PředmětyPředměty(verze: 850)
Předmět, akademický rok 2019/2020
  
Počítačové modelování chemických reakcí a enzymové katalýzy - MC260P87
Anglický název: Computer Simulations of Chemical Reactions and Enzyme Catalysis
Český název: Počítačové modelování chemických reakcí a enzymové katalýzy
Zajišťuje: Katedra fyzikální a makromol. chemie (31-260)
Fakulta: Přírodovědecká fakulta
Platnost: od 2014
Semestr: zimní
E-Kredity: 3
Způsob provedení zkoušky: zimní s.:
Rozsah, examinace: zimní s.:2/0 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: čeština
Garant: doc. Lubomír Rulíšek, CSc., DSc.
Vyučující: doc. Lubomír Rulíšek, CSc., DSc.
Anotace -
Poslední úprava: doc. Lubomír Rulíšek, CSc., DSc. (26.06.2019)
Počítačové modelování chemických a biochemických procesů, především organické a bioanorganické reaktivity včetně enzymových reakcí, tvoří neodělitelnou součást našeho porozumění těmto procesům na atomové či dokonce elektronové úrovni. Náplní tohoto kurzu je seznámení se s moderními metodami teoretické a výpočetní chemie, které mohou vést k dosažení tohoto cíle. Důraz je kladen na kombinované metody kvantové mechaniky a molekulové mechaniky (QM/MM), praktické používání statistické mechaniky včetně teorie tranzitního stavu a jeho vztahu k reaktivitě a seletivitě, vysvětlení principů moderních solvatačních metod, použití molekulové dynamiky ke statistickému vzorkování fázového prostoru, srovnávání vypočtených dat s experimentálními daty a kritické zhodnocení vhodnosti jednotlivých metod pro řešení praktických problémů. V neposlední se v kurzu zmíní i redoxní procesy v bioanorganických systémech a způsoby jejich teoretického popisu. Přednášky jsou vedeny - po dohodě - v angličtině.
Literatura
Poslední úprava: doc. Lubomír Rulíšek, CSc., DSc. (19.04.2018)

F. Jensen: Introduction to Computational Chemistry, Wiley, 1999.

Christopher J. Cramer: Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models, Wiley, 2004.

A.R. Leach: Molecular Modelling: Principles and Applications

Robert A. Copeland: ENZYMES: A Practical Introduction to Structure, Mechanism, and Data Analysis

W. Thiel, H. M. Senn: QM/MM Methods for Biological Systems. Top Curr Chem (2007) 268: 173–290

A. Warshel: Computer Modeling of Chemical Reactions in Enzymes and Solutions, Wiley, 1997.

Požadavky ke zkoušce -
Poslední úprava: doc. Lubomír Rulíšek, CSc., DSc. (19.04.2018)

Zkouška se koná formou vypracování domacích úkolů zadaných na konci kurzu a krátkým ústním pohovorem. Od studenta se požaduje hlubší porozumění studované problematice,
tj. základním principům enzymové katalýzy a chemické reaktivity, bez nutnosti detailní znalosti všech rovnic a jejich odvození.

Sylabus -
Poslední úprava: doc. Lubomír Rulíšek, CSc., DSc. (26.06.2019)

1/ Kvantová mechanmika: Principy, metody a praktické použití

2/ Molekulová mechanika: Principy, metody a praktické použití

3/ Solvatační metody: Metody polarizovaného kontinua (PCM, COSMO, COSMO-RS), explicitní solvatace

4/ Metody QM/MM a Metody Minimalizace Energie: Teorie, aplikace, a příklady

5/ Statistická Termodynamika: Základní koncepty (partiční funkce, Boltzmannovo rozdělení, entropie, enthalpie, volná energie)

6/ Poruchové metody výpočtu volné energie (termodynamická integrace) a metody potenciálu střední síly (PMF): Koncept, teorie a aplikace

7/ Teorie tranzitního stavu: Eyringova rovnice (teorie, aplikovatelnost a omezení, kinetický isotopový efekt, korekce na tunelování), pokročilejší teorie (variační teorie tranzitního stavu)

8/ (Bio)katalýza - koncepty: Kineticko-termodynamické korelace (BEP princip, Westheimerův efekt); Marcusova teorie přenosu elektronu, adiabatická versus neadiabaticá rekační dynamika; aplikace

9/ Modelování chemických reakcí v roztoku a v enzymech: teorie a aplikace (reakční mechanismy: hledání tranzitních stavů, hledání kroku určujícího rychlost reakce ve vícekrokových reakcích), ionty kovů v roztoku a v enzymech, reakční selektivita, modelové studie (např. aktivace vazeb C-H, hydroxylace vs. halogenace vs. desaturace).

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK