussão/Alunos: Resultados das simulações com GROMACS
12/12
19/12
Avaliação final: Sorteio de tema para Prova Escrito (Método Monte Carlo, Método de Dinâmica Molecular e Campos de Força Clássicos) 4h de duração.
Entrega do relatório da DMPrograma DICE
Favor não distribuir.
Se solicitarem a você cópia do DICE, por favor, dê meu email (kaline@if.usp.br) para a pessoal me pedir diretamente.Para o executável do DICE funcionar talvez seja necessário instalar o pacote chamado build-essential com:
# apt install build-essential
Adicionalmente pode ser necessário dar os comandos:
ulimit -s unlimited
export OMP_STACKSIZE=32MSuporte para as tarefas
Tarefa 1: entrega dia 17/08
Programas sugeridos para desenho 2D: ChemDraw, ChemSketch, IsisDraw, ChemWin, Latex, BIOVIA Draw 2017 e Marvin (pago, mas fornece licença acadêmica por 3 anos).
Programas sugeridos para desenho e coordenadas cartesianas 3D: Avogadro, GaussView, Gabedit, Jmol, IQmol, VMD, Molden.
Tarefa 2: entrega dia 24/08
Referências principais dos campos de força:
OPLS: JACS118 (1996)11225 (artigo e material suplementar para moléculas em geral); JACS110 (1988) 1657 (amino acidos); JACS113 (1991) 2810 (nucleotideos); JCC 18 (1997) 1955 (carbohidratos); JPCB 105 (2001) 6474 (proteinas).AMBER:
GROMOS: The GROMOS Software for (Bio)Molecular Simulation, Volume 3: Force Field and Topology Data Set (ver arquivo em PDF no final deste tópico).
Íons: FF-JPC94 (1990) 8021
Tarefa 3: entrega dia 19/09
Sugestão de site para gerar os parâmetros do OPLS-AA: jorgensenresearch.com/ligpargen
Tarefa 4: entrega dia 24/10
Relatório no formato de artigo científico (com introdução, detalhes computacionais, resultados e discussões, conclusões e referências) com os resultados das simulações com o método Monte Carlo, programa DICE.
Tarefa 5: a definir