力場と分子力学
力場とは、分子のポテンシャルエネルギーをパラメーター化した表現であり、これにより分子力学は、量子計算なしで非常に大きな系の構造とエネルギーを計算することが可能になります。
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Definition
古典力学を用いて、原子座標の関数として分子系のエネルギーを近似する、経験的なポテンシャルエネルギー関数とそのパラメーターの組み合わせ。
Scope
古典的な力場の関数形式、結合、角度、ねじれに関する結合項、非結合性の静電項とファンデルワールス項、原子のタイピングとパラメーター化戦略、および主要な生体分子力場ファミリーについて扱います。また、分極可能な力場と反応性力場、および固定パラメーターに内在する転移性の限界についても考察します。
Core questions
- 力場の各項はどのような物理的相互作用を表していますか？
- 力場パラメーターはどのように導出され、どの程度の転移性がありますか？
- 主要な生体分子力場は、その哲学と対象系においてどのように異なりますか？
- 固定された非反応性力場では記述できないことは何ですか？
Key theories
- 加法的なポテンシャルエネルギー分解
- 全エネルギーは、独立した結合項と非結合項の合計として記述されます。この近似により、評価が高速化され、パラメーター化がモジュール化されます。
- 経験的パラメーター化
- 力場パラメーターは、代表的な化合物に対する実験データと量子化学計算を再現するようにフィッティングされ、パラメーターが類似の化学環境に転移するという仮定に基づいています。
Clinical relevance
力場は、すべての古典的な生体分子および材料シミュレーションの基盤であり、その品質は、医薬品および材料設計に用いられる分子動力学および自由エネルギー予測の現実性の限界を決定します。
History
Allingerの有機分子用MM2/MM3力場から始まり、この分野は1980年代から1990年代にかけてAMBER、CHARMM、OPLS、GROMOSなどの生体分子力場へと拡大し、分極可能なポテンシャルや機械学習によるポテンシャルの開発が現在も進行中です。
Key figures
- Peter Kollman
- Alexander MacKerell
- William Jorgensen
- Norman Allinger
Related topics
Seminal works
- cornell1995
- mackerell1998
Frequently asked questions
- なぜ力場は化学反応を記述できないのですか？
- 標準的な力場では結合を固定されたバネとして扱い、結合の切断や形成を記述できません。反応を記述するには、反応性力場または反応領域の量子力学的処理が必要です。
- すべての力場は互換性がありますか？
- いいえ。異なるファミリーは、異なる系や異なる規約に基づいてパラメーター化されているため、結果が異なる可能性があり、力場間でパラメーターを混用することは一般的に無効です。