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Übersicht der Module für online Lernen CHEMIE

• Theoretische Chemie

• Chemie für Mediziner

• Vernetztes Studium Chemie (vs-c)

• 3D Visualisierung von Molekülen

"Molecular Modelling" WS 2006: Montags SR 125 (Chemie-Gebäude) 10:15 - 12:00 + fakul. Übungen URZ Donnerstags 10:00 - 12:00

Lehrveranstaltung wird gemeinsam mit PD Dr. W. Brandt (IPB - Halle) durchgeführt
Beginn: 9. Oktober 2006
Gliederung:

1. Einführung
• Was ist Molecular Modelling ?
• Übersicht von Anwendungen
• Einige Beispiele mit ihren Ergebnissen
2. Molekülstruktur
• Räumliche, elektronische und energetische Struktur
• Struktur-Ermittlung (X-ray, NMR)
• Linearcodes
• WLN, SMILES
• 2D-Struktur, Connection Table
• Matrix-Darstellung (Adjazens), BE-Matrix, Reaktions-Matrix
• Kanonisierung (Morgan-Algorithmus)
• Graphentheorie (Knoten, Kanten)
• Topologie, Wiener-Verzweigungs-Index
• 2D- to 3D-Konvertierung
• kartesische und "innere" Koordinaten, Z-Matrix
• 4D-Struktur: Sequenz von 3D-Strukturen
• Visualisierung mittels Chime-Plugin (Browser)
• Übung Benutzung von Chime
3. Kraftfeld, Struktur-Optimierung
• Kraftfeld, Force Field: Komponenten
• Beispiel: Bindungslänge (Potential, Kraft, Kraftkonstante)
• MM2, CHARMM, Amber , MMFF (Atom-Typen, Parameter, Eignung)
• Optimierungsstrategien (Simplex, Gradienten-Verfahren, mit 2. Ableitung: Newton-Raphson)
• Ablaufplan (Hesse-Matrix)
• Analyse der sterische Energie
• Beispiele (Ethanol, Butan) Potential-Kurven und Energie-Maps
• Potential-Energie-Hyperfläche: lokale und globale Minima, Transition States
• Java Molekül Editor (JME)[P. Ertl], SMILES-String
• ACD-Labs Sketcher
• MOE-Molekül-Editor
• Übung Benutzung von MOE (Molekül-Editor, Struktur-Optimierung)
4. Konformations-Analyse
• Torsionsbarrieren
• Beispiel: Dipeptid
• Ramachandran-Map
• Konformations-Vielfalt. lineare und cyclische Strukturen
• Grid-Search
• systematische Konformationssuche
• stochastische Suche (Random-Search)
• genetische Algorithmen
• Konformationssuche mittels MOE
• Benutzung der MOE-internen Datenbank
• Übung Benutzung von MOE (systematische Konformationsanalyse)
5. Struktur-Datenbanken
• Cambridge Structural Database, CSD
• Struktur-Recherche in der PDB-Datenbank
• Swiss-Prot, EMBL
• World Drug Index (WDI)
• 3D-Struktur: File-Formate (MOL, PDB, xyz)
• Analyse der Daten
• Vergleich von Strukturen (RMS-Fit)
• Visualisierung (Chime, JMol, PyMOL, MOE)
• Rendering, Ray-Tracing
• Movies
• Übung Recherche in PDB-Datenbank
6. Struktur-Wirkungs-Analyse, QSAR
• Übersicht über Deskriptoren
• Regressionsverfahren
• Modell-Bildung
• Modell-Verifizierung
• Cross-Validation
• Klassifizierung
• Clusterverfahren (Ward, Tree-Darstellung der Distanzen)
• Beispiele mit MOE
• Übung Benutzung von MOE (lineare Regression)
7. Moleküldynamik und Monte Carlo
• Mathematische Grundlagen
• Leap frog Algorithmus
• Simulated Annealing
• Monte Carlo - Grundlagen
• Anwendungsbeispiele
• Übung Benutzung von
8. Struktur von Aminosäuren und Proteine
• Grundstrukturen und Eigenschaften der Aminosäuren
• Sekundärstrukturen
• Tertiärstrukturen
• Quartärstrukturen
• Codierung der Strukturelemente
• Übung Benutzung von
9. Homologie-Modelling von Proteinen
• Grundlagen: Alignmentmethoden, Substitutionsmatrizen (BLOSUM, PAM)
• Sekundärstrukturvorhersagen
• Homologie-Modelling mit MOE
• Online-Module: WEB-Seiten
• Qualitätsbewertungen: Ramachandran-Plot, PROSA II u.a.
• Übung Benutzung von
10. Docking-Verfahren
• Receptoren, Struktur
• Allgemeine Grundlagen und Zielstellungen
• Identifizierung von Ligandenbindungsbereiche
• GOLD
• Autodock
• MOE
• FLEXX
• Übung Benutzung von
11. Grundlagen der MO-Theorie
• Wellenmechanik, Hamilton-Op. Schrödinger-Gleichung
• Atom-Orbitale (H-Atom)
• LCAO-MO-, ZDO-Näherung
• semi-empirische MO-Verfahren (Mopac, PM3)
• ab-initio Verfahren (HF, DFT, MP-Verfahren, Basis-Funktionen)
• Beispiele (Struktur-optimierung, Orbitale)
• Übung eLearning mit VS-Chemie (Mopac, Näherungen)
12. Elektronenstruktur, Orbitale, MEP
• Elektronenverteilung, Elektronendichte, Atom-Ladung
• Analyse von MOs (Sauerstoff-, Stickstoff-Molekül)
• Front-Orbitale (Woodward-Hoffmann, Symmetrie-Erhalt)
• Polarität, Dipolmoment
• Elektronegativität, Härte / Weichheit (HSAB)
• van der Waals-, Connolly-Surface, Iso-Flächen
• Molecular Electrostatic Potential (MEP und MLP)
• H-Brücken Bindungen (Wasser-Struktur)
• Übung WinMopac-Berechnung Ethanol, Wasser, Ethylen
13. Anwendungen von MO-Methoden
• Mopac (WinMopac) Eingabe-Daten
• typische Keyworte
• Auswertung von Berechnungen, Beispiele
• Reaktionskoordinate
• Visualisierung von Molekül-Orbitalen (StrukEd)
• Schwingungsanalyse
• Anwendungen mit WebMO (IR-Spektren, Intensitäten)
• Anwendungen mit Gaussian
• Symmetrie-Betrachtungen (MOs, Normal Modes)
• Übung Benutzung von WebMO (Ethanol: IR-Spektrum, NMR-Parameter)
14. Wirkstoffdesign und Screening
• QSAR-Methoden (multivariate Methoden)
• Deskriptoren, u.a. VSA von MOE für Blood-Brain-Barriere und Solvatation
• CoMFA und COMSIA
• Docking und automatische Ligandendesignprogramme (Ligbuilder, LUDI)
• Analyse von Enzymkatalysemechanismen
• Übung Benutzung von
15. Datenbanken-Screening
• Arbeit mit 3D-Datenbanken in MOE
• Pharmakophore-Modelle
• ADME(T) - Bewertung
• Lipinski´s rule of five
• In silico screening
• Übung Benutzung von

Abschluss-Übungen / Beleg

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