2° encontro - atividade 1 - Criar um nanotubo a partir de uma folha de grafeno

Façam download das seguintes estruturas para a 3a aula de modelagem molecular:

https://drive.google.com/folderview?id=0B1Ze8M0XruPgflJtRUNxNDJuVE43QjNXc1pwODJIQXJLYnJLQW1FcUtPb1NtNlo5Wl9ITUk&usp=sharing

Obs.: se algum arquivo não for reconhecido pelo seu computador faça o seguinte: 
Clique no arquivo com o botão direito.  Selecione "Abrir com". Clique em "Mais opções". Selecione o programa Discovery Studio.
Outra opção é abrir o DS e em "open" abrir o arquivo .xyz.

• Observe as diferenças entre os nanotubos quirais (n,m), armchair (n,n) e zigzag (n,0) do arquivo "Tipos_nanotubo.dsv"
• Meça o raio e o comprimento dos diferentes nanotubos
• Você consegue através de uma folha de grafeno (arquivo "Grafeno_armchair.xyz") construir um nanotubo?
• Abra os demais arquivos de nanotubo, utilize a função "clean geometry" do DS e verifique o que acontece. Como você explica o que aconteceu? 

Utilize também os arquivos com os fulerenos (arquivos com terminação cif) e tente criar uma nano cápsula:

Vejam por exemplo no seguinte link:
http://www.cem.msu.edu/~cem181fp/nanotube/iefuture.html

2o Encontro - Atividade 2 - Criar um cristal com o DS e um nanodispositivo

Vamos construir um nanodispositivo constituído de uma única molécula. Este estudo teórico/experimental foi publicado na revista Nature em maio de 2015 (http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n6/index.html "Single-molecule diodes with high rectification ratios through environmental control") e enviado pelo aluno Emilio Jr. do nosso grupo.

| DOI: 10.1038/NNANO.2015.97

| DOI: 10.1038/NNANO.2015.97

Utilizem o recurso Structure > Crystal cell para construir o anodo e o catodo de ouro (segundo as informações cristalográficas https://www.webelements.com/gold/crystal_structure_pdb.html)

O Resultado deve ser algo do tipo:

Retorno do grupo de estudo - Setembro

Caros,

Reiniciaremos o grupo de estudo em setembro. Vamos verificar a disponibilidade dos interessados, fazer um nivelamento com os novos alunos e com aqueles que não puderam participar no semestre passado.

Estou preparando um site com mais informações sobre a modelagem:
http://modelagemmolecular.wix.com/marcos

Abraços,
Marcos

Iniciação Científica - Ensino Médio

Preencha o formulário abaixo:

https://docs.google.com/forms/d/1knXa7XI4fIc1Yl2b5QnrizZU5XzPHtpf9TpRxxFv3fs/viewform?usp=send_form

Grupo de estudo em modelagem molecular - Quinta-feira 2 de julho 17h30 sala E-303

Nesta quinta-feira iremos analisar os resultados obtidos da Dinâmica Molecular do dímero de alanina. Para gerar um maior número de conformações utilizem 1.000.000 passos. Na guia "Ouptut" do NAMD insiram "Trajectory frequency: 500" e "Output frequency: 500". Guardem estes resultados para analisar durante a aula.

Através deste estudo iremos aumentar o grau de complexidade da biomolécula até criar um polipeptídio. Vamos também estudar o efeito de diferentes solventes na estrutura do biopolímero. 

Grupo de estudo - quinta-feira 25 junho a partir das 17h

Grupo de estudo - quinta-feira 25 junho às 17 na sala E-303

Grupo de Estudo em Modelagem Molecular - Sala E-303

Nesta quinta-feira 18/6 às 17:30 na sala E-303 faremos um novo encontro. 

Vamos discutir os seguintes temas:

1) Mostrar algumas propostas pra projetos de iniciação científica em modelagem molecular ou as possibilidades de parceria com outros professores da UTF, UFPR e USP. Algumas das linhas de pesquisa que venho trabalhando são na análise de materiais, farmacologia, biotecnologia e modelagem no ensino.

2) Verificar se todos tem o VegaZZ e o NAMD instalados. No meu computador só funcionou a versão 32bit do NAMD.

3) Realizar a dinâmica molecular de uma molécula pequena e investigar as possibilidades de estudo

Baixem o arquivo de parâmetros

http://modelagemmolecularensino.blogspot.com.br/2015/06/aula-sobre-mecanica-molecular-de.html

Grupo de estudo em modelagem molecular - quinta-feira 17h30 E-303

Floresta de Nanotubos de carbono gerada com o DS

Nesta quinta-feira 11/6 às 17:30 na sala E-303 faremos um novo encontro. A proposta será a seguinte:

1) Conferir quem conseguiu fazer a estrutura do nanodispositivo.

2) Gostaria que vocês criassem uma estrutura nanomolecular qualquer com o DS. Quero saber sobre o que vocês tem interesse na área de materiais ou molecular/biomolecular. Desenvolver uma "super droga"? Um material avançado com superfície ultra hidrofóbica constituída por nanotubos? Será que este material inventado pode ser um dia sintetizado? Vamos discutir as possibilidades de estudo em função das sugestões de vocês. Vejam anexo a minha floresta de nanotubos. Qual deve ser a densidade de nanotubos adequada para que haja ressonância entre as estruturas? Efeitos de ressonância podem destruir a estrutura ou levar ao desenvolvimento de propriedades interessantes.... A regra é que o nanomaterial deve ter estrutura química plausível.

3) Verificar se todos tem o VegaZZ e o NAMD instalados. No meu computador só funcionou a versão 32bit do NAMD.

4) Realizar a primeira dinâmica molecular de uma molécula simples.

Assim com esta etapa vocês serão capazes de estudar o comportamento dinâmico das estruturas e futuramente poderão descrever a

1) Análise conformacional

2) Propriedades mecânicas (tensão x deformação)

3) Propriedades termodinâmicas 

4) Atividade química de compostos

5) Atividade biológica de compostos

Arquivo de Parâmetros FF (force field)

Baixem este arquivo de parâmetros do campos de força (force field - FF)
https://drive.google.com/folderview?id=0B1Ze8M0XruPgflhPV3V6UXcxSVQzUnVhdGhESlJQNVdGN2wtV2RUVVUwOEpCU0tSdkhSWlU&usp=sharing

Atividade: Construção de nanodispositivo como o DS

Como última atividade dos recursos do DS vamos construir um nanodispositivo constituído de uma única molécula. Este estudo teórico/experimental foi publicado na revista Nature em maio de 2015 (http://www.nature.com/nnano/journal/v10/n6/index.html "Single-molecule diodes with high rectification ratios through environmental control") e enviado pelo aluno Emilio Jr. do nosso grupo.

| DOI: 10.1038/NNANO.2015.97

| DOI: 10.1038/NNANO.2015.97

Utilizem o recurso Structure > Crystal cell para construir o anodo e o catodo de ouro (segundo as informações cristalográficas https://www.webelements.com/gold/crystal_structure_pdb.html)

O Resultado deve ser algo do tipo:

Arquivos pdf das aulas do grupo de estudo

https://drive.google.com/folderview?id=0B1Ze8M0XruPgfjcwMFJSY1BHQk43aS1QZEpqVDAzdHJxZ0tWMnExRVJhQUJ6T19EaTRGMEU&usp=sharing

Próximo encontro, quinta 28/5 às 17h30 - sala E-303

Esta quinta às 17h30 na sala E-303 faremos um novo encontro. A partir desta aula iniciaremos efetivamente a usar a modelagem molecular pra estudar algumas propriedades dos materiais e moléculas em nanoescala.

Peço que vocês baixem o VegaZZ e o NAMD. Lembrem que não é possível baixar os programas via rede da UTF.

As atividades serão as seguintes:

1) Verificar se todos baixaram o NAMD e o VegaZZ, instalaram e obtiveram a licença de uso do software.

Observe que o NAMD não precisa ser instalado. Apenas descompacte o arquivo e coloque no diretório (no meu computador está no: C:\Program Files(x86)\VEGAZZ\NAMD)

Qualquer dúvida vejam:

http://modelagemmolecularensino.blogspot.com.br/2015/05/programas-de-dinamica-molecular.html

2) Fazer alguns testes se o programa está funcionando

3) Discutir o que é a dinâmica molecular clássica

4) Rodar uma dinâmica de um sistema simples seguindo o tutorial 

http://www.ks.uiuc.edu/Training/TutorialsOverview/namd/namd-tutorial-win.pdf

Qq dúvida estarei na sala a partir das 17h

Abraços

Dinâmica Molecular (MD) realizada com o NAMD para o estudo da estrutura proteica do vírus HIV (http://www.ks.uiuc.edu).

Próximo encontro, quinta 21/5 às 17h30 - sala E-303

Olá pessoal,

Nesta quinta às 17h30 na sala E-303 faremos um novo encontro sobre modelagem molecular.

As atividades serão as seguintes:

1) Terminar a atividade sobre nanotubos, fulerenos e grafenos.

2) Estudar os arquivos das estruturas moleculares xyz, pdb e mol2.

3) Investigar a dinâmica da Bacteriorrodopsina 

Programas de dinâmica molecular

Instalação dos programas VegaZZ (interface gráfica) e NAMD (programa para rodar a dinâmica molecular)


O NAMD (Nanoscale Molecular Dynamics) é um programa para rodar a dinâmica molecular, ou seja estudar o movimento das estruturas a temperatura ambiente.
Através da dinâmica molecular podemos investigar desde a ação de medicamentos em biomoléculas até propriedades estruturais e termodinâmicas de materiais avançados. Ou seja, a 'brincadeira' começa aqui!!
O VegaZZ é uma interface gráfica para a visualização molecular assim como o DS.


Pergunta: Mas então por que instalar uma outra interface gráfica se já tenho o DS?
Resposta: O DS é um dos programas mais práticos pra visualizar e construir estruturas moleculares e cristalinas. Mas com ele você não consegue rodar a dinâmica molecular (na versão free). O VegaZZ tem uma interface prática pra dinâmica mas sem recursos de edição molecular....

Baixar o programa VegaZZ:  precisa se cadastrar no site, etc
http://nova.disfarm.unimi.it/cms/index.php?Software_projects:VEGA_ZZ

Baixar o programa NAMD: precisa se cadastrar no site, etc
http://www.ks.uiuc.edu/Research/namd/
ou
http://www.ks.uiuc.edu/Development/Download/download.cgi?PackageName=NAMD

Observe que o NAMD não precisa ser instalado. Apenas descompacte o arquivo e coloque no diretório C:\Program Files(x86)\VEGAZZ\NAMD

Então pros próximos encontros fica combinado que vocês vão baixar e instalar os programas. :-)

O que pode dar um pouco mais de trabalho é colocar os dois pra funcionar juntos. Pra quem tem mais prática em instalação de programas já pode ir adiantando e ensinando os demais. Se não, vamos fazer isso nos encontros.

Após a instalação vamos rodar o tutorial pra aprender sobre dinâmica molecular.

Rodar o tutorial
http://www.ks.uiuc.edu/Training/Tutorials/namd-index.html
ou
http://www.ks.uiuc.edu/Training/TutorialsOverview/namd/namd-tutorial-win.pdf
ou
http://www.ks.uiuc.edu/Training/Tutorials/namd/namd-tutorial-win-html/index.html

Vídeo aulas sobre o Discovery Studio Visualizer (DS)

Vejam as vídeo aulas do DS no site Ciência curiosa

http://www.cienciacuriosa.com.br/category/cursos/ds/

Estruturas - Nanotubo de Carbono, Grafeno e Fulereno - 3o encontro de Modelagem Molecular

Façam download das seguintes estruturas para a 3a aula de modelagem molecular:

https://drive.google.com/folderview?id=0B1Ze8M0XruPgflJtRUNxNDJuVE43QjNXc1pwODJIQXJLYnJLQW1FcUtPb1NtNlo5Wl9ITUk&usp=sharing

Obs.: se algum arquivo não for reconhecido pelo seu computador faça o seguinte: 
Clique no arquivo com o botão direito.  Selecione "Abrir com". Clique em "Mais opções". Selecione o programa Discovery Studio.
Outra opção é abrir o DS e em "open" abrir o arquivo .xyz.

• Observe as diferenças entre os nanotubos quirais (n,m), armchair (n,n) e zigzag (n,0) do arquivo "Tipos_nanotubo.dsv"
• Meça o raio e o comprimento dos diferentes nanotubos
• Você consegue através de uma folha de grafeno (arquivo "Grafeno_armchair.xyz") construir um nanotubo?
• Abra os demais arquivos de nanotubo, utilize a função "clean geometry" do DS e verifique o que acontece. Como você explica o que aconteceu? 

Utilize também os arquivos com os fulerenos (arquivos com terminação cif) e tente criar uma nano cápsula:

Vejam por exemplo no seguinte link:
http://www.cem.msu.edu/~cem181fp/nanotube/iefuture.html

Dinâmica Molecular de glicose em água

Dinâmica molecular realizada a temperatura ambiente. As ligações de hidrogênio entre moléculas de água são representadas em azul. Em vermelho são as ligações de hidrogênio entre a glicose e as moléculas de H2O.

Grupo de estudo - quinta 7/maio às 17h30 sala N-105

Nesta quinta-feira 7/maio às 17h30 na sala N105 (DAFIS) vamos fazer o segundo encontro sobre modelagem. Como há novos alunos, irei retomar alguns tópicos do primeiro encontro. As atividades propostas são as seguintes:

1) Apresentação geral sobre a MM e duas possibilidades de estudo:

1.1) Química forense: estudo sobre drogas ilícitas, heroína e morfina.

1.2) Nutrição (carboidratos, proteínas e lipídios)

2) Verificar se todos conseguiram instalar o programa Discovery Studio (DS)

3) Investigar as estruturas criadas na primeira atividade (http://modelagemmolecularensino.blogspot.com.br/2015/03/primeira-atividade-de-modelagem.html)

Observar a ordem de ligação, a carga eletrônica dos compostos etc.

4) Utilizar o recurso "Metal templates" e "Macromolecules" do DS

5) Um pouco sobre a teoria da modelagem molecular

Quem quiser pode trazer o próprio notebook/netbook pra acompanhar as atividades mas não é obrigatório porque apresentarei no projetor. A duração da "aula" será de aprox. 1h

Nanorobôs de DNA

Algumas ideias para utilizar a modelagem molecular unindo biologia e computação.
http://www.polyteck.com.br/polyteck-digital/polyteck-no-11/

Apresentação sobre Dinâmica Molecular

Da química à computação

Sobre o desenvolvimento de metodologias computacionais que possibilitaram compreender melhor reações químicas de alta complexidade.
http://cienciahoje.uol.com.br/especiais/premio-nobel-2013/da-quimica-a-computacao

http://www.publico.pt/ciencia/noticia/nobel-da-quimica-de-2013-para-modelizacao-de-processos-quimicos-por-computador-1608524

Grupo de estudo sobre modelagem molecular

Hoje às 17h vamos começar o grupo de estudo sobre modelagem molecular na sala N104 no DAFIS. Avisem aqueles que tiverem interesse.

Abraços,

Marcos

Apresentação Modelagem Molecular

Mecanismo de ação de medicamentos - Modelagem Molecular

Esta simulação computacional permite observar o mecanismo de ação do fármaco cisplatina em seu alvo biológico: o DNA. 

A cis-Pt penetra na célula cancerígena e se liga ao DNA o distorcendo. A célula tenta reconstruir o DNA danificado, mas ao falhar na sua recuperação, a célula cancerígena é eliminada (apoptose celular). 

A cis-Pt age como uma "pinça" molecular se ligando especificamente entre duas bases nitrogenadas adjacentes.

Como Utilizar a modelagem molecular em ensino?

Moléculas orgânicas em meio aquoso

Molécula de benzeno em meio aquoso

• Dinâmica molecular de uma molécula apolar (hidrofóbica) em água (solvente hidrofílico-polar).
• Como exemplo temos a molécula de benzeno em meio aquoso. As ligações de hidrogênio (em azul escuro) são formadas apenas entre as moléculas de água.
• As moléculas de água (hidrofílica) não interagem com o benzeno (hidrofóbico). 
• Se juntarmos todas as ligações de hidrogênio em uma única imagem formamos uma espécie de 'ninho de passarinho' que isola o benzeno do restante do líquido

Ácido graxo em meio aquoso

• Observe que o ácido graxo possui uma região polar, constituída pelo ácido carboxílico (hidrofílica) e uma região apolar (hidrofóbica) constituída pela ramificação de carbonos. 
• A 1,9 angstroms do ácido graxo há grande formação de ligações de hidrogênio entre o ácido carboxílico e o solvente representada pelas linhas azuis escuras.
• A 3,0 angstroms do ácido graxo há a formação de ligações de H entre as moléculas de água (linhas em branco) sem se aproximar do ácido graxo já que a ramificação é uma região hidrofóbica.

Primeira atividade de modelagem molecular

1) Baixar e instalar o programa Discovery Studio Visualizer (DS)

http://accelrys.com/products/discovery-studio/visualization-download.php

A versão atual é a 4.1 e esta pode ser muito 'pesada', se for eu passo a vocês uma versão anterior.

Este programa é bem fácil de usar, com diversos recursos de análise biomolecular mas também com elementos de cristalografia. O módulo "visualizer" é grátis.

2) Alguns tutoriais sobre o DS

Tutoriais do Sam que está no nosso grupo de estudo
https://www.youtube.com/playlist?list=PLzkEXsrocQ0XsrXDUhK08idCrFMtKNBGR

Breve tutorial sobre o DS

https://www.youtube.com/watch?v=u1tlS0B1LT8

Outras apresentações do DS 

https://www.youtube.com/watch?v=16qpxdASHic

https://www.youtube.com/watch?v=rZSEmZw5LyY

https://www.youtube.com/watch?v=-wHWNzsstDY

3) Criar algumas moléculas simples e verificar se são quimicamente corretas em termos do número de ligações, ligações saturadas com hidrogênio. Observem a estereoquímica das moléculas, se são planas, apresentam ângulo de torção, etc. (usem o recurso - clean geometry- para deixá-la na conformação correta)

4) Utilizem o recurso build and edit nucleic acid para criar um DNA. Vejam as várias formas de "crescer" o DNA. Façam uma sequência CGAGCGATAT e meçam as distâncias entre as bases nitrogenadas.