Campos de fuerza y mecánica molecular
Un campo de fuerza es una expresión parametrizada para la energía potencial molecular que permite a la mecánica molecular calcular estructuras y energías de sistemas muy grandes sin cálculos cuánticos.
Definition
Una función empírica de energía potencial, junto con sus parámetros, que aproxima la energía de un sistema molecular en función de las coordenadas atómicas utilizando la mecánica clásica.
Scope
Cubre la forma funcional de los campos de fuerza clásicos, los términos enlazados para enlaces, ángulos y torsiones, los términos no enlazados electrostáticos y de van der Waals, las estrategias de tipificación atómica y parametrización, y las principales familias de campos de fuerza biomoleculares. También aborda los campos de fuerza polarizables y reactivos y los límites inherentes de transferibilidad de los parámetros fijos.
Core questions
- ¿Qué interacciones físicas representan los términos de un campo de fuerza?
- ¿Cómo se derivan los parámetros del campo de fuerza y cuán transferibles son?
- ¿En qué se diferencian los principales campos de fuerza biomoleculares en filosofía y sistemas objetivo?
- ¿Qué no pueden describir los campos de fuerza fijos y no reactivos?
Key theories
- Descomposición aditiva de la energía potencial
- La energía total se escribe como una suma de contribuciones enlazadas y no enlazadas independientes, una aproximación que hace que la evaluación sea rápida y la parametrización modular.
- Parametrización empírica
- Los parámetros del campo de fuerza se ajustan para reproducir datos experimentales y cálculos químico-cuánticos para compuestos representativos, con la suposición de que los parámetros se transfieren a entornos químicos similares.
Clinical relevance
Los campos de fuerza son la base de toda simulación biomolecular y de materiales clásica; su calidad establece un límite superior en el realismo de la dinámica molecular y las predicciones de energía libre utilizadas en el diseño de fármacos y materiales.
History
Desde los campos de fuerza MM2/MM3 de Allinger para moléculas orgánicas, el campo se expandió a campos de fuerza biomoleculares como AMBER, CHARMM, OPLS y GROMOS en las décadas de 1980 y 1990, con el desarrollo continuo de potenciales polarizables y aprendidos por máquina.
Key figures
- Peter Kollman
- Alexander MacKerell
- William Jorgensen
- Norman Allinger
Related topics
Seminal works
- cornell1995
- mackerell1998
Frequently asked questions
- ¿Por qué un campo de fuerza no puede describir reacciones químicas?
- Los campos de fuerza estándar mantienen los enlaces como resortes fijos y no pueden romperlos ni formarlos; la descripción de reacciones requiere campos de fuerza reactivos o un tratamiento cuántico de la región reactiva.
- ¿Son todos los campos de fuerza intercambiables?
- No; las diferentes familias se parametrizan para distintos sistemas y con diferentes convenciones, por lo que los resultados pueden variar, y la mezcla de parámetros entre campos de fuerza es generalmente inválida.