สนามแรงและกลศาสตร์โมเลกุล
สนามแรงคือการแสดงออกเชิงพารามิเตอร์สำหรับพลังงานศักย์ของโมเลกุล ซึ่งช่วยให้กลศาสตร์โมเลกุลสามารถคำนวณโครงสร้างและพลังงานของระบบขนาดใหญ่มากได้โดยไม่ต้องใช้การคำนวณเชิงควอนตัม
Definition
ฟังก์ชันพลังงานศักย์เชิงประจักษ์ พร้อมด้วยพารามิเตอร์ ซึ่งประมาณค่าพลังงานของระบบโมเลกุลเป็นฟังก์ชันของพิกัดอะตอมโดยใช้กลศาสตร์คลาสสิก
Scope
ครอบคลุมรูปแบบฟังก์ชันของสนามแรงแบบคลาสสิก, พจน์แบบพันธะสำหรับพันธะ, มุม และการบิด, พจน์แบบไม่พันธะทางไฟฟ้าสถิตและแวนเดอร์วาลส์, การกำหนดประเภทอะตอมและกลยุทธ์การกำหนดพารามิเตอร์, และตระกูลสนามแรงชีวโมเลกุลหลัก นอกจากนี้ยังกล่าวถึงสนามแรงแบบโพลาไรซ์ได้และแบบปฏิกิริยา และข้อจำกัดโดยธรรมชาติของการถ่ายทอดพารามิเตอร์คงที่
Core questions
- ปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพใดบ้างที่พจน์ของสนามแรงเป็นตัวแทน?
- พารามิเตอร์สนามแรงได้มาอย่างไรและสามารถถ่ายทอดได้มากน้อยเพียงใด?
- สนามแรงชีวโมเลกุลหลักมีความแตกต่างกันอย่างไรในปรัชญาและระบบเป้าหมาย?
- สนามแรงแบบคงที่และไม่ทำปฏิกิริยาไม่สามารถอธิบายอะไรได้บ้าง?
Key theories
- การแยกส่วนพลังงานศักย์แบบบวก
- พลังงานรวมถูกเขียนเป็นผลรวมของส่วนประกอบแบบพันธะและไม่พันธะที่เป็นอิสระ ซึ่งเป็นการประมาณที่ทำให้การประเมินรวดเร็วและการกำหนดพารามิเตอร์เป็นแบบโมดูลาร์
- การกำหนดพารามิเตอร์เชิงประจักษ์
- พารามิเตอร์สนามแรงถูกปรับให้เข้ากับข้อมูลการทดลองและการคำนวณทางเคมีควอนตัมสำหรับสารประกอบที่เป็นตัวแทน โดยมีสมมติฐานว่าพารามิเตอร์สามารถถ่ายทอดไปยังสภาพแวดล้อมทางเคมีที่คล้ายกันได้
Clinical relevance
สนามแรงเป็นรากฐานของการจำลองชีวโมเลกุลและวัสดุแบบคลาสสิกทั้งหมด คุณภาพของสนามแรงเป็นตัวกำหนดขีดจำกัดสูงสุดของความสมจริงของการจำลองพลวัตโมเลกุลและการทำนายพลังงานอิสระที่ใช้ในการออกแบบยาและวัสดุ
History
จากสนามแรง MM2/MM3 ของ Allinger สำหรับโมเลกุลอินทรีย์ สาขาวิชานี้ได้ขยายไปสู่สนามแรงชีวโมเลกุล เช่น AMBER, CHARMM, OPLS และ GROMOS ในช่วงทศวรรษ 1980 และ 1990 โดยมีการพัฒนาอย่างต่อเนื่องของศักย์ที่สามารถโพลาไรซ์ได้และศักย์ที่เรียนรู้ด้วยเครื่องจักร
Key figures
- Peter Kollman
- Alexander MacKerell
- William Jorgensen
- Norman Allinger
Related topics
Seminal works
- cornell1995
- mackerell1998
Frequently asked questions
- เหตุใดสนามแรงจึงไม่สามารถอธิบายปฏิกิริยาเคมีได้?
- สนามแรงมาตรฐานจะยึดพันธะไว้เป็นสปริงคงที่และไม่สามารถแตกหรือสร้างพันธะได้ การอธิบายปฏิกิริยาจึงต้องใช้สนามแรงแบบปฏิกิริยาหรือการบำบัดเชิงควอนตัมของบริเวณที่เกิดปฏิกิริยา
- สนามแรงทั้งหมดสามารถใช้แทนกันได้หรือไม่?
- ไม่ ตระกูลที่แตกต่างกันถูกกำหนดพารามิเตอร์สำหรับระบบที่แตกต่างกันและด้วยข้อตกลงที่แตกต่างกัน ดังนั้นผลลัพธ์จึงอาจแตกต่างกัน และการผสมพารามิเตอร์ข้ามสนามแรงโดยทั่วไปไม่ถูกต้อง