Moleküler Mekanik ve Dinamik
Moleküler mekanik, molekülleri klasik kuvvet alanları ile temsil etmekte, moleküler dinamik ise hareketlerini yaymaktadır; bu sayede kuantum yöntemlerinin ulaşabileceğinden çok daha büyük sistemlerin simülasyonu mümkün olmaktadır.
Tanım
Büyük atom topluluklarının yapılarını, dinamiklerini ve termodinamik özelliklerini hesaplamak amacıyla moleküler sistemleri klasik mekanik ve ampirik potansiyellerle modelleyen bir dizi yöntemdir.
Kapsam
Moleküler potansiyel enerjinin klasik, parametrelendirilmiş tanımlarını (kuvvet alanları), atomik hareketin moleküler dinamik ile yayılmasını, Monte Carlo ve serbest enerji teknikleri ile konfigürasyonel örneklemeyi ve bir kuantum bölgesini klasik bir ortama yerleştiren hibrit kuantum mekaniği/moleküler mekanik şemalarını kapsamaktadır. Kimyasal ve biyomoleküler uygulamalara odaklanmaktadır.
Alt konular
Temel sorular
- Ampirik kuvvet alanları, elektronik problemi çözmeden moleküler enerjiyi nasıl yakalayabilir?
- Klasik hareket denklemi, yörüngeler oluşturmak için nasıl entegre edilir?
- Denge ve serbest enerji özellikleri verimli bir şekilde nasıl örneklenir?
- Kuantum ve klasik tanımlamalar, reaktif sistemler için nasıl birleştirilebilir?
Temel kuramlar
- Klasik kuvvet alanı temsili
- Kuantum potansiyel enerji yüzeyini, bağlar, açılar, torsiyonlar ve bağsız etkileşimler için basit analitik terimlerin toplamı ile değiştirmekte, deneyleri veya daha yüksek seviyeli hesaplamaları yeniden üretmek üzere parametrelendirilmektedir.
- İstatistiksel-mekanik örnekleme
- Simüle edilmiş yörüngeleri veya Monte Carlo topluluklarını, istatistiksel mekanik aracılığıyla makroskopik termodinamik ortalamalara bağlamakta, gözlemlenebilir özellikleri hesaplamak için temel oluşturmaktadır.
Klinik önem
Moleküler mekanik ve dinamik, proteinlerin, nükleik asitlerin, zarların, polimerlerin ve malzemelerin incelenmesi için vazgeçilmez olup, ilaç keşfini, malzeme tasarımını ve atomik çözünürlükteki biyofiziksel deneylerin yorumlanmasını desteklemektedir.
Tarihçe
1950'ler-1970'lerdeki erken kuvvet alanı ve sıvı simülasyon çalışmalarından gelişen biyomoleküllerin moleküler dinamiğine Karplus, Levitt ve diğerleri öncülük etmiştir; bu alanın çok ölçekli modellemedeki temel rolü, 2013 Nobel Kimya Ödülü ile Karplus, Levitt ve Warshel'e verilerek tanınmıştır.
Öne çıkan isimler
- Martin Karplus
- Michael Levitt
- Arieh Warshel
- Daan Frenkel
İlgili konular
Temel eserler
- leach2001
- frenkel2002
Sıkça sorulan sorular
- Moleküler mekanik, kuantum kimyasından nasıl farklıdır?
- Moleküler mekanik, sabit klasik potansiyeller kullanır ve bağ kırılmasını veya elektronik durumları tanımlayamaz; ancak milyonlarca atoma kadar ölçeklenebilirken, kuantum yöntemleri elektronları çok daha yüksek maliyetle açıkça ele almaktadır.
- Kuantum ve klasik tanımlamalar neden birleştirilir?
- QM/MM yöntemleri, kimyasal olarak aktif bölgeyi kuantum mekaniksel olarak ele alırken, çevresindeki ortamı klasik olarak temsil etmekte ve enzimler gibi büyük sistemlerdeki reaktiviteyi yönetilebilir bir maliyetle yakalamaktadır.