INTRODUCCIÓN

El campo de fuerza molecular de Merck (MMFF) es una familia de campos de fuerza química desarrollados por Merck Research Laboratories. Se basan en el campo de fuerza MM3. MMFF no está optimizado para simulaciones de sistemas moleculares constituidos por proteínas o moléculas orgánicas pequeñas, pero sus resultados son razonablemente buenos cuando se aplica a una amplia gama de cálculos de química orgánica. Los parámetros de los campos de fuerza se han derivado de datos computacionales que constan de aproximadamente 2800 estructuras que abarcan una amplia gama de clases químicas.

OBJETIVOS

METODOLOGÍA

Materiales:

• Base de datos de compuestos químicos: PubChem

• Base de datos de proteínas: PDB

• Programa de edición y visualización de estructuras moleculares: Avogadro 1.2.0

• Descargar

• Porgrama de visualización de estructuras moleculares: Rasmol 2.7.5.2:

• Descargar

Métodos

I. Visualización y analisis de la geometría molecular

II. Búsqueda en base de datos PUBCHEM

• Ingresar a la pagina de la base datos PUBCHEM

• En la caja de busqueda escribir el termino identificador (Compound CID ): 441141 (este termino corresponde a la molécula de Vancomicina)

• Buscar en la pagina obtenida el item: Canonical SMILES

• Copiar el formato molecular en una hoja de excel.

• La hoja de excel tiene que tener 14 columnas a ser llenada con la información a localizar en la pagina obtenida :

  • Compound CID

  • Chemical name

  • Common name

  • Molecular Formula

  • Canonical SMILES

  • Molecular Weight

  • XLogP3-AA

  • Hydrogen Bond Donor Count

  • Hydrogen Bond Acceptor Count

  • Rotatable Bond Count

  • Topological Polar Surface Area

  • Complexity

  • ATC Code (1)

  • ATC Code (2)

• Repetir el mismo procedimiento pero introduciendo el nombre de los compuestos

  • Anestesicos locales (grupo I)

    • Lidocain

    • Tetracain

    • Bupivacain

  • Antiinflamatorios no esteroideos (grupo II)

    • Aspirin

    • Ibuprofen

    • Salicylic acid

    • Diclofenac

  • Agonistas adrenérgicos

    • Agonistas α₁ (grupo III)

      • phenylephrine

      • methoxamine

      • alpha-Methylnorepinephrine

      • oxymetazoline

    • Agonistas α₂ (grupo IV)

      • Clonidin

      • Guanfacine

      • Guanabenz

      • Dexmedetomidine

    • Agonista β₁ (grupo V)

      • Dobutamine

      • Isoproterenol

    • Agonista β₂ (grupo V)

      • salbutamol

      • clenbuterol

      • terbutaline

  • Por cada grupo de compuestos luego de almacenar la información en una hoja de excel, comparar sus valores de:

    • • • Molecular Weight

        • XLogP3-AA

        • Hydrogen Bond Donor Count

        • Hydrogen Bond Acceptor Count

        • Rotatable Bond Count

        • Topological Polar Surface Area

  • Discutir los resultados

III. Edición, visualización y optimización de la estructura 3D de moléculas orgánicas

II.1 Dibujar una Molécula organica

• Abrir el programa Avogadro. El programa cuenta con diferentes extensiones (encuéntralas en el menú superior) que le permite al mismo ofrecer al usuario distintas mejoras para sus trabajos. Realmente lo que más destaca de este software es que bastante rápido y eficiente, a diferencia de otros software de este estilo, que en muchas ocasiones colapsan el equipo, y requieren de capacidades técnicas bastante elevadas. En él se pueden construir moléculas, tanto orgánicas como inorgánicas, para posteriormente exportarlas como imagen o trabajar con ellas en el mismo programa.

• La Barras de herramientas en la ventana principal cuenta con:

1. Herramienta de dibujo

2. Herramienta de navegación

3. Herramienta de manipulación del enlace central

4. Herramienta de manipulación

5. Herramienta de selección

6. Rotación automática

7. Optimización automática

8. Medición

9. Alinear moléculas

•Al abrir un archivo en Avogadro, las herramientas de navegacion quedan automaticamente seleccionadas.

• Para comenzar a dibujar descliquea la opcion “Ajustar Hidógeno”. Luego dirije el cursor a la pizarra de dibujo y clickeando el boton izquierdo del mouse dibujas tu elemento.

Si deseas dibujar una molecula manten apretado el boton izquierdo y arrastra que se formara el enlace deseado.

Como ejemplo crea la estructura carbonada de la molecula del propano, y del benceno.

Si quisieras cambiar el tipo de enlace, despliega “Orden de enlace” y elige el enlace deseado.

Luego click izquierdo en el atomo en el que quieres el enlace diferente

• Errores: Si cometes un error puedes usar la opcion “Undo” (deshacer = “Ctrl + Z”) que está dentro de Editar en la barra de navegacion. Tambien puedes borrar atomos o enlaces que has agregado en los ultimos pasos, clickeando sobre ellos con el boton derecho del mouse.

• si deseas eliminar un atomo, coloca el cursor sobre el átomo y un click derecho eliminará el átomo.

• Completar Hidrógenos: Cuando el esqueleto de tu molecula esta armado puedes ir a la opcion “Añadir hidrógenos” que se encuentra en la pestaña “Construir” para agregar los H faltantes.Tambien puedes hacerlo a traves de la opcion “Ajustar Hidrógenos” del menu Configuración de Dibujo, seleccionandola y luego clickeando encima de cada atomo que requiere H.

• Extender la molecula: Simplemente te paras en el hidrógeno y este se transforma en el átomo que desees agregar. Tambien puedes cambiar el numero de enlaces con Orden de enlace y la cantidad de hidrogenos varia automaticamente, repetando la tetravalencia del C.

• Optimizar la Geometría:

• • Primero ir al menu Extensions --> Molecular Mechanics --> Setup Force field

  • Seleccionar el ForceField MMFF94

  • Seleccionar el algoritmo de mimimización de energía: Steepest Descent o Conjugate gradient

  • Luego ir al menu Extensions --> Optimize geometry

  • Otra alternativa es hacer click sobre la herramienta “Optimización Automática” (boton E) o presionar a la vez las teclas “Ctrl + Alt + O”.

  • Con Ctrl + Backspace se borra todo lo hecho en la ventana de edición.

• Moviendo nuestra molecula: Para mover nuestra molecula seleccionamos el boton “herramienta de navegación (F9)” (estrella) en la barra de herramientas.

- Se puede rotar la molecula usando el click izquierdo del mouse.

- Si el click lo hacemos en un espacio vacio la molecula rota alrededor de su centro

- Si deseamos que rote sobre un atomo hacemos click sobre ese atomo.

- Si deseamos centrar nuevamente nuestra molecula, vamos a la barra de navegacion, en la pestaña “Ver” y elegimos la opcion “Centrar”

- Para arrastrar la molecula debemos mantener clickeado el boton derecho del mouse y arrastrar…

- Para acercarla o alejarla (Zoom) utilizo el scroll del mouse (esta accion tiene un cierto retardo).

• Para guardar como imagen: Entrar en “Archivo”, luego “Exportar”, “Gráficos” y seleccionar un formato común de imagen como png., jpeg. O bmp.

II.2 Importar una estructura al programa Avogadro usando el formato SMILES

• Ir a la pagina de la base datos PUBCHEM

• Hacer click en la etiqueta Draw structure y proceder a dibujar la estructura del siguiente compuesto: lynk

• Observar que al terminar de dibujar la estructura organica se genera su formato SMILES en la caja superior de la ventana del programa.

• Copiar el formato molecular en una hoja de excel.

• Ir al programa Avogadro, Menu Build --> Insert --> Smiles

• Aparecera la estructura de la molecula dibujada.

• Proceder a su optimización geométrica

• Salvar las coordenadas de la molécula, Menu File ---> save as... --> Paracetamol.pdb

II.3 Obtener una superficie de Potencial electrostático

• Con la estructura de la anterior etapa del analisis

• Ir al menu extensions --> create surfaces

• Seleccionar

  • • • • • • Surface type: Van der Waals

            • Color by: Electrostatic potential

            • Resolution: medium

            • in display type: Surfaces

• Observar la superficie sobre la estructura, interpretar los resultados

• Para guardar como imagen: Entrar en “Archivo”, luego “Exportar”, “Gráficos” y seleccionar un formato común de imagen como png., jpeg. O bmp.

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