O projektu napište protokol v rozsahu 2–4 strany, exportujte jej do
formátu PDF/A (úloha s chybějícími fonty či jinak nevyhovující standardu
nebude přijata) a odevzdejte e-mailem vedoucímu podle oboru.
PDF/A hlavně znamená, že jsou připojeny všechny fonty. LibreOffice i
pdflatex tvoří výstup podle normy. Při exportu z (některých verzí) Wordu
se tento formát dostane zakliknutím checkboxu "ISO 9005-1 compliant
(PDF/A)".
Neměl by chybět stručný úvod, obsahující krátkou literární rešerši k tématu
a zavedení základních pojmů, dále by měl protokol obsahovat stručný popis
použitých metod, výsledky, diskusi, závěr a nakonec použitou literaturu i
software. Protokol je nutno odevzdat
nejpozději 24 hodin před začátkem konference, ve výjimečných
případech povolených příslušným pedagogem později (známka však bude udělena
až po odevzdání protokolu).
Na konferenci se se přihlašujete pomocí SISu jako na zkoušku.
Vaše vystoupení včetně diskuse by mělo trvat cca 10 minut. Připravte si
prezentaci v elektronické formě a uložte ji na S:\pocitacova_chemie
(//pyr.vscht.cz/scratch/pocitacova_chemie).
| # | Název | Zadání |
|---|
| 1 | Vlastnosti benzynu | Benzyn je důležitým reaktivním meziproduktem v některých organických reakcích. V protokolu z této úlohy popište jeho základní vlastnosti a význam a metodami počítačové chemie vypočítejte strukturu benzynu, hydrogenační entalpii a Gibbsovu energii v plynné fázi při teplotě 300 K a vibrační frekvence. Vibrační frekvence přiřaďte jednotlivých pohybům. |
| 2 | Sloučeniny vzácných plynů | Vypočítejte vlastnosti molekuly KrF2 a její isoelektronické struktury KrO22−. |
| 3 | Pravá a nepravá vodíková vazba | Vypočítejte strukturu, vibrační frekvence a vazebnou energii dimeru flurovodíku a dimeru difluormethanu. Jak se mění frekvence X-H vazeb v komplexu v porovnání s monomerem? Jak se mění geometrie monomeru v komplexu? Porovnejte vazebné energie vodíkové vazby s typickou vazebnou energií kovalentní vazby. Do protokolu přidejte kratší pojednání o významu van der Waalsovských interakcí v přírodních vědách. Literatura: Chem. Listy 102 (2008) 884. |
| 4 | Klastry vody | Vypočítejte strukturu a interakční energii pro dimer, trimer a tetramer vody. Srovnejte bázi 6-31g* s bází 6-31+g*, která obsahuje difúzní funkce. Vypočítejte rovnovážnou konstantu dimerizace vody. Do protokolu přidejte kratší pojednání o významu van der Waalsovských interakcí v přírodních vědách. Literatura: Proc. Nat. Acad. Sci. 98 (2001) 10533, The Cambridge Energy Landscape Database. |
| 5 | Izomerace glyoxalu | Vypočítejte strukturu a energie cis a trans glyoxalu. Vypočítejte aktivační energii pro izomeraci, případně také reakční profil. Jaká je rovnovážná konstanta izomerace? Dokázali byste odhadnout rychlostní konstantu izomerace na základě teorie transitního stavu? V úvodu stručně popište teoretické metody výpočtu rychlostních konstant. |
| 6 | Dimer helia | Studujte vliv velikosti báze a stupeň zahrnutí korelačních efektů na vazebnou energii dimeru helia. Studujte báze cc-pVDZ, aug-cc-pVDZ, aug-cc-pVTZ, aug-cc-pVQZ a metody HF, MP2 a CCSD(T). Porovnejte interakční energii s typickou hodnotou termální energie. V úvodu diskutujte význam disperzní energie v chemii a biologii. |
| 7 | Ab initio studium SN2 reakce | Vypočítejte energii reaktantů, produktů a tranzitního stavu pro modelovou reakci fluoridového aniontu s methylfluoridem mechanismem SN2. Ověřte geometrii tranzitního stavu výpočtem frekvencí. Jaká je výška bariéry ve vodě a jaká v chloroformu? Rozpouštědlo modelujte jako kontinuální dielektrikum. V úvodu diskutujte oba mechanismy nukleofilní substituce, vliv rozpouštědla a substituentů. Literatura: E. V. Anslyn, D. A. Dougherty: Modern Physical Organic Chemistry. University Science Books, Sausalito, 2006. |
| 8 | Solvatace a tautomerní rovnováha | Studujte vliv vody na rovnováhu mezi 2-hydroxypyridinem a 2-pyridonem. Pro zahrnutí vlivu solvatace použijte metodu kontinuálního dielektrika. V protokolu stručně diskutujte význam tautomerních rovnováhy v biomolekulárních vědách. |
| 9 | Rozklad ozónu | Metodami teoretické chemie vypočítejte reakční energii pro reakci chlórového radikálu s ozónem. Dokázali byste vypočítat aktivační energii této reakce a odhad rychlostní konstanty na základě srážkové teorie a teorie tranzitního stavu? V protokolu diskutuje význam této reakce pro chemii atmosféry. |
| 10 | Bayerovo pnutí | Vypočítejte hydrogenační entalpie pro cyklopropan, cyklobutan, cyklopropan a cyklohexan. Definujte pojem Bayerovo pnutí a v protokolu se stručně zmiňte o životě a díle A. Bayera. |
| 11 | Azulen a naftalen | Vypočítejte excitační energie a dipólové momenty azulenu a naftalenu pomocí se- miempirické metody ZINDO. Jakou barvu by měly mít tyto dvě sloučeniny? Jaká je izomerizační energie pro tyto sloučeniny? V úvodu diskutujte Jablonského diagram, včetně Kashových–Vavilovových pravidel (které azulen narušuje). |
| 12 | Konjugované polyeny | Metodou ZINDO vypočítejte, jak se mění poloha prvního absorpčního pásu pro konjugované polyeny, počínaje ethenem a konče 1,3,5,7,9-dekapentaenem. V úvodu pojednejte o významu fotochemie dvojné vazby, o fotochemii spojené se zrakovým vjemem a o úloze mrkve ve výživě obyvatelstva. |
| 13 | Dielsova-Alderova reakce |  Butadien může reagovat s ethylenem za uzavření cyklu (Dielsova-Alderova reakce). Reakce probíhá synchronním mechanismem a tudíž musí být butadien orientován v poloze „cis“. Najděte substituent R, pro který bude cis forma butadienu stabilnější. Hledejte mezi alkylovými, alkoxy a halogen substituenty. V úvodu pojednejte o syntetických aplikacích Dielsovy-Alderovy reakce. (Obrázek převzat z Wikipedie) |
| 14 | Konstanty kyselosti methylaminů | Vypočítejte pKa v plynné fázi a ve vodě pro primární a sekundární methylaminy. Rozpouštědlo modelujte coby kontinuální dielektrikum. V úvodu diskutujte pojmy „kyseliny slabé a silné“, superkyseliny a fotokyseliny. |
| 15 | Adenin a thymin | Vypočítejte geometrii adeninu a thyminu v kanonické formě a geometrii vodíkově vázaného komplexu mezi těmito bázemi. Vypočítejte energii vodíkové vazby páru A-T. V úvodu diskutujte význam vodíkové vazby v biologii. |
| 16 | Optická aktivita | Pomocí semiempirické metody PM3 vypočítejte strukturu pentahelicenu. Pro tuto strukturu vypočítejte optickou otáčivost (pozn. výpočet je náročnější, proto váš vstupní soubor zašlete Petrovi Slavíčkovi, který jej spustí na počítačovém klastru Ústavu fyzikální chemie). Hodnotu optické otáčivosti porovnejte s hodnotou pro kyselinu mléčnou. V úvodu pojednejte o významu chirality v chemii a o chemii helicénů. |
| 17 | Disociace NaCl | Na jaké fragmenty bude disociovat NaCl v plynné fázi a na jaké ve vodě? Rozpouštědlo modelujte jako kontinuální dielektrikum. Kolik molekul je třeba, aby došlo k disociaci molekuly NaCl? Jakou barvu by měla molekula NaCl v plynné fázi? Literatura: J. Phys. Chem. A 104 (2000) 145. |
| 18 | Formy síry a fosforu | Vypočítejte energetiku procesů, kdy z atomů síry a fosforu vznikají jejich molekuly. Uvažujte velikost 1-8. Jaká je struktura těchto agregátů? V úvodu diskutuje různé formy síry a fosforu v pevné i v plynné fázi. |
| 19 | Vlastnosti kyseliny octové | Odhadněte energii spojenou s dimerizací kyseliny octové. Vypočítejte rovnovážnou konstantu dimerizace. Vaše výsledky konfrontujte s experimentem, víte-li, že závislost dimerizační rovnovážné konstanty na teplotě lze vyjádřit vztahem
ln K = 7425,84/T − 29,2438
Jaká část molekul kyseliny octové se bude nacházet ve formě dimeru při pokojové teplotě a atmosférickém tlaku? Vypočítejte dále vibrační frekvenci OH vazby v izolované kyselině octové a v jejím dimeru. Dokázali byste sestrojit stavovou rovnici pro asociující plyn jako kyselina octová? Ze struktury dimeru odhadněte, zdali se budou ve významné míře vytvářet také trimery. |
| 20 | Struktura aminokyselin | Vypočítejte energii glycinu jako neutrální částice a ve formě zwitteriontu v plynné fázi a v roztoku. Rozpouštědlo popište jako kontinuální dielektrikum. V případě dielektrika vypočítejte obě pKa. V úvodu diskutujte acidobazické vlastnosti aminokyselin. |
| 21 | Molekuly ve Vesmíru | V mezihvězdném prostoru se může při extrémně nízkých teplotách nacházet ve zmrzlých ledech řada molekul jako oxid uhličitý, voda, karbonylsulfid, bifenyl nebo amoniak. Obdrželi jste naměřené IR spektrum takového ledu. Interpretujte jej a vaše tvrzení podložte vypočtenými daty. Zdroj dat: Jan Polena. |
| 22 | Deštníkový efekt | Molekula amoniaku se může překlopit skrze svou planární formu. Mluvíme o deštníkovém efektu nebo o planární inverzi. Modelujte energetiku tohoto procesu pro amoniak na DFT i korelovaných ab initio úrovních. Nalezněte tranzitní stav a reakční koordinátu. Diskutujte o experimentální detekci tohoto jevu. Dochází k této inverzi při pokojové teplotě? V případě dostatku času zkuste jev modelovat i pro amoniak substituovaný např. methylovou skupinou. Stručně pojednejte o kulturní historii deštníku. |
| 23 | Syntéza amoniaku v plynné fázi | Katalytické syntéze amoniaku dle Habera a Bosche vděčíme za přežití většiny z 8 miliard současných obyvatel planety. Syntéza amoniaku v plynné fázi takový význam nemá, ale zase se nám lépe zkoumá technikami počítačové chemie. Hwang a Mebel (J. Phys. Chem. A 2003, 107, 2865–2874) navrhli následující mechanismus:
N2 + H2 → NNH2
NNH2 + H2 → H2NNH2
H2NNH2 → HNNH3
HNNH3+ H2 → NH3 + NH3
Vypočítejte na B3LYP/6-31+g* úrovni energetiku jednotlivých reakčních kroků. První reakce je rychlost určujícím krokem, nalezněte pro ni tranzitní stav a spočítejte aktivační energii. Hodnotu této energie přepočítejte na CCSD(T) úrovni s aug-cc-pVTZ bází. Vypočítejte rovnovážnou konstantu celkové reakce vzniku amoniaku pro 700 K a 1000 K a srovnejte s experimentem. Pro meziprodukty vypočítejte IR spektrum na B3LYP/6-31+g* úrovni. V úvodu se dotkněte etických otázek vědeckého výzkumu na příkladu Fritze Habera. |
| 24 | Požární chemie |  Látka označovaná jako HFC-227ea (1,1,1,2,3,3,3-heptafluorpropan) se používá jako hasicí činidlo. Je známé také pod označením FM-200. Tato látka má vysokou tepelnou kapacitu a je schopna reagovat s některými volnými radikály. Při vysoké teplotě může ale docházet k eliminaci fluorovodíku za vzniku perfluorpropenu (viz obrázek). Experimentálně byla aktivační energie této reakce stanovena na 291 kJ/mol (měřeno při 1200 K) a reakční entalpie byla stanovena na 146 kJ/mol (při teplotě 298 K). Vypočítejte entalpii reakce pomocí metody B3LYP/6-31g* a srovnejte s energií odhadnutou pomocí průměrných disociačních entalpií vazeb. Vypočítejte tepelnou kapacitu této molekuly a srovnejte s experimentem. Vypočítejte rovnovážnou konstantu reakce při 1200 K. V úvodu pojednejte o vlastnostech tohoto hasicího činidla. Bonus: vypočítejte aktivační energii rozkladné reakce (viz obr.).
|
| 25 | Montrealský protokol | Látka HFC-227ea zkoumaná v předchozí úloze byla zavedena jako zhášecí plyn nahrazující Halon 1301, který byl opuštěn v důsledku Montrealského protokolu a návazných ujednání v Kodani a Londýně. Zkuste se zamyslet, proč HFC-227ea neničí ozón, zatímco Halon 1301 ano. Vypočítejte disociační energie vazeb v obou molekulách pomocí metody B3LYP/6-31+g* a excitační energii těchto molekul metodou TDDFT se stejným funkcionálem a bází. Charakterizujte elektronové přechody v molekulách. V úvodu mimo jiné pojednejte o boji s úbytkem ozónu. |
| 26 | Fotopřepínače | Azobenzen patří k nejpoužívanějším fotopřepínačům. Vypočítejte energii E- a Z- azobenzenu. Proveďte optimalizovaný sken mezi těmito formami. Vypočítejte energie základního i dvou excitovaných stavů azobenzenu podél této reakční koordináty metodou ZINDO. Porovnejte izomerizační energie v metodě PM6 a B3LYP/6-31g* s experimentem. Zobrazte molekulové orbitaly a diskutujte o charakteru elektronových přechodů. V úvodu zmiňte použití fotopřepínačů v současných technologiích. |
| 27 | Sodík ve vodě | Reakce sodíku s vodou stála u zrodu mnoha chemických kariér. Podívejme se na interakci sodíku s klastry vody konečné velikosti. Optimalizujte strukturu Na(H2O)n pro n = 0–4. Vizualizujte vlnovou funkci nejvýše obsazeného (SOMO) orbitalu. Vypočítejte vertikální ionizační energie těchto klastrů. Je možné tuto reakci sledovat pomocí vibrační spektroskopie? V realitě s vodou nereaguje jen jeden atom sodíku. Jaká je vazebná energie molekuly Na2? Srovnejte s molekulou H2. V úvodu vyzvedněte roli elektrochemie pro syntézu prvků a osobnost Humphry Davyho. |
| 28 | Ztužení helia a vodíku | Zkapalnění helia byl triumf kryogenní vědy přelomu 19. a 20. století, zkapalnit vodík je podstatně snazší. Studujte vazebné křivky mezi dvěma atomy vodíku a dvěma molekulami vodíku (v kolineárním i kolmém uspořádání). Studujte také ionizační energii a polarizovatelnost vodíku a helia. K výpočtům vazebné energie použijte metodu CCSD(T)/aug-cc-pVQZ. V úvodu stručně pojednejte o teorii disperzních sil a historii zkapalňování. |
| 29 | Vlastnosti histidinu | Vypočítejte rovnovážné konstanty disociace histidinu do jednotlivých stupňů ve vodě (pK1, pK2, pK3). Na základě zjištěných hodnot odhadněte isoelektrický bod histidinu. V úvodu pojednejte o významu acidobazických vlastností histidinu v biochemii dýchání (tzv. Bohrův efekt). Diskutujte o vlivu reprodukčních schopností Christiana Bohra na vývoj kvantové mechaniky. Bonus: Vypočítejte UV-Vis absorpční spektra zwitteriontových forem histidinu, fenylalaninu, tryptofanu a tyrosinu. Jaké jsou příspěvky jednotlivých aminokyselin k absorpci polypeptidů při 280 nm? |
| 30 | Deaminace nukleových bází | Deaminace cytosinu probíhá za fyziologických podmínek mnohem rychleji než deaminace adeninu. Uracil vzniklý touto deaminací je účinně rozpoznáván opravnými enzymy, i přesto však touto reakcí může vzniknout bodová mutace. Předpokládá se, že právě proto se v DNA přirozeně vyskytuje thymin namísto uracilu (aby byly „správné“ uracily rozpoznány od produktů deaminace cytosinu, viz např. Acc. Chem. Res. 2009, 42 (1), 97–106). Vypočítejte rovnovážné konstanty deaminace adeninu a uracilu v plynné fázi a ve vodě (při teplotách 300 K). V literatuře vyhledejte údaje o rychlostech těchto reakcí. V úvodu pojednejte o techto i dalších reakcích vedoucích k poškození DNA. |
| 31 | Výpočetní chemie zachraňuje životy | Azid CH3N3 je explozivní látkou. Naproti tomu CF3N3 je zcela stabilní. Vypočítejte reakční energie a Gibbsovu energie pro reakce, kdy se z těchto dvou azidů odštěpuje molekula dusíku N2. Vypočítejte aktivační energie pro tyto rozpady. Vypočítejte IR spektra těchto molekul. V úvodu rozeberte rozdíl mezi primárními a sekundárními výbušninami a otázky bezpečnosti práce. |
| 101 | Bod varu NaCl | Stanovte bod varu NaCl za zvýšeného tlaku přímou metodou – kapalina a pára v rovnováze. Použijte silové pole ze cvičení. Systém musí být větší (aspoň Na256Cl256). Zjistěte alespoň kvalitativně, zda v parách NaCl jsou volné ionty, molekuly NaCl nebo větší klastry a pokuste se strukturu par vysvětlit. (Těžší úloha, podrobný návod) |
| 102 | Clapeyronova rovnice | Vypočtěte entalpii tání modelu NaCl a bod tání pro (alespoň) dva různé tlaky a porovnejte s predikcí pomocí Clapeyronovy rovnice. (Podrobný návod / data) |
| 103 | Rovnovážný tvar krystalu | Stanovte metodou simulated annealing (velmi pomalé chlazení) rovnovážný tvar krystalku Na32Cl32 za volných (vakuových) okrajových podmínek. Vznikne pravidelný krystal 4×4×4? Přidejte pojednání o závislosti rovnovážného tvaru krystalu na mezifázovém napětí (Wulffova konstrukce). (Podrobný návod) |
| 104 | Rayleighova nestabilita | Padající čúrek vody se rozpadá na kapky. Nejprve si najděte v literatuře teorii tohoto jevu. Simulujte tento jev pomocí dlouhého válce kapalného argonu (případně vody – další informace na požádání). Vzniknou kapky o teoreticky předpovězené velikosti? Češi: je správně čůrek nebo čúrek? Cizinci: jak se řekne čúrek ve vašem rodném jazyce? (Podrobný návod) |
| 105 | Konstrukce silového pole | Nastavte parametry modelu iontů Na+ a Cl− tak, aby popisovaly dobře jak krystal NaCl tak taveninu. Velikost iontů (σ nebo RvdW) nastavíte podle nalezené experimentální hustoty, hloubku potenciálové jámy (nebo Emin) podle výparné entalpie, poměr velikostí obou iontů ovlivňuje stabilitu krystalu (bod tání). (Těžší úloha, konzultace doporučená.) |
| 106 | Bod tání ledů | Stanovte bod tání hexagonálního (Ih) nebo kubického (Ic) ledu přímou metodou. Použijte model vody TIP4P/2005 (případně OPC nebo Nada–Eerden – více informací na požádání). K dispozici budete mít i krystal ledu s náhodnou orientací protonů. Přidejte stručné pojednání o polymorfismu ledu.(Podrobný návod.) |
| 107 | Sbalování proteinů | Nalezněte v literatuře, která aminokyselina nejsnáze tvoří α-helix, vytvořte oligomer ve vhodném silovém poli a zkuste, zda dostanete α-helix spontánním složením ve vakuu či ve vodném prostředí. Blízkost struktury k α-helixu posuďte podle Ramachandranova diagramu. (Podrobný návod) |
| 108 | Rozbalování proteinů | Stáhněte z PDB databáze vhodný menší protein bez disulfidických vazeb, nastavte nábojové stavy aminokyselin podle zvoleného pH nebo doplňte protionty, simulujte ve vodném prostředí a stanovte, zda struktura denaturuje za teploty těla a za teploty 100 °C. Vhodné pro jedince se zkušenostmi se simulacemi biomolekul. |
| 109 | Kulová hvězdokupa | Kulová hvězdokupa s dostatečným množstvím hvězd je metastabilní útvar pomalu se „vypařující“ do prostoru. Simulujte hvězdokupu složenou z cca 200–400 hvězd o hmotnosti rovné hmotnosti Slunce v oblasti o velikosti řádově jednotky parseků. Verzi MD programu s opačným znaménkem interakce „nábojů“ dostanete na požádání, můžete si ho také sami napsat. Dokážete získat útvar dostatečně stabilní alespoň stovek milionů let? Přidejte výklad o aplikaci věty o viriálu na rovnováhu klastru. Literatura: V. Vanýsek: Základy astronomie a astrofyziky, Academia, Praha (1980). (Podrobný návod) |
| 110 | Chladniho obrazce | Studujte vibrace plátků grafenu. Vizualizujte tak, aby byly vidět uzlové křivky. Přišroubujte na podstavec rezonanční desku tvaru šestiúhelníku a za pomoci smyčce a prášku nám předveďte Chladniho obrazce; pokud se Vám reálný experiment nepovede, spokojíme se i s nějakým pěkným videem z YouTube. Můžete si také půjčit zařízení vyrobené generacemi studentů v místnosti A325. Vysvětlete souvislosti. Na závěr přidejte několik zajímavostí o grafenu. (Podrobný návod) |
| 111 | Elektroforéza | Simulujte atom Xe v roztoku LiI, ve kterém teče elektrický proud. Může být atom Xe unášen? (Podrobný návod / data, vyžaduje delší běhy) |
| 112 | Struktura povrchového filmu | Simulujte povrchově aktivní látku (oktanol) na povrchu vody ve slab geometrii. Vhodné silové pole (TraPPE-UA pro alkohol a SPC pro vodu) dostanete na požádání. Měňte pokrytí resp. velikost plochy a všímejte si struktury povrchového filmu (2D plyn, kapalina, krystal). Srovnejte s experimentem. |
| 113 | Rovnováha kapalina–pára | Stanovte rovnovážný diagram (modelů) ethanolu (TraPPE-UA) a vody (SPC) za teploty 450 K pomocí simulace vrstvy kapaliny a páry nad kapalinou. (Podrobný návod / data, vyžaduje delší běhy) |
| 114 | Klastry zlata | Vytvořte krystalky zlata ve tvaru dvacetistěnu. Simulujte s potenciálem typu tight-binding. Studujte hustotu ve středu krystalku za nulové teploty v závislosti na počtu atomů. Opakujte podobný pseudoexperiment s argonem; rozdíly vysvětlete. Zkuste krystalek roztavit a pomalu zchladit – zkrystalizuje opět? Literatura: J. Chem. Phys. 122, 214722 (2005); Phys. Rev. B 49, 22 (1993). (Podrobný návod / data) |
| 115 | Simulovaná ničička | Připravte krystalek ledu v modelu TIP4P/2005 za nízké teploty. Odhadněte rychlost, při které je kinetická energie rovna energii potřebné k roztavení ledíků. Dva ledíky nechte danou rychlostí srazit. Vyzkoušejte nižší i vyšší rychlosti. Při jaké rychlosti začnou odletovat fragmenty resp. jednotlivé molekuly? Jako bonus se můžete zmínit o vaší oblíbené filmové ničičce. (Podrobný návod) |
| 116 | Koalescence kapek | Pokud splynou dvě makroskopické kapky vody, teplota se prakticky nezmění. U velmi malých kapek to však neplatí. Vypočtěte změnu teploty po splynutí dvou kapek vody po 250 molekulách. Simulujte ten samý jev s modelem SPC/E. (Podrobný návod) |
| 117 | Rozdíl tepelných kapacit | Simulujte vodu (např. model SPC/E) za běžných podmínek za konstantního tlaku a objemu a stanovte rozdíl tepelných kapacit Cpm−CVm jednak přímo (ze simulace při aspoň dvou teplotách v příslušném souboru), jednak ze stavové rovnice (vyberte vhodnou verzi a opět stanovte derivace numericky z několika simulací). Porovnejte s reálným experimentem. Která metoda je přesnější? (Konzultace doporučená.) |
| 118 | Kapka v elektrickém poli | Simulujte kapku SPC/E vody v silném elektrickém poli. Jak se změní tvar kapky? (Viz též DOI:10.1021/ie404268f a úloha 122.) (Podrobný návod) |
| 119 | Je 'Oumuamua mimozemský kosmický koráb? | Simulujte rotaci podlouhlého tuhého tělesa (kousek diamantu) ve vakuu a stanovte závislost plochy pozorované z jednoho směru na čase. Vyzkoušejte různé počáteční podmínky. Dostanete křivky podobné naměřeným křivkám jasu 'Oumuamuy na čase? (Podrobný návod) |
| 120 | Var modelu vody | Simulujte metodou MD ve slab geometrii vodu TIP4P/2005 (model dodám) s párou za teploty 200 °C a stanovte rovnovážné hustoty a tlak. (Podrobný návod) |
| 121 | Solanka a Debyeova‑Hückeova teorie | Simulujte metodou MD zředěný roztok NaCl ve vodě. Zobrazte radiální distribuční funkce Na-Na, Na-Cl a Cl-Cl a diskutujte výsledky. Z koordinačních čísel (vč. H a O i bez) vypočtěte průměrný náboj v kouli o poloměru r okolo iontu a srovnejte s predikcí podle Debyeovy-Hückeovy teorie. (Podrobný návod) |
| 122 | Elektrospinning | Simulujte vrstvu SPC/E vody v silném elektrickém poli a pozorujte vznik Taylorova kužele a vlákna (DOI:10.1021/ie404268f, viz též úloha 118). (Podrobný návod) |
| 123 | 2D kontaktní úhel | Stanovte pro 2D kapalinu implementovanou v SIMOLANTu kontaktní úhel na přitažlivé stěně v závislosti na (rovnoměrné) hustotě materiálu stěny (rho). Stanovte hustotu, kdy dojde k rozestírání, a porovnejte s rovnovážnou hustotou kapaliny. (Podrobný návod) |
| 124 | 2D kapalina ve štěrbině | Stanovte pro 2D kapalinu implementovanou v SIMOLANTu povrchové napětí a mezifázové napětí kapalina–zeď (vyzkoušejte přitažlivou i odpudivou zeď) alespon za dvou teplot. Zobrazte a okomentujte hustotní profily. (Podrobný návod) |
| 125 | Kelvinova rovnice ve 2D | Stanovte pro 2D kapalinu implementovanou v SIMOLANTu povrchové napětí a tlak nasycených par jak nad rovinným rozhraním, tak nad kapkou i v kavitě („bublině“). Ověřte platnost 2D verze Kelvinovy rovnice. Zobrazte a okomenujte radiální hustotní profil kapky/kavity. Návod. |
| 126 | Madelungova konstanta | Stanovte Madelungovu konstantu několika iontových krystalů (např. NaCl, CsCl, ZnS, CaF2) metodou Ewaldovy sumace. Konzultace (Jiří Kolafa) je doporučená. |
| 127 | Voda a solanka v mikrovlnce | Simulujte vodu (SPC/E) a solanku (model JC) v elektrickém poli o frekvenci 2.45 GHz a stanovte rychlost zahřívání. Můžete provést i reálný experiment. Konzultace (Jiří Kolafa) je doporučená. |
| 128 | Tepelná roztažnost krystalu a skla | Vypočtěte koeficient objemové tepelné roztažnosti fcc krystalu modelu argonu. Roztavte a rychle ochlaďte, aby vzniklo sklo, a výpočet opakujte. Konzultace (Jiří Kolafa) je doporučená. |
| 129 | Poissonova konstanta zlata a pevnost zlata v tahu | Na fcc krystal modelu zlata v periodických okrajových podmínkách aplikujte různý tlak/tah v různých směrech, spočtěte Poissonovu konstantu a srovnejte s experimentem. Postupně zvyšujte tah a stanovte mez pevnosti. Konzultace (Jiří Kolafa) je doporučená. |
| 130 | Stabilita nabitých klastrů vody s ionty | Připravte klastr cca 100 molekul vody ve vakuu a ochlaďte. Vyměňte pravidelně blízko povrchu několik molekul za ion (např. Na+), nejprve silně chlaďte a pak pomalu ohřívejte. Při jakém náboji se klastr rozletí (Coulombova nestabilita)? Konzultace (Jiří Kolafa) je doporučená. |
| 131 | NEW P-V diagram 2D tekutiny | Nasimulujte aspoň dvě nadkritické a dvě podkritické izotermy pro 2D systém implementovaný v SIMOLANTu. (Podrobný návod) |
| 199 | EXTRA Pro programátory | Umíte dobře programovat (python, C aj.)? Pak si můžete zvolit i úlohu s číslem 500–599 z tohoto seznamu. |
| 201 | Transkripce DNA | Jak se jmenuje enzym, který je zodpovědný za transkripci DNA? Nalezněte X-ray strukturu (rozlišení 3.80 Å) jeho inhibitor komplexu opublikovanou v časopise Nature Structural & Molecular Biology. V protokolu popište základní principy transkripce DNA, uveďte PDB kód této struktury a její vizualizaci. Na mailovou adresu konzultanta oblasti Počítačová biochemie pošlete tento protokol, PDB soubor obsahující nalezenou strukturu a Pymol skript ve formátu pml (nikoliv pse!), který po spuštění vytvoří patřičnou vizualizaci. |
| 202 | Ukládání železa v těle | Jak se jmenuje transportní protein, nacházející se především v játrech a ledvinách, do něhož se ukládá většina železa v těle? Jaký je PDB kód X-ray struktury tohoto proteinu izolovaného z lidských mitochondriích? V protokolu popište metabolismus železa v lidském těle, uveďte PDB kód této struktury a její vizualizaci. Na mailovou adresu konzultanta oblasti Počítačová biochemie pošlete tento protokol, PDB soubor obsahující nalezenou strukturu a Pymol skript ve formátu pml (nikoliv pse!), který po spuštění vytvoří patřičnou vizualizaci. |
| 203 | Degradace proteinů | Jak se nazývá proteinový komplex, jehož hlavní funkcí je degradace poškozených nebo špatně zfoldovaných proteinů na krátké polypeptidové řetězce? Tento komplex byl (mimo jiné) izolován z kvasinky a jeho X-ray struktura byla uvolněna v roce 1998. V protokolu popište principy degradace proteinů a zapojení tohoto komplexu do procesu degradace. Dále v protokolu uveďte PDB kód nalezené struktury a její vizualizaci. Na mailovou adresu konzultanta oblasti Počítačová biochemie zašlete tento protokol, PDB soubor obsahující nalezenou strukturu a Pymol skript ve formátu pml (nikoliv pse!), který po spuštění vytvoří patřičnou vizualizaci. |
| 204 | Chromatin | DNA je v jádře přítomna v podobě chromatinu, v němž jsou velmi kompaktně sbaleny její dvoušroubovicové řetězce. Jak se nazývá základní jednotka při sbalování DNA? Její struktura v rozlišení 1.9 Å byla opublikována v roce 2002. Jaký je PDB kód této struktury? V protokolu popište principy sbalování DNA v jádře, uveďte PDB kód této struktury a její vizualizaci. Na mailovou adresu konzultanta oblasti Počítačová biochemie zašlete tento protokol, PDB soubor obsahující nalezenou strukturu a Pymol skript ve formátu pml (nikoliv pse!), který po spuštění vytvoří patřičnou vizualizaci. |
| 205 | Regulace exprese genů | Jak se nazývají proteiny, které regulují expresi genů na úrovni transkripce? Komplex těchto proteinů byl izolován z kvasinky Saccharomyces cerevisiae a vyřešen v rozlišení 4.3 Å. Jaký je PDB kód této struktury? V protokolu popište principy regulace exprese genů na úrovni transkripce a způsobu zapojení nalezeného proteinu do regulace. Dále uveďte PDB kód této struktury a její vizualizaci. Na mailovou adresu konzultanta oblasti Počítačová biochemie zašlete tento protokol, PDB soubor obsahující nalezenou strukturu a Pymol skript ve formátu pml (nikoliv pse!), který po spuštění vytvoří patřičnou vizualizaci. |
| 206 | Sbalování proteinů | Jak se nazývají molekulové stroje, které napomáhají správnému sbalení proteinového řetězce do jeho 3D podoby? Jak se nazývají proteinové jednotky ve struktuře tohoto stroje (obsahující AlF3) opublikované v časopise EMBO Journal? Jaký je PDB kód této struktury? Do protokolu popište principy sbalování proteinů, uveďte PDB kód nalezené struktury a její vizualizaci. Na mailovou adresu konzultanta oblasti Počítačová biochemie zašlete tento protokol, PDB soubor obsahující nalezenou strukturu a Pymol skript ve formátu pml (nikoliv pse!), který po spuštění vytvoří patřičnou vizualizaci. |
| 207 | Anabolické steroidy | Jak se jmenuje enzym, který katalyzuje poslední krok tvorby testosteronu z cholesterolu? Jaký je PDB kód jeho struktury z roku 2004? Do protokolu popište tvorbu testosteronu v lidském těle a popište zapojení identifikovaného enzymu do tohoto procesu. Dále uveďte PDB kód nalezené struktury a její vizualizaci. Na mailovou adresu konzultanta oblasti Počítačová biochemie zašlete tento protokol, PDB soubor obsahující nalezenou strukturu a Pymol skript ve formátu pml (nikoliv pse!), který po spuštění vytvoří patřičnou vizualizaci. |
| 208 | Světlušky | Jak se jmenuje enzym odpovědný za chladné nažloutlé světlo světlušek? Záměna jediné jeho aminokyseliny (ze serinu na asparagin) u japonské světlušky způsobí, že tato začne světélkovat červeně. Jaký je PDB kód enzymu emitujícího červené světlo? Do protokolu popište principy bioluminiscence u světlušek, uveďte PDB kód nalezené struktury a její vizualizaci. Na mailovou adresu konzultanta oblasti Počítačová biochemie zašlete tento protokol, PDB soubor obsahující nalezenou strukturu a Pymol skript ve formátu pml (nikoliv pse!), který po spuštění vytvoří patřičnou vizualizaci. |
| 999 | Vlastní téma | Máte-li něco zajímavého, kontaktujte vyučujícího! |
