Protein-ligand binding and drug partitioning across the cell membrane, which are of paramount importance in the field of computer-aided, rational drug design, cannot be predicted reliably without the knowledge of the associated free energy changes. These lessons and practical exercises provide a systematic review of the methods that can be used for free energy calculations.

Predikovat schopnost ligandu vázat se k proteinu či pronikat skrz buněčnou membránu, což je klíčové při racionálním designu léků prostřednictvím molekulárně dynamických simulací, nelze bez znalosti změn volné energie, které jsou s těmito procesy spojené. Tato série přednášek a cvičení poskytuje systematický přehled metod, které lze pro výpočty volné energie použít.

Podmínkou udělení zápočtu je aktivní účast alespoň na 70 % hodin.

V případě nesplnění je nutno vypracovat úlohy z látky, kde došlo k absencím.

Podmínkou udělení zápočtu je dále vypracování zadaného projektu.

Ch. Chipot, A. Pohorille

Free Energy Calculations - Theory and Applications in Chemistry and Biology
Springer

1. Pioneers of free energy calculations (1935 Kirkwood, 1938 Landau, 1954 Zwanzig, 1963 Widom, 1967 McDonald & Singer, 1984 McCammon, 1985 Jorgensen)

2. Examples of the use of free energy calculations (solvation free energy, comparison of the binding abilities of inhibitors to the active site of the enzyme, the effect of point mutations of amino acids on ligand binding, energy barrier during drug passage through the cell membrane)

3. Methods based on histograms and probability distributions

4. Calculations of free energy differences through perturbation theory

5. Thermodynamic integration

6. Alchemical calculations of free energy, thermodynamic cycles

7. Calculations of relative binding free energy

8. Calculations of absolute binding free energy

9. Free energy profile calculations

10. Umbrella Sampling Methods, Blue Moon, Adaptive Biasing Force, Metadynamics

11. Non-equilibrium methods for calculating equilibrium free energy

12. Free energy calculations as a tool for rational drug design

1. Průkopníci výpočtů volné energie (1935 Kirkwood, 1938 Landau, 1954 Zwanzig, 1963 Widom, 1967 McDonald & Singer, 1984 McCammon, 1985 Jorgensen)

2. Příklady využití výpočtů volné energie (solvatační volná energie, porovnání vazebných schopností inhibitorů do aktivního místa enzymu, vliv bodových mutací aminokyselin na vazbu ligandu, energetická bariéra při průchodu léku buněčnou membránou)

3. Metody založené na histogramech a distribucích pravděpodobnosti

4. Výpočty rozdílů volné energie prostřednictvím perturbační teorie

5. Termodynamická integrace

6. Alchymistické výpočty volné energie, termodynamické cykly

7. Výpočty relativní vazebné volné energie

8. Výpočty absolutní vazebné volné energie

9. Výpočty profilu volné energie

10. Metody Umbrella Sampling, Blue Moon, Adaptive Biasing Force, Metadynamika

11. Nerovnovážné metody pro výpočet rovnovážné volné energie

12. Výpočty volné energie jako nástroj pro racionální design léků