Программы obgen, babel и Mopac

Задание 1.

Получил из интернета SMILES порфирина.

С помощью программы obgen постороил 3D структуру порфирина:

obgen porphyrin.smi > porphyrin.mol

Открыл полученную структуру в PyMOL и удалил лишние водороды.

Полученная структура

С помощью babel переформатировал файл в входной формат Mopac с параметризацией PM6:

babel -ipdb porphyrin_h.pdb -omop  porphyrin_opt.mop -xk "PM6"

Запустил Mopac:

MOPAC2009.exe porphyrin_opt.mop

С помощью babel переформатировал выходной файл в pdb формат:

babel -imopout porphyrin_opt.out -opdb porphyrin_opt.pdb

Оптимизированная структура

Структура полученная с помощью obgen далека от реальности - в ней присутствуют два водорода на азотах, которые лишают цикл ароматичности, поэтому структура не плоская. После удаления лишних водородов вручную и оптимизации структуры с помощью Mopac, используя параметризацию PM6, структура стала плоской, что больше похоже на реальность. Также была проведена оптимизация с помощью Mopac с параметризацией AM1, результат отличается от предыдущего совсем незначительно.

Вывод: для предстказания пространственной структуры даже не очень сложных ароматических соединений не достаточно программы obgen, следует оптимизировать структуру с помощь Mopac.

Задание 2.

Для расчета возбужденных состояний порфирина отредактировал входной файл Mopac.

Запустил Mopac:

MOPAC2009.exe porphyrin_opt_spectr.mop

Нашел информацию о энергии возбужденных состояний:

  STATE       ENERGY (EV)        Q.N.  SPIN   SYMMETRY     POLARIZATION
         ABSOLUTE     RELATIVE                            X       Y       Z

    1+    0.000000    0.000000     1+  SINGLET     ????
    2     1.913312    1.913312     1   TRIPLET     ????
    3     2.266014    2.266014     2   SINGLET     ????
    4     2.463186    2.463186     2   TRIPLET     ????
    5     2.823915    2.823915     3   TRIPLET     ????
    6     3.362161    3.362161     4   TRIPLET     ????
    7     3.389757    3.389757     3   SINGLET     ????  0.2031  0.2347  0.0010
    8     3.669242    3.669242     4   SINGLET     ????  2.3899  2.0438  0.0085
    9     3.871323    3.871323     5   SINGLET     ????  1.5461  1.7992  0.0084
 The "+" symbol indicates the root used.
		

С помощью Excel посчитал длины волн, при которых происходят данные переходы:
λ=c*h*10⁹/δE*e, где с - скорость всета, h - постоянная Планка, e - заряд электрона

 δE (EV)       λ (nm)
1,913312    647,9989361
2,266014    547,1387822
2,463186    503,3416642
2,823915    439,0444261
3,362161    368,7581113
3,389757    365,7560528
3,669242    337,8965302
3,871323    320,2585112

Задание 3.

Для молекулы парабензохинона O=C1C=CC(=O)C=C1 определил геометрию как с помощью obgen

так и Мopac.

Потом определил структуру дианиона молекулы с помощью Mopac.

Структуры, полученные для бензохинона с помощью Mopac и obgen, отличаются незначительно:

Черным цветом выделена структура obgen, белым - Mopac.

Структура дианиона заметно отличаются от структур незаряженных молекул:

Серым цветом выделена структура дианиона, белым - структура Mopac незаряженной молекулы.

На картинке видно, что заметно увеличилось растояние между кислородами (5.3Å в незаряженной молекуле и 5.5Å в дианионе), т.е. увеличились длины связей C=O. Объяснить такое изменение можно тем, что дианион бензохинона (а точнее бензохинола) представляет собой ароматическую систему, и связи С-O скорее одинарные, чем двойные, а значит они длиннее. Для сравнения, для молекулы бензохинола растояние между кислородами 5.5Å, как и в случае полученного дианиона.

Структура бензохинола, полученная с помощью obgen

и Mopac.

Задание 4.

С помощью babel добавил в данную структуру водороды при рН=7.0:

babel -ipdb test.pdb -opdb  test_h.pdb -p 7.0

Потом вручную добавил ион Mg²⁺ между γ-фосфором АТФ и Сα аспартата:

С помощью babel преобразовал pdb файл в формат mop, а потом вручную проставил заряды и запреты на движение для всех атомов, кроме воды, магния и γ-фосфата АТФ.

Запустил Mopac, полученную структуру сравнил с записью банка PDB 3PP1.

Оранжевым цветом выделены фосфаты и магний из структуры из 3PP1, желтым - из структуры Mopac.,

Исходная структура полностью идентична фрагменту 3PP1, но без магния, а структура, полученная с помощью Mopac содержит ион магния почти в том же месте, что и 3PP1, но изменены положения атомов γ-фосфата АТФ и воды, таким образом Mopac восстановил положение магния, но изменил положение некоторых групп.

2011 ^©