IMPLEMENTACIÓN DE CAMPO DE FUERZA POLARIZABLE AMOEBA EN MODELACIÓN BIOMOLECULAR UTILIZANDO EL MÉTODO DE ELEMENTOS DE FRONTERA

Abstract

Los modelos continuos juegan un papel importante en la modelación de sistemas biomoleculares, ya que permiten obtener resultados con tiempos de ejecución bajos y pocos recursos computacionales, específicamente, los modelos continuos permiten un rápido cálculo de la energía de solvatación, la cual puede resultar complicada de obtener por medio de otros modelos. En las simulaciones se utilizo un modelo de Poisson- Boltzmann y el método de elementos de frontera, el cual representa de manera precisa la naturaleza del problema y simplifica considerablemente los cálculos. Este trabajo consiste en la implementación del campo de fuerza polarizable AMOEBA, el cual considera componente multipolares de grado superior, tales como dipolos y cuadrupolos, para lograr una representación más realista de la situación. El dipolo se divide a su vez en dos componentes, el dipolo permanente, dado por el campo de fuerza, y una componente de dipolo polarizable, la cual depende del campo eléctrico en la ubicación de los multipolos, debido a esto, la componente polarizable del dipolo se calcula por medio de un esquema iterativo autoconsistente. Para los distintos cálculos, se utilizo la librería de Python, Bempp, la cual resulta conveniente para para aplicar y desarrollar el método de elementos de frontera. La formulación para campos de fuerza polarizables requiere del cálculo de derivadas de primer y segundo grado del potencial electrostático, en el caso de la componente del potencial debido a los multipolos, esta se calculo mediante funciones analíticas, en cambio, para la componente de reacción debido al solvente, Bempp no ofrece métodos para su cálculo, por lo tanto, esta se aproximo mediante diferencias finitas. Con toda la formulación presentada a lo largo de este informe, se desarrolló un código de Python en formato de librería, capaz de calcular la energía de solvatación de distintas biomoléculas, para su validación se comparó los resultados obtenidos con el Software Pygbe. Los resultados obtenidos con el código desarrollado presentan diferencias menores al 1 % para cada caso simulado, lo cual significa que los modelos desarrollados e implementados son consistentes y el código desarrollado utilizando Bempp representa una herramienta confiable para simulaciones de modelo de solvente implícito utilizando el método de elementos de frontera