Introduction to biomolecular simulations

Sommersemester 2021 Introduction to biomolecular simulations

Inhalt:

This course explains the physics behind biomolecular simulations: Review of classical and statistical mechanics, basic principles of classical molecular dynamics (MD) simulations and Monte Carlo (MC) simulations, application to biological systems (e.g. proteins, lipid bilayers, nucleic acids). Description of molecular forces, all-atom and coarse-grained force fields, implicit and explicit water models. Introduction to advanced sampling methods such as Umbrella sampling and free energy perturbation. Prediction of thermodynamic properties from microscopic MD trajectories.

Dieser Kurs erklärt die physikalischen Grundprinzipien biomolekularer Simulationen: Wiederholung von Klassischer und Statistischer Mechanik, Grundlagen klassischer Molekulardynamik (MD) und Monte Carlo (MC) Simulationen sowie Anwendung auf biologische Systeme (z.B. Proteine, Lipide, Nukleinsäuren). Beschreibung molekularer Kräfte, atomistischer und vergröberter Kraftfelder, impliziter und expliziter Solvationsmodelle. Einführung fortschrittliche Sampling Techniken wie Umbrella sampling und free energy perturbation. Berechnung von thermodynamischen Größen aus mikroskopischen MD Trajektorien.

Lernziel:

The aim of this course is to provide insights into state of the art methods of biomolecular modeling and simulations. It will be discussed which method to choose to answer a certain question and what are the shortcomings and limits of different methods. The theoretical background will be complemented by practical computer exercises and examples from current research (e.g Proteins, protein/membrane systems, nucleic acids).

Ziel dieses Moduls ist, den Studierenden Einsichten in „state of the art”-Methoden der biomolekularen Modellierung und Simulation zu geben. Es wird vermittelt, welche Fragestellungen mit welchen Methoden beantwortet werden können und wo die Grenzen bzw. Schwachpunkte der jeweiligen Methoden liegen. Der theoretische Hintergrund wird durch praktische Computer-Übungen und Beispiele aus der aktuellen Forschung (z.B. Proteine und Membran/Protein-Systeme, Nukleinsäuren) vertieft.

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