Overskrift her Navn på oplægsholder Navn på KU-enhed

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Department of Chemistry

Dias 1

Quantum Biochemistry

Jan H. Jensen Department of Chemistry University of Copenhagen Slides can be found at: DOI:10.6084/m9.figshare.912548

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Department of Chemistry

Dias 2

Computational Chemistry

The underlying physical laws necessary for the mathematical theory of a large part of physics and the whole of chemistry are thus completely known, and the difficulty is only that the exact application of these laws leads to equations much too complicated to be soluble. Paul Dirac, 1929

i

∂∂t

Ψ = HΨ

Schrödinger Equation (1926)

Not anymore!

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Numerically “exact” solutions: CCSD(T)/CBS

Department of Chemistry

Dias 3 Bartlett: 10.1103/RevModPhys.79.291

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

CCSD(T)/CBS: benchmarking faster methods

CCSD(T)/CBS currently too “slow” for routine chemical applications, but …

CCSD(T)/CBS now sufficiently “fast” to generate large amounts

of data for benchmarking faster methods

Department of Chemistry

Dias 4

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

The rise of semi-empirical methods

Semi-empirical methods: quantum mechanical (QM) methods with fitted parameters

Fitting and validation can now done using CCSD(T)/CBS instead

of experimental data: a huge conceptual and practical advance.

Better QM: fewer parameters and wider applicability Examples: DFT-D, PM6-DH+, HF-3c HF-3c: HF/minimal basis set corrected for dispersion & BSSE

using 9 parameters. No experimental input.

Department of Chemistry

Dias 5

Grimme: 10.1002/jcc.23317

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Validation against CCSD(T)/CBS: ΔE

Department of Chemistry

Dias 6 Grimme: 10.1002/jcc.23317

A+B è A�B

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Validation against experiment: ΔG

Fast methods è frequencies è free energies

Department of Chemistry

Dias 7

MAD: 2.1 kcal/mol Grimme: 10.1002/chem.201200497

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Semi-empirical methods: new horizons

QM structures and free energies for large systems Accurate protein structures Accurate activation free energies for enzymatic reactions Accurate binding free energies for protein-ligand complexes

Automation and Computational High-Throughput Screening NMR chemical shift prediction for proteins Screening enzyme mutants

Department of Chemistry

Dias 8 Grimme: 10.1002/chem.201200497

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

QM structures and free energies for proteins Large systems require different algorithms

Department of Chemistry

Dias 9

The Effective Fragment Molecular Orbital Method

Jan H. Jensen, Anders Christensen and

Casper Steinmann (SDU) University of Copenhagen

Dmitri Fedorov

AIST, Japan

JPC A 2010, 114, 8705 PLoS ONE 2012, 7:e41117 PLoS ONE 2012, 7:e44480 PLoS ONE 2013, 8: e60602

PLoS ONE 2014 (arxiv:1305.0676)

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Large systems handled by fragmentation

Fragmentation è QM calculations è reassembly

Department of Chemistry

Dias 10

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

All-QM enzymatic reaction barrier

Department of Chemistry

Dias 11 10.1371/journal.pone.0060602

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Systematic Screening of Enzymatic Reaction Barriers Martin Hediger and Luca De Vico

Allan Svendsen (Novozymes)

PLoS ONE 2012 7:e49849

PeerJ 2013 1:e111 PeerJ 2013 1:e145

Automation and High-Throughput Screening

Department of Chemistry

Dias 12

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Automation and High-Throughput Screening

All possible single mutations è PM6 barrier è combination mutants

Department of Chemistry

Dias 13

ca 500-1000 mutants can be screened

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Automation and High-Throughput Screening

Department of Chemistry

Dias 14

Proteins Structure Determination from Chemical Shifts Anders Christensen (Novo Nordisk STAR PhD) & Lars Bratholm

Thomas Hamelryck, Kresten Lindorff-Larsen, Kaare Teilum (BIO)

JCTC 2011, 7 2078 PLoS ONE 2013, 8:e84123

10.1021/ar900068s

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

A fast chemical shift predictor for proteins

Representative fragments è QM calculations è empirical model

QM calculations benchmarked against CCSD(T) Between 500,000 and 1,000,000 QM calculations needed

Department of Chemistry

Dias 15 PLoS ONE 2013, 8:e84123

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Summary

CCSD(T)/CBS: Experimental accuracy for small, but now chemically relevant, molecules.

CCSD(T)/CBS replaces experiment for parameterization and

validation of faster semi-empirical QM methods: more thorough and rigorous parameterization leads to more generally applicable methods.

New semi-empirical QM methods are now finally sufficiently

accurate to be of practical use. New semi-empirical methods are sufficiently fast for high-

throughput screening (1000-1,000,000 QM calculations): new molecular design ideas for experimental chemists.

Quantum chemists need to adapt: automation/cheminformatic

considerations should be integral part of new modeling projects.

Department of Chemistry

Dias 16

Tekst starter uden punktopstilling For at få punkt-opstilling på teksten, brug forøg indrykning For at få venstre-stillet tekst uden punktopstilling, brug formindsk indrykning

Overskrift her

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Thank you! Questions?

Slides are available at DOI:10.6084/m9.figshare.912548

Department of Chemistry

Dias 17

For at ændre ”Enhedens navn” og ”Sted og dato”: Klik i menulinjen, vælg ”Indsæt” > ”Sidehoved / Sidefod”. Indføj ”Sted og dato” i feltet for dato og ”Enhedens navn” i Sidefod

Byt billede: Ny slide og klik på ikon, indsæt billede

Department of Chemistry

Dias 18