Kuvvet Alanları ve Moleküler Mekanik
Kuvvet alanı, moleküler potansiyel enerji için parametrelendirilmiş bir ifadedir ve moleküler mekaniğin kuantum hesaplamaları olmaksızın çok büyük sistemlerin yapılarını ve enerjilerini hesaplamasına olanak tanımaktadır.
Tanım
Klasik mekanik kullanarak bir moleküler sistemin enerjisini atomik koordinatların bir fonksiyonu olarak yaklaştıran, parametreleriyle birlikte ampirik bir potansiyel enerji fonksiyonudur.
Kapsam
Klasik kuvvet alanlarının fonksiyonel formunu, bağlar, açılar ve torsiyonlar için bağlı terimleri, bağlı olmayan elektrostatik ve van der Waals terimlerini, atom tiplendirme ve parametrelendirme stratejilerini ve başlıca biyomoleküler kuvvet alanı ailelerini kapsamaktadır. Ayrıca polarize edilebilir ve reaktif kuvvet alanları ile sabit parametrelerin doğal aktarılabilirlik sınırlarını da ele almaktadır.
Temel sorular
- Bir kuvvet alanının terimleri hangi fiziksel etkileşimleri temsil etmektedir?
- Kuvvet alanı parametreleri nasıl türetilmektedir ve ne kadar aktarılabilirdir?
- Başlıca biyomoleküler kuvvet alanları felsefe ve hedef sistemler açısından nasıl farklılık göstermektedir?
- Sabit, reaktif olmayan kuvvet alanları neleri tanımlayamamaktadır?
Temel kuramlar
- Toplamsal potansiyel enerji ayrışımı
- Toplam enerji, bağımsız bağlı ve bağlı olmayan katkıların bir toplamı olarak yazılmaktadır; bu yaklaşım, değerlendirmeyi hızlı ve parametrelendirmeyi modüler hale getirmektedir.
- Ampirik parametrelendirme
- Kuvvet alanı parametreleri, temsili bileşikler için deneysel verileri ve kuantum-kimyasal hesaplamaları yeniden üretmek üzere ayarlanmaktadır; bu, parametrelerin benzer kimyasal ortamlara aktarılacağı varsayımına dayanmaktadır.
Klinik önem
Kuvvet alanları, tüm klasik biyomoleküler ve malzeme simülasyonlarının temelini oluşturmaktadır; kaliteleri, ilaç ve malzeme tasarımında kullanılan moleküler dinamik ve serbest enerji tahminlerinin gerçekçiliği üzerinde bir üst sınır belirlemektedir.
Tarihçe
Allinger'ın organik moleküller için geliştirdiği MM2/MM3 kuvvet alanlarından başlayarak, alan 1980'ler ve 1990'larda AMBER, CHARMM, OPLS ve GROMOS gibi biyomoleküler kuvvet alanlarına doğru genişlemiştir; polarize edilebilir ve makine öğrenimi tabanlı potansiyellerin geliştirilmesi devam etmektedir.
Öne çıkan isimler
- Peter Kollman
- Alexander MacKerell
- William Jorgensen
- Norman Allinger
İlgili konular
Temel eserler
- cornell1995
- mackerell1998
Sıkça sorulan sorular
- Bir kuvvet alanı neden kimyasal reaksiyonları tanımlayamamaktadır?
- Standart kuvvet alanları bağları sabit yaylar olarak kabul etmekte ve bunları kıramamakta veya oluşturamamaktadır; reaksiyonları tanımlamak reaktif kuvvet alanları veya reaktif bölgenin kuantum düzeyinde ele alınmasını gerektirmektedir.
- Tüm kuvvet alanları birbiriyle değiştirilebilir midir?
- Hayır; farklı aileler, farklı sistemler ve farklı konvansiyonlarla parametrelendirilmektedir, bu nedenle sonuçlar farklılık gösterebilmektedir ve kuvvet alanları arasında parametreleri karıştırmak genellikle geçersizdir.