Medan Gaya dan Mekanika Molekuler

Medan gaya adalah ekspresi terparametrisasi untuk energi potensial molekuler yang memungkinkan mekanika molekuler menghitung struktur dan energi sistem yang sangat besar tanpa perhitungan kuantum.

Definition

Fungsi energi potensial empiris, beserta parameternya, yang mengaproksimasi energi sistem molekuler sebagai fungsi koordinat atom menggunakan mekanika klasik.

Scope

Mencakup bentuk fungsional medan gaya klasik, suku-suku terikat untuk ikatan, sudut, dan torsi, suku-suku elektrostatik non-terikat dan van der Waals, penentuan jenis atom dan strategi parametrisasi, serta keluarga medan gaya biomolekuler utama. Juga membahas medan gaya yang dapat dipolarisasi dan reaktif serta batasan transferabilitas inheren dari parameter tetap.

Core questions

• Interaksi fisik apa yang direpresentasikan oleh suku-suku medan gaya?
• Bagaimana parameter medan gaya diturunkan dan seberapa dapat ditransfernya parameter tersebut?
• Bagaimana medan gaya biomolekuler utama berbeda dalam filosofi dan sistem target?
• Apa yang tidak dapat dijelaskan oleh medan gaya tetap yang non-reaktif?

Key theories

Dekomposisi energi potensial aditif

Energi total ditulis sebagai jumlah kontribusi terikat dan non-terikat yang independen, sebuah aproksimasi yang membuat evaluasi cepat dan parametrisasi modular.

Parametrisasi empiris

Parameter medan gaya disesuaikan untuk mereproduksi data eksperimen dan perhitungan kimia kuantum untuk senyawa representatif, dengan asumsi bahwa parameter dapat ditransfer ke lingkungan kimia yang serupa.

Clinical relevance

Medan gaya adalah fondasi dari semua simulasi biomolekuler dan material klasik; kualitasnya menetapkan batas atas pada realisme dinamika molekuler dan prediksi energi bebas yang digunakan dalam desain obat dan material.

History

Dari medan gaya MM2/MM3 Allinger untuk molekul organik, bidang ini berkembang menjadi medan gaya biomolekuler seperti AMBER, CHARMM, OPLS, dan GROMOS pada tahun 1980-an dan 1990-an, dengan pengembangan berkelanjutan potensi yang dapat dipolarisasi dan dipelajari mesin.

Key figures

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

Seminal works

• cornell1995
• mackerell1998

Frequently asked questions

Mengapa medan gaya tidak dapat menggambarkan reaksi kimia?

Medan gaya standar menganggap ikatan sebagai pegas tetap dan tidak dapat memutus atau membentuknya; menggambarkan reaksi memerlukan medan gaya reaktif atau perlakuan kuantum pada daerah reaktif.

Apakah semua medan gaya dapat dipertukarkan?

Tidak; keluarga yang berbeda diparametrisasi untuk sistem yang berbeda dan dengan konvensi yang berbeda, sehingga hasilnya dapat bervariasi, dan pencampuran parameter antar medan gaya umumnya tidak valid.