میدانهای نیرو و مکانیک مولکولی
میدان نیرو یک عبارت پارامتری شده برای انرژی پتانسیل مولکولی است که به مکانیک مولکولی اجازه میدهد ساختارها و انرژیهای سیستمهای بسیار بزرگ را بدون محاسبات کوانتومی محاسبه کند.
Definition
یک تابع انرژی پتانسیل تجربی، همراه با پارامترهای آن، که انرژی یک سیستم مولکولی را به عنوان تابعی از مختصات اتمی با استفاده از مکانیک کلاسیک تخمین میزند.
Scope
این بخش به بررسی شکل تابعی میدانهای نیروی کلاسیک، عبارات پیوندی برای پیوندها، زوایا و پیچشها، عبارات غیرپیوندی الکترواستاتیک و واندروالسی، انواع اتمی و استراتژیهای پارامتریسازی، و خانوادههای اصلی میدانهای نیروی زیستمولکولی میپردازد. همچنین میدانهای نیروی قطبشپذیر و واکنشپذیر و محدودیتهای ذاتی قابلیت انتقال پارامترهای ثابت را مورد بررسی قرار میدهد.
Core questions
- چه برهمکنشهای فیزیکی را عبارات یک میدان نیرو نشان میدهند؟
- پارامترهای میدان نیرو چگونه استخراج میشوند و قابلیت انتقال آنها چقدر است؟
- میدانهای نیروی زیستمولکولی اصلی از نظر فلسفه و سیستمهای هدف چه تفاوتهایی دارند؟
- میدانهای نیروی ثابت و غیرواکنشپذیر چه چیزهایی را نمیتوانند توصیف کنند؟
Key theories
- تجزیه انرژی پتانسیل افزایشی
- انرژی کل به صورت مجموعی از مشارکتهای مستقل پیوندی و غیرپیوندی نوشته میشود، تقریبی که ارزیابی را سریع و پارامتریسازی را ماژولار میکند.
- پارامتریسازی تجربی
- پارامترهای میدان نیرو برای بازتولید دادههای تجربی و محاسبات کوانتومی-شیمیایی برای ترکیبات نماینده تنظیم میشوند، با این فرض که پارامترها به محیطهای شیمیایی مشابه منتقل میشوند.
Clinical relevance
میدانهای نیرو اساس تمام شبیهسازیهای کلاسیک زیستمولکولی و مواد هستند؛ کیفیت آنها یک حد بالایی برای واقعگرایی دینامیک مولکولی و پیشبینیهای انرژی آزاد مورد استفاده در طراحی دارو و مواد تعیین میکند.
History
از میدانهای نیروی MM2/MM3 آلینگر برای مولکولهای آلی، این حوزه در دهههای ۱۹۸۰ و ۱۹۹۰ به میدانهای نیروی زیستمولکولی مانند AMBER، CHARMM، OPLS و GROMOS گسترش یافت، با توسعه مداوم پتانسیلهای قطبشپذیر و یادگیری ماشینی.
Key figures
- Peter Kollman
- Alexander MacKerell
- William Jorgensen
- Norman Allinger
Related topics
Seminal works
- cornell1995
- mackerell1998
Frequently asked questions
- چرا یک میدان نیرو نمیتواند واکنشهای شیمیایی را توصیف کند؟
- میدانهای نیروی استاندارد پیوندها را به عنوان فنرهای ثابت در نظر میگیرند و نمیتوانند آنها را بشکنند یا تشکیل دهند؛ توصیف واکنشها نیازمند میدانهای نیروی واکنشپذیر یا یک رویکرد کوانتومی برای ناحیه واکنشپذیر است.
- آیا همه میدانهای نیرو قابل تعویض هستند؟
- خیر؛ خانوادههای مختلف برای سیستمهای متفاوت و با قراردادهای مختلف پارامتریسازی شدهاند، بنابراین نتایج میتوانند متفاوت باشند، و ترکیب پارامترها در بین میدانهای نیرو معمولاً معتبر نیست.