quantum biochemistry · pdf file · 2015-12-04department of chemistry dias 1...
TRANSCRIPT
Overskrift her Navn på oplægsholder Navn på KU-enhed
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Department of Chemistry
Dias 1
Quantum Biochemistry
Jan H. Jensen Department of Chemistry University of Copenhagen Slides can be found at: DOI:10.6084/m9.figshare.912548
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Department of Chemistry
Dias 2
Computational Chemistry
The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these laws leads to equations much too complicated to be soluble. Paul Dirac, 1929
i
∂∂t
Ψ = HΨ
Schrödinger Equation (1926)
Not anymore!
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Numerically “exact” solutions: CCSD(T)/CBS
Department of Chemistry
Dias 3 Bartlett: 10.1103/RevModPhys.79.291
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
CCSD(T)/CBS: benchmarking faster methods
CCSD(T)/CBS currently too “slow” for routine chemical applications, but …
CCSD(T)/CBS now sufficiently “fast” to generate large amounts
of data for benchmarking faster methods
Department of Chemistry
Dias 4
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
The rise of semi-empirical methods
Semi-empirical methods: quantum mechanical (QM) methods with fitted parameters
Fitting and validation can now done using CCSD(T)/CBS instead
of experimental data: a huge conceptual and practical advance.
Better QM: fewer parameters and wider applicability Examples: DFT-D, PM6-DH+, HF-3c HF-3c: HF/minimal basis set corrected for dispersion & BSSE
using 9 parameters. No experimental input.
Department of Chemistry
Dias 5
Grimme: 10.1002/jcc.23317
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Validation against CCSD(T)/CBS: ΔE
Department of Chemistry
Dias 6 Grimme: 10.1002/jcc.23317
A+B è A�B
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Validation against experiment: ΔG
Fast methods è frequencies è free energies
Department of Chemistry
Dias 7
MAD: 2.1 kcal/mol Grimme: 10.1002/chem.201200497
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Semi-empirical methods: new horizons
QM structures and free energies for large systems Accurate protein structures Accurate activation free energies for enzymatic reactions Accurate binding free energies for protein-ligand complexes
Automation and Computational High-Throughput Screening NMR chemical shift prediction for proteins Screening enzyme mutants
Department of Chemistry
Dias 8 Grimme: 10.1002/chem.201200497
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
QM structures and free energies for proteins Large systems require different algorithms
Department of Chemistry
Dias 9
The Effective Fragment Molecular Orbital Method
Jan H. Jensen, Anders Christensen and
Casper Steinmann (SDU) University of Copenhagen
Dmitri Fedorov
AIST, Japan
JPC A 2010, 114, 8705 PLoS ONE 2012, 7:e41117 PLoS ONE 2012, 7:e44480 PLoS ONE 2013, 8: e60602
PLoS ONE 2014 (arxiv:1305.0676)
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Large systems handled by fragmentation
Fragmentation è QM calculations è reassembly
Department of Chemistry
Dias 10
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
All-QM enzymatic reaction barrier
Department of Chemistry
Dias 11 10.1371/journal.pone.0060602
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Systematic Screening of Enzymatic Reaction Barriers Martin Hediger and Luca De Vico
Allan Svendsen (Novozymes)
PLoS ONE 2012 7:e49849
PeerJ 2013 1:e111 PeerJ 2013 1:e145
Automation and High-Throughput Screening
Department of Chemistry
Dias 12
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Automation and High-Throughput Screening
All possible single mutations è PM6 barrier è combination mutants
Department of Chemistry
Dias 13
ca 500-1000 mutants can be screened
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Automation and High-Throughput Screening
Department of Chemistry
Dias 14
Proteins Structure Determination from Chemical Shifts Anders Christensen (Novo Nordisk STAR PhD) & Lars Bratholm
Thomas Hamelryck, Kresten Lindorff-Larsen, Kaare Teilum (BIO)
JCTC 2011, 7 2078 PLoS ONE 2013, 8:e84123
10.1021/ar900068s
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
A fast chemical shift predictor for proteins
Representative fragments è QM calculations è empirical model
QM calculations benchmarked against CCSD(T) Between 500,000 and 1,000,000 QM calculations needed
Department of Chemistry
Dias 15 PLoS ONE 2013, 8:e84123
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Summary
CCSD(T)/CBS: Experimental accuracy for small, but now chemically relevant, molecules.
CCSD(T)/CBS replaces experiment for parameterization and
validation of faster semi-empirical QM methods: more thorough and rigorous parameterization leads to more generally applicable methods.
New semi-empirical QM methods are now finally sufficiently
accurate to be of practical use. New semi-empirical methods are sufficiently fast for high-
throughput screening (1000-1,000,000 QM calculations): new molecular design ideas for experimental chemists.
Quantum chemists need to adapt: automation/cheminformatic
considerations should be integral part of new modeling projects.
Department of Chemistry
Dias 16
Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning
Overskrift her
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Thank you! Questions?
Slides are available at DOI:10.6084/m9.figshare.912548
Department of Chemistry
Dias 17
For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod
Byt billede: Ny slide og klik på ikon, indsæt billede
Department of Chemistry
Dias 18