مکانیک و دینامیک مولکولی
مکانیک مولکولی مولکولها را با میدانهای نیروی کلاسیک نمایش میدهد و دینامیک مولکولی حرکت آنها را منتشر میکند و امکان شبیهسازی سیستمهایی را فراهم میآورد که بسیار بزرگتر از آن هستند که روشهای کوانتومی بتوانند به آنها دست یابند.
Definition
مجموعهای از روشها که سیستمهای مولکولی را با مکانیک کلاسیک و پتانسیلهای تجربی مدلسازی میکنند تا ساختارها، دینامیک و خواص ترمودینامیکی مجموعههای بزرگ اتمها را محاسبه کنند.
Scope
این بخش شامل توصیفات کلاسیک و پارامتری انرژی پتانسیل مولکولی (میدانهای نیرو)، انتشار حرکت اتمی توسط دینامیک مولکولی، نمونهبرداری پیکربندی توسط مونت کارلو و تکنیکهای انرژی آزاد، و طرحهای ترکیبی مکانیک کوانتومی/مکانیک مولکولی است که یک ناحیه کوانتومی را در یک محیط کلاسیک جای میدهند. تمرکز اصلی بر کاربردهای شیمیایی و زیستمولکولی است.
Sub-topics
Core questions
- چگونه میدانهای نیروی تجربی میتوانند انرژی مولکولی را بدون حل مسئله الکترونیکی به تصویر بکشند؟
- چگونه معادله حرکت کلاسیک برای تولید مسیرها یکپارچه میشود؟
- چگونه خواص تعادل و انرژی آزاد به طور کارآمد نمونهبرداری میشوند؟
- چگونه میتوان توصیفات کوانتومی و کلاسیک را برای سیستمهای واکنشپذیر ترکیب کرد؟
Key theories
- نمایش میدان نیروی کلاسیک
- سطح انرژی پتانسیل کوانتومی را با مجموعهای از عبارات تحلیلی ساده برای پیوندها، زوایا، پیچشها و برهمکنشهای غیرپیوندی جایگزین میکند که برای بازتولید آزمایش یا محاسبات سطح بالاتر پارامتری شدهاند.
- نمونهبرداری مکانیک آماری
- مسیرهای شبیهسازی شده یا مجموعههای مونت کارلو را از طریق مکانیک آماری به میانگینهای ترمودینامیکی ماکروسکوپی متصل میکند، که اساس محاسبه خواص قابل مشاهده است.
Clinical relevance
مکانیک و دینامیک مولکولی برای مطالعه پروتئینها، اسیدهای نوکلئیک، غشاها، پلیمرها و مواد ضروری هستند و از کشف دارو، طراحی مواد و تفسیر آزمایشهای بیوفیزیکی با وضوح اتمی حمایت میکنند.
History
دینامیک مولکولی زیستمولکولها که از کارهای اولیه میدان نیرو و شبیهسازی مایعات در دهههای ۱۹۵۰ تا ۱۹۷۰ رشد کرد، توسط کارپلاس، لویت و دیگران پیشگام شد؛ نقش بنیادی این حوزه در مدلسازی چندمقیاسی با جایزه نوبل شیمی ۲۰۱۳ به کارپلاس، لویت و وارشل به رسمیت شناخته شد.
Key figures
- Martin Karplus
- Michael Levitt
- Arieh Warshel
- Daan Frenkel
Related topics
Seminal works
- leach2001
- frenkel2002
Frequently asked questions
- مکانیک مولکولی چه تفاوتی با شیمی کوانتومی دارد؟
- مکانیک مولکولی از پتانسیلهای کلاسیک ثابت استفاده میکند و نمیتواند شکستن پیوند یا حالتهای الکترونیکی را توصیف کند، اما مقیاس آن به میلیونها اتم میرسد، در حالی که روشهای کوانتومی الکترونها را به صراحت با هزینه بسیار بیشتری بررسی میکنند.
- چرا توصیفات کوانتومی و کلاسیک را ترکیب کنیم؟
- روشهای QM/MM ناحیه فعال شیمیایی را به صورت کوانتومی بررسی میکنند در حالی که محیط اطراف را به صورت کلاسیک نمایش میدهند و واکنشپذیری را در سیستمهای بزرگ مانند آنزیمها با هزینه قابل کنترل به تصویر میکشند.