Champs de force et mécanique moléculaire

Un champ de force est une expression paramétrée de l'énergie potentielle moléculaire qui permet à la mécanique moléculaire de calculer les structures et les énergies de systèmes très volumineux sans recourir à des calculs quantiques.

Definition

Une fonction d'énergie potentielle empirique, accompagnée de ses paramètres, qui approxime l'énergie d'un système moléculaire en fonction des coordonnées atomiques en utilisant la mécanique classique.

Scope

Couvre la forme fonctionnelle des champs de force classiques, les termes liés pour les liaisons, les angles et les torsions, les termes non liés électrostatiques et de van der Waals, les stratégies de typage atomique et de paramétrisation, ainsi que les principales familles de champs de force biomoléculaires. Aborde également les champs de force polarisables et réactifs et les limites inhérentes de transférabilité des paramètres fixes.

Core questions

• Quelles interactions physiques les termes d'un champ de force représentent-ils ?
• Comment les paramètres des champs de force sont-ils dérivés et quelle est leur transférabilité ?
• En quoi les principaux champs de force biomoléculaires diffèrent-ils par leur philosophie et leurs systèmes cibles ?
• Que ne peuvent pas décrire les champs de force fixes et non réactifs ?

Key theories

Décomposition additive de l'énergie potentielle

L'énergie totale est exprimée comme une somme de contributions liées et non liées indépendantes, une approximation qui rend l'évaluation rapide et la paramétrisation modulaire.

Paramétrisation empirique

Les paramètres des champs de force sont ajustés pour reproduire des données expérimentales et des calculs de chimie quantique pour des composés représentatifs, avec l'hypothèse que les paramètres sont transférables à des environnements chimiques similaires.

Clinical relevance

Les champs de force constituent le fondement de toutes les simulations classiques biomoléculaires et des matériaux ; leur qualité détermine une limite supérieure au réalisme des dynamiques moléculaires et des prédictions d'énergie libre utilisées dans la conception de médicaments et de matériaux.

History

Des champs de force MM2/MM3 d'Allinger pour les molécules organiques, le domaine s'est étendu aux champs de force biomoléculaires tels qu'AMBER, CHARMM, OPLS et GROMOS dans les années 1980 et 1990, avec un développement continu de potentiels polarisables et appris par machine.

Key figures

• Peter Kollman
• Alexander MacKerell
• William Jorgensen
• Norman Allinger

Seminal works

• cornell1995
• mackerell1998

Frequently asked questions

Pourquoi un champ de force ne peut-il pas décrire les réactions chimiques ?

Les champs de force standards considèrent les liaisons comme des ressorts fixes et ne peuvent ni les rompre ni les former ; la description des réactions nécessite des champs de force réactifs ou un traitement quantique de la région réactive.

Tous les champs de force sont-ils interchangeables ?

Non ; différentes familles sont paramétrées pour des systèmes différents et avec des conventions distinctes, de sorte que les résultats peuvent varier, et le mélange de paramètres entre différents champs de force est généralement invalide.