Que programas gratuitos posso usar em Química Computacional?

Guilherme Duarte
3 min readJun 19, 2020

Uma das maiores dificuldades de alunos que querem começar um trabalho que usa técnicas computacionais em química é saber que programa usar. Todo mundo que está iniciando passa por isso. Para piorar, muitos dos softwares usados são pagos e mesmo licenças acadêmicas são caras. Por conta disso, resolvi preparar essa publicação com alguns dos programas gratuitos que eu já utilizei ao longo da minha carreira.

Parte do cubículo em que fui instalado durante o meu doutorado.

Dinâmica Molecular

GROMACS [1] é um dos software mais utilizados no mundo científico para simulação de proteínas e pequenas moléculas orgânicas. A vantagem do GROMACS é a sua acessibilidade: os arquivos de input são extremamente fáceis de se entender (human-readable) e você sabe exatamente onde fazer alterações se precisar. O GROMACS também tem muitas funcionalidades, entre as quais as que eu acho mais interessantes são a capacidade de se fazer simulações QM/MM juntamente a pacotes de Química Quântica e a capacidade de fazer cálculos de energia livre de uma maneira muito simples.

OpenMM [2] é outro software gratuito,vque atua como se fosse um pacote a ser importado em Python: você monta o script com os passos da dinâmica molecular que você quer fazer. OpenMM é escrito em C++ mas foi ‘envelopado’ em Python (acredito que apenas em Python 3 atualmente, uma vez que Python 2 está caindo em desuso). OpenMM é flexível, aceita inputs de diversos software de dinâmica molecular — GROMACS, AMBER, por exemplo — e também é bastante intuitivo. Entender um pouco de programação orientada a objetos ajuda bastante no uso do pacote.

Para auxiliar montar e analisar as simulações, há o ParmEd,[3] um pacote que ajuda a converter diversos formatos de arquivos, e o MDTraj,[4] que analisa trajetórias de dinâmica molecular. Visualização de trajetórias pode ser feito com o VMD[5] e o Chimera [6].

Docking e Quimioinformática

DOCK6 [7] é um software especializado em ancoramento entre receptores e ligantes (protein-ligand docking). Infelizmente não tem o código aberto, pode ser usado gratuitamente por acadêmicos. É uma ramificação do DOCK3 (UCSF) mantida e desenvolvida pelo grupo do professor Robert Rizzo (Stony Brook University). Eu atualmente trabalho na equipe de desenvolvimento deste programa. Os arquivos de entrada são arquivos de texto especificando o que você deseja que DOCK faça — virtual screening, design de novo, design via algoritmo genético, filtro de banco de dados — e exige estruturas moleculares em arquivos MOL2. É um programa bastante versátil e com aplicações muito interessantes.

Outros programas úteis em Química Computacional são os pacotes RDKit[8] e OpenBabel[9] que, assim como o OpenMM, são desenvolvidos em C++, mas possuem interfaces em Python que podem ser usadas facilmente em scripts criados pelo usuário. Ambos podem ser usados para ler as estruturas moleculares a partir de arquivos PDB, SDF, MOL, MOL2 e, além de serem capazes de converterem formatos, podem interpretar e criar estruturas tridimensionais para SMILES strings.

Química Quântica

Assim como o OpenMM, Psi4 [10] é tem uma interface em Python que permite o usuário escrever um script que faça as suas simulações em Química Quântica. A parte numérica — o processo auto-consistente do cálculo quântico — é feito em métodos e funções escritas em linguagens de nível mais próximo ao da máquina, e por isso Psi4 é relativamente rápida. É um programa gratuito, com bastantes funcionalidades e simples de usar: a estrutura dos arquivos de entrada é tão simples que você pode preparar os seus com facilidade a partir de estruturas em diversos formatos.

Para entender mais e fazer modelagem molecular com software gratuito e/ou de código aberto, eu recomendo ler o seguinte artigo: Open Source Molecular Modeling.

Sobre os softwares:

[1] GROMACS — Wikipedia

[2] OpenMM

[3] ParmEd/ParmEd

[4] http://mdtraj.org

[5] VMD — Visual Molecular Dynamics

[6] UCSF Chimera

[7] DOCK6

[8] RDKit

[9] OpenBabel

[10] Psi4

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Guilherme Duarte

Ninguém particularmente interessante. Ciência, história, atualidades. Ph.D. Chemistry UC Irvine (2018)