Между атомами в природе существует большое количество взаимодействий. В процессе физического моделирования молекулярной системы необходимо за счёт изменения позиций отдельных…
Между атомами в природе существует большое количество взаимодействий. В процессе физического моделирования молекулярной системы необходимо за счёт изменения позиций отдельных атомов привести её к состоянию, когда энергия возникающих взаимодействий является минимальной. Процесс вычисления энергии молекулярной системы — очень сложная с вычислительной точки зрения операция: если производить её напрямую, то она будет занимать много времени. Вопросы-ответы по тексту Глицин — самая простая с точки зрения структуры аминокислота. Он состоит из 10 атомов: 1 атома азота, 2 атомов углерода, 2 атомов кислорода и 5 атомов водорода. Электростатическое взаимодействие возникает между двумя заряженными объектами, в том числе между двумя атомами внутри молекулы. Общая энергия электростатического взаимодействия системы равна сумме энергий отдельных возникающих взаимодействий. То есть, чтобы посчитать энергию молекулы, нужно вычислить сумму электростатических взаимодействий, возникающих между всеми парами атомов. Вычислите число попарных электростатических взаимодействий атомов в молекуле глицина в предположении, что любые два атома в ней могут взаимодействовать. Верно 45 Далее Вопросы-ответы по задаче Оценим, сколько всего пар взаимодействующих атомов есть в капсиде аденоассоциированного вируса. Капсид состоит из 60 капсомеров. Белок капсомера состоит из 737 аминокислот. Каждая аминокислота, в свою очередь, состоит из атомов: от 10 до 27 атомов в зависимости от конкретной аминокислоты. Для упрощения подсчёта будем считать, что каждая аминокислота белка состоит ровно из 10 атомов. Сколько в таком случае атомов во всём капсиде аденоассоциированного вируса? Число Сколько пар взаимодействующих атомов получается во всём капсиде? Число Ответить Вопросы-ответы по задаче Сколько времени потребуется, чтобы один раз вычислить энергию электростатического взаимодействия атомов капсида AAV, если считать, что вычисление энергии взаимодействия одной пары атомов занимает на процессоре компьютера 10 микросекунд (1 микросекунда = 10−6 секунды). Для расчёта используйте число пар взаимодействующих атомов капсида, полученное в предыдущем задании. Ответ выразите в часах, округлив до одного знака после запятой.
Ответы на вопросы по тексту
Задача 1: Попарные электростатические взаимодействия атомов глицина
Количество атомов в молекуле глицина:
Глицин состоит из:
- 1 атома азота (N)
- 2 атомов углерода (C)
- 2 атомов кислорода (O)
- 5 атомов водорода (H)
Общее количество атомов в глицине: \[ 1 + 2 + 2 + 5 = 10 \text{ атомов} \]
Попарные взаимодействия:
Для нахождения числа попарных взаимодействий между атомами, можно использовать формулу для выбора пар из \( n \) элементов:
\[ C(n, 2) = \frac{n(n-1)}{2} \]
Подставим значение \( n = 10 \): \[ C(10, 2) = \frac{10 \cdot 9}{2} = 45 \text{ пар} \]
Ответ: 45 пар взаимодействующих атомов.
Задача 2: Количество атомов в капсиде аденоассоциированного вируса (AAV)
Данные:
- Капсид состоит из 60 капсомеров.
- Каждый капсомер состоит из 737 аминокислот.
- Каждая аминокислота состоит из 10 атомов.
Общее количество аминокислот в капсиде: \[ 60 \text{ капсомеров} \times 737 \text{ аминокислот} = 44220 \text{ аминокислот} \]
Общее количество атомов: \[ 44220 \text{ аминокислот} \times 10 \text{ атомов/аминокислоту} = 442200 \text{ атомов} \]
Ответ: 442200 атомов в капсиде.
Задача 3: Количество пар взаимодействующих атомов в капсиде
Число атомов: 442200
Попарные взаимодействия:
Используем ту же формулу для выбора пар:
\[ C(n, 2) = \frac{n(n-1)}{2} \]
Подставим значение \( n = 442200 \): \[ C(442200, 2) = \frac{442200 \cdot (442200 - 1)}{2} \]
Расчитаем: \[ C(442200, 2) = \frac{442200 \cdot 442199}{2} \]
Для упрощения расчета:
- \( 442200 \approx 4.422 \times 10^5 \)
- \( 442199 \approx 4.422 \times 10^5 \)
Расчёт: \[ C(442200, 2) \approx \frac{(4.422 \times 10^5) \times (4.422 \times 10^5)}{2} \approx \frac{1.956 \times 10^{11}}{2} \approx 9.78 \times 10^{10} \]
Ответ: Порядка 9.78 \times 10^{10} пар взаимодействующих атомов.
Задача 4: Время вычисления энергии электростатического взаимодействия
Время на вычисление одной пары атомов: 10 микросекунд равняется \( 10 \times 10^{-6} \) секунд.
Общее количество пар: \( 9.78 \times 10^{10} \)
Общее время на все пары: \[ \text{Общее время} = \text{число пар} \times \text{время на одну пару} \] \[ = 9.78 \times 10^{10} \times 10 \times 10^{-6} \text{ секунд} \] \[ = 9.78 \times 10^5 \text{ секунд} \]
Переводим секунды в часы: \[ \text{Время в часах} = \frac{9.78 \times 10^5}{3600} \approx 271 \text{ часов} \]
Ответ: Примерно 271.0 часа.
