Pracownia specjalizacyjna z chemii teoretycznej i strukturalnej

obowiązkowe

lektura monograficzna
mieszany: w sali i zdalnie
w sali

Korzystanie z bardziej zaawansowanych technik obliczeniowych chemii teoretycznej

Celem Pracowni Specjalizacyjnej w dziedzinie Krystalografii jest zapoznanie studentów z udokładnieniami problematycznych struktur krystalicznych oraz innymi modelami gęstości elektronowej niż sferyczny model atomu.

Oferowane do wyboru ćwiczenia z Modelowania Molekularnego zapoznają studentów z aktualnie używanym oprogramowaniem do modelowania oraz projektowania struktur białek i kwasów nukleinowych a także do wykrywania powiązań ewolucyjnych między nimi.

Wariant kwantowo-chemiczny

---

Student/-ka realizuje projekt składający się z następujących elementów:

● obliczeń kwantowo-chemicznych,

● i/lub analizy równań poznanej metody modelowania kwantowo-chemicznego,

● i/lub samodzielnie sporządzonego fragmentu oprogramowania kwantowo-chemicznego.

Student/-ka opisuje praktyczne znaczenie zrealizowanego projektu i odpowiada na dodatkowe pytania w załączonym raporcie podlegającym ocenie.

Metody Modelowania Molekularnego z elementami Bioinformatyki: student wykonuje 6 ćwiczeń z podanej listy:

M1: Metody Monte Carlo: metoda multikanoniczna, metoda replik, schemat Metropolisa, zastosowane do modelowego problemu (symulacja łańcuchów polimerowych, gaz LJ, model wody)

M2: Modelowanie struktur białek wielodomenowych z wykorzystaniem oprogramowania AlfaFold, RosettaFold, Rosetta

M3: przewidywanie właściwości molekularnych z wykorzystaniem metod uczenia maszynowego

M4: modelowanie gruboziarniste białek - program SURPASS

M5: Przeszukiwanie baz sekwencyjnych z wykorzystaniem oprogramowania PsiBlast i pakietu HHPred

M6: modelowanie gruboziarniste błony lipidowej

M7: Dokowanie ligandów do białek oprogramowaniem Rosetta

Student po wybraniu Pracowni Specjalizacyjnej w Pracowni Krystalochemii wykonuje 15 obowiązkowych ćwiczeń (C0-C14), które są zaliczone na podstawie sprawozdań. Forma opisu jest podawana na pierwszych zajęciach z danego tematu. Za każde sprawozdanie student może otrzymać maksymalną ilość punktów zdefiniowaną przy każdych zajęciach. Sprawozdanie należy przesłać w ciągu jednego tygodnia od zakończenia danego ćwiczenia. Lista zajęć w ramach Pracowni Specjalizacyjnej na Pracowni Krystalochemii to:

C0: Zajęcia wprowadzającę - redukcja i integracja danych rentgenowskich oraz udokładnienie czterech struktur krystalicznych (20 pkt)

C1: Udokładnienie struktur z nieporządkiem (30 pkt)

C2: Udokładnienie struktur z bliźniaczeniem (20 pkt)

C3: Udokładnienie danych uzyskanych z dyfrakcji neutronów (10 pkt)

C4: Udokładnienie TAAM (ang. Transfarable Aspherical Atom Model) w programie Olex (10 pkt)

C5: Zaawansowane metody opisu drgań termicznych w rentgenografii (10 pkt)

C6: Udokładnienie rozkładu gęstości elektronowej przy użyciu modelu multipolowego (10 pkt)

C7: Udokładnienie metodą HAR (ang. Hirshfeld Atom Refinement) w programie Olex (10 pkt)

C8: Redukcja i integracja danych rentgenowskich otrzymanych przy użyciu promieniowania synchrotronowego oraz rozwiązanie i udokładnie struktury białka. (20 pkt)

C9: Rentgenowskie pomiary dyfrakcyjne pod zwiększonym ciśnieniem - eksperyment z DMSO (20 pkt)

C10: Otrzymywanie nowych kokryształów - mechanochemia + pomiar PXRD (10 pkt)

C11: Zaawansowane obliczenia teoretyczne w CRYSTAL (10 pkt)

C12: Rozwiązanie struktur z modulacją (10 pkt)

C13: Struktury z rozpraszaniem dyfuzyjnym - program DISCUSS (10 pkt)

C14: Samodzielny pomiar rentgenowski wraz z samodzielną analizą danych i opisem strukturalnym (100 pkt).

Wariant kwantowo-chemiczny

---

Realizowane przez Studenta/-tkę ćwiczenia są podzbiorem wybranym z następującej listy tematów:

● elementy algebry liniowej niezbędne do zrozumienia metod chemii kwantowej;

● teoria rachunku zaburzeń, w tym rachunku zaburzeń ze stanami zdegenerowanymi;

● formalizm drugiej kwantyzacji oraz wielociałowego rachunku zaburzeń;

● metoda sprzężonych klasterów;

● teoria funkcjonału gęstości elektronowej;

● teoria oddziaływań międzymolekularnych oraz rachunek zaburzeń o adaptowanej symetrii;

● teoria własności molekularnych;

● teoria zaburzeń zależnych od czasu;

● metody opisu układów wieloreferencyjnych.

Przewidywany nakład pracy studenta w semestrze - 260h, w tym:

- 120h uczestnictwa w zajęciach

- 20h konsultacje

- 60h przygotowanie do zajęć

- 60h przygotowanie raportów

1.I.M. Gelfand, Wykłady z algebry liniowej, PWN, 1977.

2.L.Piela "Idee chemii kwantowej", Warszawa, PWN, 2003, Rozdzial 7.

3.Strony internetowe w Aneksie do powyższej książki:

http://www.chem.uw.edu.pl/ideas/index.php?option=com_content&task=view&id=23&Itemid=76

4.Dieter W. Heermann, Podstawy symulacji komputerowych w fizyce, WNT, Warszawa 1997.

5. Simulation methods for polymers, ed. by Michael Kotelyanskii & Doros N. Theodorou, Marcel Dekker, New York Basel 2004.

6. Giacovazzo, C.; Monaco, H. L.; Artioli, G.; Viterbo, D.; Milanesio, M.; Gilli, G.; Gilli, P.; Zanotti, G.; Catti, M. Fundamentals of Crystallography; 3rd ed., Ed.; 2011.

7. Müller, P.; Herbst-Irmer, R.; Spek, A. L.; Schneider, T. R.; Sawaya, M. R. Crystal Structure Refinement: A Crystallographer’s Guide to SHELXL; International Union of Crystallography Texts on Crystallography; Oxford University Press: Oxford, 2006.

Wariant kwantowo-chemiczny:

---

Pełen zestaw notatek jest udostępniony na platformie kampus.

Literatura pomocnicza:

Isaiah Shavitt and Rodney J. Bartlett,

Many-Body Methods in Chemistry and Physics: MBPT and Coupled-Cluster Theory, Cambridge Univerity Press 2009

I. Mayer, Simple Theorems, Proofs, and Derivations in Quantum Chemistry, Spinger Science+Business Media New York (2003)

T. Helgaker, P. Jørgensen, J. Olsen, Molecular Electronic-Structure Theory, John Wiley & Sons, Ltd (2000)

J. Schrimer, Many-Body Methods for Atoms, Molecules and Clusters, Springer Nature Switzerland AG (2018)

Opanowanie umiejętności zastosowania najważniejszych technik obliczeniowych chemii kwantowej i termodynamiki do rozwiązywania konkretnych problemów chemicznych

Student po zakończeniu Pracowni Specjalizacyjnej w dziedzinie Krystalografii umie wstawić samodzielnie pomiar rentgenowski, wykonać analizę danych, rozpoznać charakterystyczne cechy danych problematycznych m.in. nieporządek, zbliźniaczenie, rozpraszanie dyfuzyjne i struktury modulowane. Ponadto zna podstawy modeli gęstości elektronowych (IAM, TAAM, HAR) stosowanych w udokładnieniu danych rentgenowskich, zna ich ograniczenia i możliwości stosowania.

Wariant kwantowo-chemiczny:

---

Wiedza. Student/-ka:

- zna i rozumie w pogłębionym stopniu teorie opisujące zjawisko korelacji elektronowej oraz wpływ korelacji elektronowej na własności cząsteczek;

- posiada uporządkowaną i podbudowana teoretycznie wiedzę dotyczącą przybliżeń stosowanych we współczesnych podejściach do modelowania struktury elektronowej cząsteczek;

- zna i rozumie główne tendencje rozwojowe metod opisu struktury elektronowej cząsteczek.

Umiejętności. Student/-ka:

- potrafi wykorzystać posiadaną wiedzę, aby dobrać i stosować odpowiedni poziom opisu struktury elektronowej w rozważanym problemie chemicznym;

- potrafi stosować zaawansowane oprogramowanie kwantowo-chemiczne do modelowania cząsteczek oraz rozumie techniczne aspekty działania narzędzi kwantowo-chemicznych.

Kompetencje społeczne. Student/-ka:

- potrafi w krytyczny sposób podejść do wyników modelowania kwantowo-chemicznego opublikowanych w literaturze;

- umie współpracować w grupie komunikując się na tematy specjalistyczne w zakresie metody chemii obliczeniowej;

- komunikuje się w języku angielskim na poziomie B2+ Europejskiego Systemu Opisu Kształcenia Językowego w zakresie słownictwa związanego z teorią struktury elektronowej molekuł.

ocena zadań domowych oraz ustne sprawdziany wiadomosci

Ocena z Pracowni Specjalizacyjnej w dziedzinie Krystalochemii zostaje wystawiona na podstawie raportów z ćwiczeń (C0-C14). Student w ramach zajęć może otrzymać maksymalnie 300 punktów. Student aby zaliczyć Pracownię musi uzyskać co najmniej 150 pkt, na ocenę dostateczną plus co najmniej 195, na ocenę dobrą 225 pkt, na ocenę dobrą plus 240, na na ocenę bardzo dobrą 270, a na ocenę celująca 285 pkt.

Wariant kwantowo-chemiczny:

---

Ocena z przedmiotu wystawiana jest na podstawie sumy punktów uzyskanych podczas wykonywania projektu. Punkty uzyskuje się na podstawie 1) pisemnych raportów z ćwiczeń, 2) ustnej obrony raportów z ćwiczeń, 3) prezentacji ustnych.

brak