Aspectos metodológicos en simulaciones QM-MM : alcances y limitaciones

Institución otorgante:

Universidad de Buenos Aires. Facultad de Ciencias Exactas y Naturales

Fecha:

2020-11-27

Tipo de documento: 

info:eu-repo/semantics/doctoralThesis
 

Formato:

application/pdf

Idioma:

spa

Temas:

QM/MM - TRANSFERENCIA ELECTRONICA - ENTROPIA DE ACTIVACION - LENNARD-JONES - DINAMICA MOLECULAR - ELECTRON TRANSFER - ACTIVATION ENTROPY - MOLECULAR DYNAMICS - LENNARD-JONES

Descripción:

Las descripciones hibrídas cuántico-clásicas QM/MM (Quantum Mechanics / Molecular Mechanics), nacidas a fines de la década del ’70, son una herramienta muy utilizada en cualquier estudio computacional de reactividad. Estas descripciones permiten incorporar detalle mecanocuántico a sistemas con gran cantidad de átomos, siempre que dicho detalle se encuentre limitado a un sub-sistema de decenas de átomos. La combinación de QM/MM en conjunto con técnicas como optimizaciones restringidas, Nudge Elastic Band, Umbrella Sampling o Replica Exchange Molecular Dynamics, es central en la descripción energética de procesos que ocurren o bien en solvente (típicamente acuoso) o bien en un entorno enzimático. A su vez, QM/MM permite también la realización de estudios de espectroscopia en ésta misma clase de sistemas, utilizando variaciones de Time-Dependent Density Functional Theory (TD-DFT). A lo largo de esta tesis se explorarán y desarrollarán tres aspectos distintos de QM/MM. El primer aspecto es el de sus alcances, reflejados en cálculos de obtención de entropías y entalpías de activación. Se realizaron cálculos de energía libre de activación en función de la temperatura, hallando que el tiempo de simulación típicamente utilizado no sólo no provee la cantidad de muestreo necesaria para estos estudios, sino que además presenta problemas con la equilibración térmica del sub-sistema QM. El segundo, como una muestra de las posibilidades que todavía se esconden en QM/MM, tiene que ver con su uso en conjunto con técnicas de dinámica electrónica. Se realizó un trabajo pionero en el ámbito, estudiando el proceso de transferencia electrónica llevado a cabo dentro de la enzima hemoperoxidasa A de T. cruzi. Este trabajo, que combina QM/MM con TD-DFT en tiempo real, otorga una alternativa distinta a las usuales a la hora de observar los distintos caminos de transferencia electrónica posibles. Se incluye además una caracterización de dos métodos distintos para preparar el estado de partida. El tercer aspecto estudiado es el de las posibles mejoras que aún quedan por hacer en este tipo de descripciones. En este sentido, se ha indagado en la problemática que conlleva utilizar un set de parámetros de Lennard-Jones fijo a lo largo de un proceso reactivo, proponiendo una corrección sencilla para aquellos casos en que esta aproximación presente desviaciones importantes en los resultados. Un objetivo secundario de este estudio, pero muy relevante en el campo de la dinámica clásica, fue el de desarrollar parámetros de Lennard-Jones para cinco grupos funcionales azufrados de relevancia bioquímica. Estos parámetros fueron desarrollados en particular para el campo de fuerzas AMBER, dado que dicho campo de fuerzas no contemplaba esta variedad de grupos funcionales.

Identificador:

https://hdl.handle.net/20.500.12110/tesis_n6790_Pedron