Vizualizace parciálních atomových nábojů v molekulách

Mgr. Jakub Váňa

Bakalářská práce

Vizualization of partial atomic charges in molecules

Anotace:

V přírodovědných i dalších oborech je v posledních desetiletích experiment jako metoda často doplněn nebo nahrazen matematickými výpočty, případně simulacemi. Klíčovým objektem v těchto výpočtech je molekula, protože je nositelem chemických vlastností látek. Pro práci chemiků či biologů jsou rovněž velmi důležité informace o parciálních nábojích na atomech v rámci molekuly. Tyto náboje jsou reálná čísla, která popisují, jakou část elektronů z molekuly (tzv. elektronové hustoty) si daný atom přitáhnul do své blízkosti nebo naopak odevzdal jiným atomům. Ideálním způsobem, jak zprostředkovat informace o nábojích, je jejich vizualizace. Díky vizualizaci jsme například schopni posoudit, kde je náboj na molekule koncentrován a která místa jsou nábojově neutrální. Právě tématem vizualizace parciálních nábojů se zabývá má bakalářská práce. V rámci této práce jsem se nejdříve seznámil se způsobem reprezetace molekuly v počítači a s formáty pro zápis struktury molekuly a jejích parciálních nábojů. Dále jsem nastudoval modely pro vizualizaci molekuly a parciálních nábojů. Všechny tyto informace jsem shrnul v textu své práce. Poté jsem vyhledal softwarové nástroje vhodné pro vizualizaci nábojů -- VMD, Jmol, Chem3D, DSV a Mol2mol. Využitelnost těchto nástrojů jsem analyzoval na třech různých typech molekul (malá organická molekula, peptid a protein) a v práci popsal jejich silné a slabé stránky.

Abstract:

In biological and other domains is in last decades experiment as a method often complemented or replaced with mathematical calculations, eventually simulations. The key object in these calculations is molecule, because it bears attributes of chemical matters. For chemists or biologists work are very important also values of atomic partial charges of molecules. These charges are real numbers, which describes, how big part of electrons (so called electron density) atom attracted or vice-versa. Best way to convey informations about charges is their visualization. Thanks to visualization, we are able to decide where is charge most concentrated in molecule and which parts of molecule are neutral. This bachelor´s thesis is primarily about describing visualization of partial charges. First of all, in terms of thesis I learned about the way of reprezentation of molecule in computer and about formats for storing structures of molecules and their partial charges. Then i learned about graphical models for visualization of molecule and partial charges. All these information are summarized in this work. After this I searched for software capable of visualizing partial charges - VMD, Jmol, Chem3D, DSV and Mol2mol. Usefulness of these programs was analyzed on three different molecules (small organic molecule, peptide and protein) and their advantages and disadvantages were discussed.

Klíčová slova

Parciální náboje na atomech, vizualizace nábojů, molekuly, 3D struktury, MOL, MOL2, PDB, VMD, MOE, Jmol, Mol2mol, Chem3D, DSV

Jazyk práce: čeština

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 4. 1. 2011

Obhajoba závěrečné práce

• Obhajoba proběhla 3. 2. 2011
• Vedoucí: doc. RNDr. Radka Svobodová Vařeková, Ph.D.
• Oponent: Mgr. Jan Kmuníček, Ph.D.

Masarykova univerzita

Fakulta informatiky

Bakalářský studijní program / obor:
Aplikovaná informatika / Aplikovaná informatika