Development and validation of force field parameters for a vanadium complex from quantum mechanical calculations

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  • Presentation type: Apresentação de Pôster / Poster Communications
  • Track: Molecular Dynamics
  • Keywords: Force field; vanadium complex; molecular dynamics;
  • 1 Universidade Federal de Lavras
  • 2 Universidade Estadual de Campinas

Development and validation of force field parameters for a vanadium complex from quantum mechanical calculations

Taináh Santos

Universidade Federal de Lavras

Abstract

1) General force fields are not suitable for describing metal complexes;
2) The AMBER force field available in HyperChem software does not provide satisfactory results for VC;
3) The objective of this work is the development of a new AMBER force field for the VC system;
4) Comparison between DFT and New_FF points out an average relative error of 0.6% for bond lengths;
5) The average relative error referring to the comparison between DFT and New_FF is 1.5% for bond angles;
6) RMSD provides an average oscillation of 0.3 Å.

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Taináh Santos

Caro, Rodrigo! Muito obrigada pelos comentários e pelo questionamento, a propósito, muito pertinente. De fato, os parâmetros de Lennard-Jones foram obtidos por meio do GAFF, exceto para o átomo de vanádio. Para o metal utilizamos a informação disponibilizada na literatura. Se for de seu interesse a busca, aqui está o DOI do artigo: 10.1021/acs.jctc.6b00416. Grande abraço e, mais uma vez, obrigada!

Author

Taináh Santos

Olá, Renaldo! Agradeço o envio da mensagem e os comentários. Neste trabalho, ainda não fizemos nenhum estudo de caso envolvendo o complexo e um alvo biológico. No entanto, o complexo estudado tem uma estrutura altamente rígida e com poucos graus de liberdade para assumir conformações muito distintas da estrutura inicial. Além disso, infelizmente, o programa de simulação AMBER (para o qual desenvolvemos este campo de força) não permite a diferenciação dos parâmetros eletrostáticos e de van der Waals para interações intra e intermoleculares. Portanto, não é possível realizar uma parametrização completamente precisa dos parâmetros intermoleculares sem alguma perda de precisão intramolecular. Dessa forma, neste trabalho, optamos por uma parametrização intramolecular muito específica de termos ligados e utilizamos um conjunto de parâmetros mais gerais para as interações eletrostáticas e van der Waals para assegurar uma compatibilidade mais ampla do modelo com outros tipos de ambientes, tais como solventes, proteínas, etc. Desta forma, é possível que esse modelo seja utilizado em condições diferentes e com uma elevada compatibilidade, embora, de fato, as energias de ligação devam ser validadas para cada ambiente/modelo de interação escolhido posteriormente. Obrigada novamente! Qualquer coisa, estou à disposição. Abraços.

Author

Taináh Santos

Caro Maicon, como vai? Agradeço os comentários e os questionamentos.
1) Certo. Desenvolvemos nosso campo de força a partir de cálculos quanto-mecânicos (DFT).
2) Não tenho certeza se entendi muito bem a pergunta, se por acaso não for isso, por favor, fique a vontade para responder novamente. O cálculo da matriz hessiana foi realizado com o mesmo nível de teoria do cálculo de otimização e frequência, isto é, utilizamos o funcional B3LYP (funcional de troca-correlação presente no escopo da Teoria do Funcional de Densidade) e o conjunto de funções de base def2-TZVP acrescentado do Potencial de Núcleo Efetivo (ECP) para o átomo de vanádio. Assim, a partir da diagonalização da matriz hessiana, obtivemos os valores  das constantes de força e os valores de equilíbrio que, consequentemente, vieram da estrutura otimizada inicialmente.
3) De fato, o próximo passo do trabalho é realizar uma investigação, a nível molecular, dos tipos de interações entre o VC e as proteínas presentes na via de sinalização da autofagia, onde uma simulação de DM com solvente explícito (água) será realizado.
Espero ter contribuído com os comentários. Qualquer coisa, estou à disposição! Abraço e obrigada!

Maicon Lourenço

Muito obrigado! Você entendeu sim a segunda pergunta. Eu só queria saber o tipo de cálculo DFT que foi realizado, e você esclareceu. Obrigado novamente e parabéns pelo trabalho e sucessos! 

Author

Taináh Santos

Fico feliz, Maicon! Obrigada e sucesso para você também! Abraços.

Author

Taináh Santos

Oi, Brenda! Agradeço seus comentários e o questionamento que, a propósito, é muito pertinente. Você está correta. Realizamos os cálculos de IR e Raman a partir dos resultados da DM, mais precisamente, a partir de um resultado da DM. Vou tentar esclarecer. Bom, como sabemos, as simulações de DM geram trajetórias. Nós simulamos 20 ns no total, entretanto, para garantir o equilíbrio, consideramos apenas os últimos 10 ns. Isto equivale à 1000 frames de simulação. Dessa forma, tínhamos que decidir, dentre esses mil frames, qual utilizar para realizar o cálculo de IR e Raman. Pois bem, como mostrado na apresentação, o valor médio de RMSD foi de 0.33 A. Então, nos mil valores de RMSD obtidos (de onde inclusive tiramos a média e encontramos 0.33 A), nós encontramos um valor de RMSD equivalente à 0.33 A, que correspondia ao frame 1469. Vale comentar, que na ausência de um valor exatamente igual ao valor médio de RMSD, um valor próximo também representaria. Entendemos que o valor médio de RMSD, ou um valor próximo a esse, representa bem a simulação de DM realizada, por isso a escolha desta abordagem. Por fim, salvamos as coordenadas do frame 1469 através software VMD e submetemos a um cálculo de frequência com o mesmo nível de teoria do cálculo de otimização (B3LYP/def2-TZVP mais ECP para o vanádio). Espero ter esclarecido sua dúvida. Qualquer coisa, estou à disposição. Obrigada novamente e abraços.