18.09.2023, 11:00 Uhr
Universität Wien
Besprechungsraum 4.34
Währinger Str. 29
1090 Wien
Titel: „Graph algorithms for alchemical transformations using the free
energy package Transformato“
Kurzfassung:
Alchemische Freie-Energie-Berechnungen berechnen freie Energien mithilfe unphysikalischer
Zwischenzustände. Zusätzlich zur Berechnung absoluter Differenzen in der freien
Solvatations- bzw. Bindungsenergie kann diese Methode auch zur Berechnung relativer
Freier-Energie-Differenzen verwendet werden, beispielsweise für die Berechnung der
Bindungsenergiedifferenz zwischen zwei Liganden. Normalerweise ist die Anzahl der Atome
zwischen den beiden Endzuständen, also den beiden interessierenden Molekülen, jedoch
nicht gleich. Dies ist aber eine notwendige Voraussetzung für die Molekulardynamiksimulationen,
auf denen die Berechnung der Freie-Energie-Differenzen basiert. Um die Anzahl der
Atome beizubehalten, müssen Dummy-Atome, welche als Platzhalter fungieren, eingesetzt
werden. Im Zuge dieser Masterarbeit wurden neue Funktionen für Transformato, ein Softwarepaket
zum Aufsetzen relativer alchemischer Freie-Energie-Berechnungen, entwickelt.
Insbesondere wurden zusätzliche Funktionen für den Einsatz der erwähnten Dummy-
Atome implementiert. Transformato verwendet einen den beiden Molekülen ‚gemeinsamen
Kern‘ (Common Core), der die in beiden Molekülen vorhandenen Atome enthält. Beide
Ausgangszustände der durch Transformato initialisierten alchemischen Transformationen
enthalten keine Dummy-Atome, sondern bestehen ausschließlich aus den physikalischen
Atomen der jeweiligen Moleküle. Dummy-Atome werden jedoch über zwei separate
alchemische Pfade erzeugt, die zum Common Core führen. Ausgehend von den Ausgangszuständen
werden physikalische Atome sukzessive in Dummy-Atome umgewandelt, bis
die Struktur des Common Cores erreicht ist. Insbesondere wurde die Erzeugung des
Common Cores optimiert und die darin involvierte Verarbeitung von Wasserstoffatomen
verbessert. Es wurden Graphalgorithmen zur Bestimmung geeigneter Mutationsrouten
eingesetzt, sodass ein einwandfreier Transformato-Workflow ohne manuelle Nachbearbeitung
der Moleküle gewährleistet ist. Abschließend wurde der Einfluss verschiedener
Common-Core-Erzeugungs- und Mutationsalgorithmen auf die Ergebnisse von Freien-
Energie-Berechnungen untersucht.