PředmětyPředměty(verze: 878)
Předmět, akademický rok 2020/2021
  
Simulation and Theory of Biological and Soft Matter Systems I - Biopolymers, Ions and Small Molecules - NMMO567
Anglický název: Simulation and Theory of Biological and Soft Matter Systems I - Biopolymers, Ions and Small Molecules
Zajišťuje: Matematický ústav UK (32-MUUK)
Fakulta: Matematicko-fyzikální fakulta
Platnost: od 2020
Semestr: zimní
E-Kredity: 3
Rozsah, examinace: zimní s.:2/0 Zk [hodiny/týden]
Počet míst: neomezen
Minimální obsazenost: neomezen
Stav předmětu: vyučován
Jazyk výuky: angličtina
Způsob výuky: prezenční
Garant: Christoph Allolio, Ph.D.
Třída: M Mgr. MOD > Volitelné
Kategorizace předmětu: Matematika > Matematické modelování ve fyzice
Anotace -
Poslední úprava: doc. Mgr. Petr Kaplický, Ph.D. (02.06.2020)
Úvod do simulačních technik a teoretických konceptů relevantních pro studium biologických systémů. Přednáška propojuje molekulární pohled na tyto systémy se statistickou fyzikou. Kurz je vhodný pro magisterské studenty matematicko-fyzikální a přírodovědecké fakulty a bude probíhat v angličtině.
Literatura - angličtina
Poslední úprava: doc. Mgr. Petr Kaplický, Ph.D. (02.06.2020)

Tuckerman, Mark: Statistical Mechanics: Theory and Molecular Simulation.

Ben-Naim, Aryeh: Molecular Theory of Solutions.

van Kampen, N.: Stochastic Processes in Physics and Chemistry.

Sylabus - angličtina
Poslední úprava: doc. Mgr. Petr Kaplický, Ph.D. (02.06.2020)

Contents:

  • Molecular building blocks of biology (Overview)
  • Water, small molecules and ions
  • Polymers and their monomers
  • Proteins, aminoacids
  • DNA, RNA, Nucleobases and their derivatives
  • Cellulose, starch and other sugars
  • Lipids, surfactants and self-assembled systems
  • Basic theory
  • Notions of stochastic processes
  • Brownian motion, Wiener process
  • Langevin equation, diffusion
  • Markov property
  • Remembering thermodynamics
  • Molecular and bulk systems
  • Thermodynamics of aqueous solutions
  • Osmotic pressure, chemical potential, ideal solutions
  • Thermodynamics of ions in solution
  • Simple polymer models
  • Entropic elasticity, persistence length
  • Polymer solutions
  • Introduction to molecular simulations
  • Molecular dynamics and statistical physics
  • Notion of phase space, Liouville theorem
  • Empirical forcefields
  • Potential form and parametrization
  • Basic algorithms of molecular dynamics
  • Integration of the equations of motion
  • Thermostats and barostats (NVT and NPT ensembles)
  • Monte Carlo as an alternative
  • Analyzing molecular simulations
  • Energies and their partition
  • Distribution functions and their interpretation
  • Kirkwood-Buff theory
  • Fluctuation-Dissipation Theorem, linear response
  • obtaining bulk elastic and transport properties from

molecular simulation

  • Microscopic stress tensor
  • Free energies and biased sampling
  • Umbrella sampling
  • Thermodynamic integration
  • Free-Energy perturbation and Bennett acceptance ratio
  • Simulating proteins

Vstupní požadavky - angličtina
Poslední úprava: doc. Mgr. Petr Kaplický, Ph.D. (02.06.2020)

Basic knowledge of thermodynamics, mechanics, statistical physics and algorithms. No knowledge of chemistry or biology required.

 
Univerzita Karlova | Informační systém UK