La modélisation des acides nucléiques sous Mathematica 8.0

Marie-laure G.

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La modélisation des acides nucléiques sous Mathematica 8.0

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Objectifs généraux

La distribution électronique gouverne pratiquement tous les aspects des molécules, et tout particulièrement des acides nucléiques.
Il s'agit de leurs structures, propriétés, interactions, et réactivités.

Ce TP a essentiellement pour but :
1. d'explorer le plus grand nombre de ces différents aspects le plus simplement possible à partir de la loi de Coulomb, du potentiel de Lennard-Jones (van der Waals) à l'aide des fonctionnalités de Mathematica.
2. de proposer en même temps une introduction à la modélisation moléculaire des acides nucléiques et notamment au champ de force moléculaire AMBER (JACS (1995) 117, 5179-5197, publication jointe au TD).
Un des objectifs est d'explorer les interactions potentielles de petites molécules cancérigènes avec les bases.

Le compte-rendu, à rédiger individuellement avec Mathematica, porte sur ces deux points essentiels.

[...] 1. Description des atomes et des molécules

1.1 Champ de force
En modélisation moléculaire, on appelle champ de force un ensemble d'équations et de paramètres utilisés pour décrire les propriétés d'une molécule. Les champs de force sont fondés sur les énergies potentielles électrostatiques (coulombienne et de Van der Waals).

1.2 Topologie
La topologie d'une molécule est l'arrangement des liaisons covalentes entre les atomes qui la composent. Elle se représente au moyen de la formule développée (symboles de tous les atomes de la molécule, reliés par des traits figurant les liaisons covalentes) ou de l'écriture topologique (seules les liaisons carbone-carbone sont représentées, les seuls symboles figurés sont ceux des hétéroatomes (...)

Sommaire

Introduction

1. Description des atomes et des molécules
1.1 Champ de force
1.2 Topologie
1.3 Hydroxylamine bricolée
1.4 Autres molécules faciles à bricoler
1.5 Démarche plus rigoureuse

2. Interaction avec la structure de données
2.1 Extraire des caractéristiques
2.2 Afficher les atomes et la topologie

3. Exemples d'interfaces et d'interactions
3.1 Hydroxylamine
3.2 Liaison H entre deux molécules d'eau
3.4 Paire de bases GC formée interactivement
3.5 Appariement entre l'hydroxylamine et la cytosine

4. Exemples d'interfaces et d'interactions
4.1 Potentiel électrostatique
4.2 Champ électrostatique
4.3 Énergie d'interaction électrostatique
4.4 Énergie potentielle de Van der Waals
4.5 Forces de Van der Waals
4.6 Énergie d'interaction de Van der Waals
4.7 Représentation, liaisons H
4.8 Représentation
4.9 Empilement

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Extraits

[...] 5. de l'énergie potentielle de van der Waals vdwU pour : Ar, où est translaté d'une valeur arbitraire H2O 6. des forces de van der Waals vdwU pour : Ar, où est translaté d'une valeur arbitraire H2O 7. des énergies d'interaction de van der Waals vdwUinter pour : où est translaté d'une valeur arbitraire deux molécules H2O Que remarquez-vous ? 8. [...]

[...] Could not combine the graphics objects in Show , graphe translation rotation H2O Charge , graphe translation rotation H2O Charge , PlotRange ImageSize 400, Frame True, GridLines Automatic . Suppléments : fichiers à L'UTÈS pour LV204 Compte-rendu 1. Description des atomes et des molécules 1.1 Champ de force En modélisation moléculaire, on appelle champ de force un ensemble d'équations et de paramètres utilisés pour décrire les propriétés d'une molécule. Les champs de force sont fondés sur les énergies potentielles électrostatiques (coulombienne et de Van der Waals) Topologie La topologie d'une molécule est l'arrangement des liaisons covalentes entre les atomes qui la composent. [...]

[...] Définition de la fonction pour un atome: 22 Modélisation des acides nucléiques.nb eE , a_Atom : With qi x ; extraire Charge , crdi crdi y crdi 2 x crdi extraire Coord , qi y crdi Exemples d'application: eE unAtome 1 Power::infy : Infinite expression 0. Infinity::indet : Indeterminate expression 0. ComplexInfinity encountered. Infinity::indet : Indeterminate expression 0. ComplexInfinity encountered. [...]

[...] Dashed Dashed is a graphics directive that specifies that lines which follow should be drawn dashed. Rotation d'un atome Définition de la fonction: rotation a_Atom, Θ_ : modifier Coord, RotationMatrix Θ .extraire Coord ; Exemples d'application extraire First selectionner H2O, Nom extraire rotation First selectionner H2O, Nom , Π , Coord , Coord d'une molécule Définition de la fonction: rotation m_Molecule, Θ_ : modifier Atomes, Map rotation , Θ extraire Atomes Exemples d'application Show graphe H2O, "CPK" , graphe translation rotation H2O, Π "CPK" Modélisation des acides nucléiques.nb 17 III. [...]

[...] Afficher le contenu de votre molécule ; tracer le graphe de la molécule et sa topologie Donner le nom d'autres molécules qu'il serait facile de bricoler rapidement (faites appel à vos connaissances en biologie, ou à défaut à des livres de références en Biochimie : Voet & Voet, Zubay, Rawn, Lehninger, Stryer . dont le titre est généralement "Biochimie" ou "Biochemistry". Pensez à des molécules que vous ingérez, que vous transformez, ou que vous excrétez . ) Comment faut-il procéder de façon (plus) rigoureuse pour rajouter une molécule dans la base de données liée à un champ de force ? 2 Modélisation des acides nucléiques.nb II./ Interaction avec la structure de données Extraire des caractéristiques 1. [...]

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