Poslední úprava: doc. RNDr. Iva Zusková, CSc. (18.03.2019)
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. RNDr. Iva Zusková, CSc. (18.03.2019)
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. RNDr. Iva Zusková, CSc. (18.03.2019)
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. RNDr. Iva Zusková, CSc. (18.03.2019)
1/ Quantum Mechanics: Key Concepts, Methods, and Machinery
2/ Molecular Mechanics: Key Concepts, Methods, and Machinery
6/ Free Energy Perturbation (Thermodynamic Integration) and PMF Methods: Concept, Theory, Applications
7/ Transition State Theory: Eyring Equation (Theory, Applicability and Limitations, Kinetic Isotope Effects, Tunneling Correction), More Advanced Theories (Variational Transition State Theory)
8/ Concepts in (Bio)Catalysis: Kinetic/thermodynamic correlations (BEP principle, Westheimer Effect); Marcus Theory for Electron Transfer and Beyond, adiabatic versus non-adiabatic reaction dynamics; Applications
9/ Modelling Chemical Reactions in Solution vs. Enzymes: Theory and Applications (Reaction Mechanisms: Search for Transition States, Search for Rate-Determining Step in Multistep Reactions), Metals in Solution vs Enzymes (Entantic States, Electronic Structure Contributions to Reactivity), Reaction Selectivity - Case Studies (eg. C-H bond Activation, hydroxylation vs. halogenation vs. desaturation).
