Tesine esame Laboratorio di simulazione atomistica e fluidodinamica

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1 Tesine esame Laboratorio di simulazione atomistica e fluidodinamica Ogni studente dovrà selezionare due tesine: una da svolgere individualmente, l'altra da svolgere in gruppo. Una delle due tesine va scelta tra le proposte 1,2 e 3 mentre l'altra tra le restanti. La scelta delle tesine va comunicata al docente col quale andranno anche pattuiti alcuni aspetti di dettaglio necessari per lo svolgimento delle stesse. Note importanti: Gli elaborati dovranno essere brevi e chiari. Una tipica struttura prevede 4 sezioni: Introduzione (presentazione del problema in esame e degli obiettivi dello studio effettuato), Metodi (descrizione puntuale e sintetica delle metodologie applicate, in generale un lettore dovrebbe essere in grado di riprodurre quanto da voi fatto, NOTA: non vanno riportati aspetti prettamente informatici come ad esempio l'elenco dei comandi utilizzati nel file.conf!!!), Risultati (descrizione dei risultati, vanno utilizzate figure e tabelle ove opportuno), Discussione (interpretazione dei risultati, commento dei risultati nell'ambito del problema in esame ed eventuale relazione con altri studi -teorici, numerici e sperimentali- presenti in letteratura). Gli elaborati dovranno essere consegnati in formato.pdf qualche giorno prima dell'esame inviandoli all'indirizzo maurochinappi@gmail.com. In sede d'esame lo studente tutti i dati e gli strumenti sviluppati relativi alla tesina dovranno essere accessibili (ad esempio su una delle macchine della didattica o su una pennetta). In tutte le esercitazioni ci sono alcuni passaggi che sono più articolati di quanto visto in laboratorio, tali passaggi porteranno lo studente di fronte a situazioni e problematiche nuove rispetto a quanto già conosce. È normale che sia così altrimenti l'esame non sarebbe altro che la riproduzione di tutorial già eseguiti. In caso di problemi insormontabili contattate il docente per tempo. Pattuite la data d'esame col docente almeno con 20 giorni di anticipo. In tale occasione vi sarà indicato anche un articolo scientifico che sarà, insieme alle due tesine, la base della discussione all'esame. Suggerimenti: Siccome è noto che le prime fasi del lavoro saranno le più ostiche in quanto sarete per la prima volta da soli davanti agli strumenti che abbiamo visto a lezione, iniziate subito a fare le tesine in modo da avere, in caso di problemi, tempo e modo di contattare il docente per discutere alcune problematiche.

2 1) Stima della temperatura di denaturazione della Maltose Binding Protein. Stimare la temperatura di denaturazione della Maltose Binding Protein (PDBiD: 4MBP) a partire da una serie di simulazioni di dinamica molecolare e comparare la propria stima con i risultati sperimentali presenti in letteratura (ad esempio Ganesh et al. Biochemistry 36,16, 1997). Equilibrare il sistema ad una temperatura vicina alla temperatura tipica a cui lavora la proteina e poi, gradualmente, effettuare simulazioni a temperatura T via via crescente usando la configurazione finale della simulazione precedente (a T più bassa) come configurazione iniziale della simulazione successiva (a T maggiore). Effetto della presenza di solvente (acqua) sulla temperatura di denaturazione stimata. File disponibili (da chiedere via mail al docente): 1. pdb e psf della struttura proteica

3 2) Resistenza a trazione della Maltose Binding Protein: effetto della forzante Analizzare il meccanismo di unfolding meccanico per la Maltose Binding Protein (PDBiD:4MBP) e comparare i risultati con quanto osservato da Bertz, M. and Rief, M., Journal of molecular biology, 378, 2, Studiare il problema per differenti valori della forzante. Per ragioni di costo computazionale lavorare in assenza di acqua. Si veda tutorial NAMD visto a lezione. Paragone simulazione SMD con simulazione a forzante costante. Paragone tiraggio dal terminale N con tiraggio dal terminale C. : 1. pdb e psf della struttura proteica

4 3) Resistenza a trazione della Maltose Binding Protein: effetto dell'acqua Analizzare il meccanismo di unfolding meccanico per la Maltose Binding Protein (PDBiD: 4MBP) e comparare i risultati con quanto osservato da Bertz, M. and Rief, M., Journal of molecular biology, 378, 2, 2008). Studiare il problema per utilizzando una forzante SMD, lavorare sia in assenza di acqua, sia con modelli impliciti di acqua presenti in NAMD. Si veda tutorial NAMD visto a lezione. Paragone con una simulazione con solvente esplicito (molecole di acqua) 1. pdb e psf della proteina (idrogeni inclusi) 2. comandi necessari per modello implicito di acqua da inserire nel.conf

5 4) Transizione Cassie-Wenzel indotta da una forzante esterna Stimare la pressione a cui una superficie corrugata costituita da uno strato di molecole idrofobe (Octadeciltriclorosilano) transisce dallo stato di Cassie allo stato di Wenzel. Paragonare il meccanismo molecolare osservato con quando riportato in letteratura (ad esempio Neelesh A. Patankar Langmuir, 2010, 26 (11), pp ). Equibrare il sistema. Applicare forzanti molto basse (equivalenti ad una pressione di un decimo di atmosfera) alla parete superiore come visto a lezione. Effettuare varie simulazioni a forzanti F via via crescenti usando la configurazione finale della simulazione precedente (a F minore) come configurazione iniziale della simulazione successiva (a F maggiore). Analisi di differenti geometrie della corrugazione. 1. pdb e psf della sistema (acqua esclusa) 2. codice C per creare il pdb

6 5) Stima dell'angolo di contatto ed effetto della temperatura Stimare l'angolo di contatto macroscopico e la tensione di linea di una goccia d'acqua su di una superficie idrofoba (Octadeciltriclorosilano). Confrontare il dato ottenuto con quanto riportato in letteratura (sia esperimenti che simulazioni). Si veda, ad esempio, T. Werder et al. J. Phys. Chem. B, 2003, 107 (6), pp Stima della pressione di vapore. Effetto della temperatura sull'angolo di contatto. 1. pdb e psf della sistema (acqua esclusa) 2. codice C per creare il pdb

7 6) Stima della matrice di resistenza di un ellissoide Calcolare la matrice di resistenza di un ellissoide di semiassi a= 1, b=1, c=1.8 e fornire una stima dell'errore commesso. Analizzare il problema al variare di c nell'intervallo codice Fortran per soluzione numerica del problema col medoto agli elementi di contorno.

8 7) Stima della matrice di resistenza di una sfera in prossimità di una parete Calcolare la matrice di resistenza di una sfera al variare della distanza da una parete infinita. Analizzare il problema al variare del livello di discretizzazione della parete 1. codice Fortran per soluzione numerica del problema col medoto agli elementi di contorno.