Campos de Força e Mecânica Molecular

Um campo de força é uma expressão parametrizada para a energia potencial molecular que permite à mecânica molecular calcular estruturas e energias de sistemas muito grandes sem a necessidade de cálculos quânticos.

Definition

Uma função empírica de energia potencial, juntamente com seus parâmetros, que aproxima a energia de um sistema molecular em função das coordenadas atômicas usando a mecânica clássica.

Scope

Abrange a forma funcional dos campos de força clássicos, termos ligados para ligações, ângulos e torções, termos eletrostáticos e de van der Waals não ligados, estratégias de tipagem atômica e parametrização, e as principais famílias de campos de força biomoleculares. Também aborda campos de força polarizáveis e reativos e os limites inerentes de transferibilidade de parâmetros fixos.

Core questions

• Que interações físicas os termos de um campo de força representam?
• Como os parâmetros do campo de força são derivados e quão transferíveis eles são?
• Como os principais campos de força biomoleculares diferem em filosofia e sistemas-alvo?
• O que os campos de força fixos e não reativos não conseguem descrever?

Key theories

Decomposição aditiva da energia potencial

A energia total é escrita como uma soma de contribuições ligadas e não ligadas independentes, uma aproximação que torna a avaliação rápida e a parametrização modular.

Parametrização empírica

Os parâmetros do campo de força são ajustados para reproduzir dados experimentais e cálculos quântico-químicos para compostos representativos, com a suposição de que os parâmetros se transferem para ambientes químicos semelhantes.

Clinical relevance

Os campos de força são a base de toda simulação biomolecular e de materiais clássica; sua qualidade estabelece um limite superior para o realismo das previsões de dinâmica molecular e energia livre usadas no design de fármacos e materiais.

History

Dos campos de força MM2/MM3 de Allinger para moléculas orgânicas, o campo se expandiu para campos de força biomoleculares como AMBER, CHARMM, OPLS e GROMOS nas décadas de 1980 e 1990, com o desenvolvimento contínuo de potenciais polarizáveis e aprendidos por máquina.

Key figures

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

Seminal works

• cornell1995
• mackerell1998

Frequently asked questions

Por que um campo de força não pode descrever reações químicas?

Os campos de força padrão mantêm as ligações como molas fixas e não podem quebrá-las ou formá-las; a descrição de reações requer campos de força reativos ou um tratamento quântico da região reativa.

Todos os campos de força são intercambiáveis?

Não; diferentes famílias são parametrizadas para diferentes sistemas e com diferentes convenções, portanto, os resultados podem variar, e a mistura de parâmetros entre campos de força é geralmente inválida.