طرق QM/MM والطرق متعددة المقاييس
تصف طرق QM/MM منطقة نشطة كيميائيًا بميكانيكا الكم بينما تدمجها في بيئة مصممة كلاسيكيًا، مما يتيح دراسات التفاعلية في أنظمة كبيرة مثل الإنزيمات.
Definition
نهج هجين يتم فيه معالجة جزء من نظام جزيئي بطريقة كيميائية كمومية والباقي بمجال قوة كلاسيكي، مع اقتران محدد بين الاثنين.
Scope
يغطي تقسيم النظام إلى مناطق كمومية وكلاسيكية، ومخططات الاقتران الإضافية والطرحية، والتضمين الكهروستاتيكي، ومعالجة الحدود التساهمية باستخدام ذرات الربط أو المناهج ذات الصلة، والفكرة الأوسع للنمذجة متعددة المقاييس التي تربط المستويات الإلكترونية والذرية والأكثر خشونة.
Core questions
- كيف يتم تقسيم النظام إلى مناطق كمومية وكلاسيكية؟
- كيف يتم ربط المنطقتين، وما هو التضمين الكهروستاتيكي؟
- كيف يتم التعامل مع الرابطة التساهمية التي تعبر حدود QM/MM؟
- متى يكون العلاج متعدد المقاييس مفضلاً على العلاج الكمومي البحت أو الكلاسيكي البحت؟
Key theories
- تقسيم QM/MM
- يقسم النظام بحيث يتم معالجة اللب التفاعلي ميكانيكيًا كموميًا والبيئة الكلية كلاسيكيًا، مما يجمع بين دقة الطرق الكمومية ومدى مجالات القوة.
- التضمين الكهروستاتيكي
- يتضمن الشحنات الجزئية للمنطقة الكلاسيكية في هاميلتون الكمومي بحيث يشعر النظام الفرعي الكمومي ببيئته ويتأثر بها.
Clinical relevance
تُعد QM/MM الأداة القياسية لدراسة حفز الإنزيمات، والتفاعلات في المحلول، والعمليات في المواد والتركيبات النانوية، حيث تحدث الكيمياء في منطقة موضعية مدمجة في بيئة كبيرة ومؤثرة.
History
تم تقديم فكرة QM/MM بواسطة وارشيل وليفيت في دراستهما عام 1976 لإنزيم الليزوزيم؛ وقد ساهم تطويرها للأنظمة البيوجزيئية المعقدة في جائزة نوبل في الكيمياء لعام 2013 التي مُنحت لكاربلوس وليفيت ووارشيل عن نماذجهم متعددة المقاييس.
Key figures
- Arieh Warshel
- Michael Levitt
- Walter Thiel
- Hans Martin Senn
Related topics
Seminal works
- warshel1976
- senn2009
Frequently asked questions
- لماذا لا يتم معالجة النظام بأكمله ميكانيكيًا كموميًا؟
- تتزايد الطرق الكمومية بشكل حاد مع الحجم، لذا فإن معالجة إنزيم كامل أو نظام مذاب بشكل صريح أمر غير ممكن؛ تحتفظ QM/MM بالمعالجة المكلفة للمنطقة الصغيرة التي تحتاجها.
- ما هو التحدي الرئيسي في حسابات QM/MM؟
- يُعد تحديد حدود نظيفة وسليمة فيزيائيًا بين المناطق، خاصة عندما تقطع رابطة تساهمية، وضمان اقتران المستويين بشكل متسق، من الصعوبات المنهجية الرئيسية.