Procesos de una simulación con dinámica molecular y Monte Carlo

medio de Monte Carlo, implica la elaboración de un programa de computación cuyos elementos centrales se indican en la figura 19. Este programa tiene las siguientes características:

1.5.5.1. Inicialización del programa de dinámica molecular

Una vez realizada la elección del modelo, es decir, el ensamble del sistema y el potencial de interacción, entre otros, se debe hacer una descripción molecular del sistema en cuestión, especificando las condiciones iníciales de la variables involucradas, tales como posiciones de las partículas, temperatura, volumen, densidad etc.. Dependiendo de las características del sistema a simular. En el caso de sólidos perfectos es costumbre poner partículas inicialmente en sus posiciones de equilibrio en la red, tomando como caja de simulación un múltiplo de la celda unitaria en cada una de las direcciones x, y, z. si se trata de un sólido con defectos en la red cristalina, por ejemplo un borde de grano, entonces las partículas se ponen inicialmente en posiciones que se suponen cercanas al equilibrio y se ocupa alguna técnica de minimización (Physies World 1996).

Las velocidades iníciales se especifican generalmente asignándoles a cada partícula una velocidad escogida al azar de una distribución de Maxwell-Boltzmann. Estas velocidades iníciales pueden ser aisladas para obtener la temperatura deseada. El momentum lineal y angular del sistema se iguala a cero.

Para el caso de sistema de líquidos y amorfos (vidrios) se puede proceder de forma similar. Calentando gradualmente al sistema, aparecen las oscilaciones, las velocidades de los átomos, y

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variando las dimensiones de la caja de simulación, obtenemos la temperatura y densidad deseada.

La correcta elección de las condiciones de borde es otro aspecto que debe considerarse en la simulación. Para simular el bulk es costumbre emplear condiciones de borde periódicas (CBP). En el caso de superficies libres u otros defectos es necesario considerar otro tipo de condiciones de borde.

1.5.5.2. Generación de las configuraciones en dinámica molecular La generalización de la configuración en dinámica molecular (DM) se obtiene integrando numéricamente las ecuaciones clásicas de movimiento que gobiernan el sistema, descrito por la ec (14). En mecánica cuántica (MC) los sistemas se obtienen mediante un método de carácter estocástico. La evaluación de la energía potencial (en MC) y las fuerzas (en DM) es la parte más costosa, en términos de tiempo de computación, en una simulación. De hecho, el tiempo que se ocupa en integrar las condiciones es casi despreciable al lado de éste. Para un sistema de N partículas, evaluar en forma directa la integración de dos cuerpos requiere O(N2_{) de operaciones,} mientras que para evaluar la parte de tres cuerpos requiere en principio O(N3_{) de operaciones. De allí la necesidad de elaborar} técnicas que permitan ahorrar tiempo en esta tarea.

Para moléculas como vecinos próximos, hasta ahora el tiempo de computación que hemos guardado consiste en la evaluación de la energía y la fuerza, pero no se crea para N – 1 moléculas, sino para un número mucho menor. Sin embargo, para saber cual de las partículas están a distancia mayor del corte, y por tanto, no contribuyen ni a la energía ni a la fuerza, debemos examinar en cada paso de computación, por eso, la distancia entre todos los pares de partículas en este intervalo de tiempo de esta operación es proporcional a N2_.

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Método de Monte Carlo, es otro método usado para generar configuraciones independientes en el espacio de fases denominado “Método de Montecarlo”. Este es un método de carácter probabilístico o estocástico, que hace uso intensivo de un generador del número aleatorios para su funcionamiento. Precisamente su nombre es en honor a la ciudad de Montecarlo, famosa por sus casinos, ruletas y juegos de azar, entre otras diversiones.

1.5.5.3. Análisis del comportamiento dinámico molecular en bioinformática.

Se trata de evaluar la posición espacial, la velocidad, y la cantidad de movimiento de las moléculas (las propiedades físicas) producidos por efecto de interacciones electromagnéticas con los aminoácidos (descrito por las ecuaciones de DM). Los efectos producidos con DM, a estos efectos (datos) se ejecuta tomando promedios temporales sobre las diferentes configuraciones generados por las rotaciones y la formación de los ángulos diedros entre las moléculas. Los valores medios así obtenidas, consideradas durante un tiempo suficientemente largo, corresponden a los promedios estadísticos sobre las interacciones de las moléculas con el comportamiento energético del sistema.

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Figura 19. Diagrama de flujo de simulación de dinámica molecular que representa a los elementos centrales de un programa de simulación Computacional, donde x(t) representa a la posición espacial de la molécula, v es la velocidad, y p(v) representa al principio de conservación de la cantidad de movimiento, mientras Y(t): representa a la probabilidad de encontrar a la partícula en una determinada región del espacio (MC)

Para una evaluación del resultado existe una diferencia fundamental entre DM y MC, es decir, en la forma como generar las trayectorias del sistema: descrito en DM y se hace por medio de segunda la ley de Newton, lo cual permite calcular propiedades dinámicas, en MC se sigue un método probabilístico y por tanto no es posible un seguimiento a través del tiempo del sistema, excluyendo así la posibilidad de calcular propiedades dinámicas.

1.6. Justificación

La excitación visual de la retina es la responsable de transmitir la señal luminosa para la polarización de los aminoácidos de otras proteínas en la ruta de señalización visual. Las hélices de la rodopsina como fotoexcitada o fotoactivada forman la orientación de los dipolos en la alteración y liberación

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de las moléculas de la proteína transducina de Guanosin difosfato (GDP), durante este proceso la presencia de los dipolos y de los neurotransmisores activan la excitación de la proteína G y de los canales iónicos y se produce la interacción atractiva entre los aminoácidos de la estructura de la proteína fosducina con el guanosín trifosfato (GTP).

Producido la excitación de los aminoácidos de la estructura primaria de la proteína fosducina, como consecuencia, se originan choques, rotaciones y vibraciones de los aminoácidos de esta proteína originándose la estructura secundaria de tipo helicoidal y en forma de láminas beta, durante el enrollamiento de la cadena polipeptídica adquiere un equilibrio instantáneo denominado estructura terciaria. En este trance se producen las inconveniencias y limitaciones porque no existen métodos teóricos adecuados en la dinámica molecular para determinar la posición espacial de los aminoácidos excitados y su función apropiada en la transmisión del flujo de información hacia el ADN del núcleo de la célula neuronal (Urtúbia, 2006). La investigación que se ejecutó con el análisis del procesamiento de los datos del PDB.

Para predecir la descripción, la comprensión e interpretación de la forma geométrica del plegamiento global de la cadena polipeptídica que conforman la estructura terciaria de los aminoácidos de la proteína fosducina. Además, el interés principal fue la visualización de la acumulación de los electrones en torno a los aminoácidos (átomos) que se producen por efectos del enrollamiento de la cadena poli péptica denominado la estructura terciaria que se mantuvo por la interacción del puente de hidrógeno. Durante este proceso es más probable que se produzcan la absorción o emisión del flujo de información (externa) hacia la proteína G de ADN de la célula neuronal. Este comportamiento de la proteína fosducina fueron estudiados con el modelado de los algoritmos (dinámica molecular) del programa de bioinformática de PDBSum y la visualización espacial de los aminoácidos se hizo a través de los programas CATH y Jmol (PDBSum, 2000).

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