QM/MM ve Çok Ölçekli Yöntemler
QM/MM yöntemleri, kimyasal olarak aktif bir bölgeyi kuantum mekaniği ile tanımlarken, bu bölgeyi klasik olarak modellenmiş bir ortama gömerek, enzimler kadar büyük sistemlerde reaktivite çalışmalarını mümkün kılmaktadır.
Tanım
Moleküler bir sistemin bir kısmının kuantum-kimyasal bir yöntemle, kalan kısmının ise klasik bir kuvvet alanı ile ele alındığı ve ikisi arasında tanımlanmış bir bağlama bulunan hibrit bir yaklaşımdır.
Kapsam
Bir sistemin kuantum ve klasik bölgelere ayrılmasını, toplamsal ve çıkarımsal bağlama şemalarını, elektrostatik gömmeyi (embedding), kovalent sınırların bağlantı atomları veya ilgili yaklaşımlarla ele alınmasını ve elektronik, atomistik ve daha kaba ölçekleri birleştiren çok ölçekli modellemenin daha geniş fikrini kapsamaktadır.
Temel sorular
- Bir sistem kuantum ve klasik bölgelere nasıl ayrılır?
- İki bölge nasıl bağlanır ve elektrostatik gömme (embedding) nedir?
- QM/MM sınırını geçen kovalent bir bağ nasıl ele alınır?
- Çok ölçekli bir yaklaşım, tamamen kuantum veya tamamen klasik bir yaklaşıma ne zaman tercih edilir?
Temel kuramlar
- QM/MM Bölümlemesi
- Sistemi, reaktif çekirdeğin kuantum mekaniksel olarak, ana ortamın ise klasik olarak ele alınacağı şekilde böler; bu sayede kuantum yöntemlerinin doğruluğu ile kuvvet alanlarının erişimi birleştirilmektedir.
- Elektrostatik Gömme (Embedding)
- Klasik bölgenin kısmi yüklerini kuantum Hamiltoniyeni'ne dahil ederek, kuantum alt sisteminin çevresine tepki olarak etkileşmesini ve polarize olmasını sağlar.
Klinik önem
QM/MM, kimyanın büyük ve etkili bir ortama gömülü lokalize bir bölgede gerçekleştiği enzim katalizi, çözeltideki reaksiyonlar ve malzeme ile nanoyapılardaki süreçlerin incelenmesinde standart bir araç olarak kullanılmaktadır.
Tarihçe
QM/MM fikri, Warshel ve Levitt tarafından lizozim üzerine 1976'daki çalışmalarında tanıtılmıştır; karmaşık biyomoleküler sistemler için geliştirilmesi, Karplus, Levitt ve Warshel'e çok ölçekli modeller için verilen 2013 Nobel Kimya Ödülü'ne katkıda bulunmuştur.
Öne çıkan isimler
- Arieh Warshel
- Michael Levitt
- Walter Thiel
- Hans Martin Senn
İlgili konular
Temel eserler
- warshel1976
- senn2009
Sıkça sorulan sorular
- Tüm sistemi neden kuantum mekaniksel olarak ele almıyoruz?
- Kuantum yöntemleri boyutla birlikte hızla ölçeklendiğinden, tüm bir enzimi veya çözülmüş sistemi açıkça ele almak mümkün değildir; QM/MM, maliyetli işlemi yalnızca ihtiyaç duyulan küçük bölge için ayırmaktadır.
- QM/MM hesaplamalarındaki temel zorluk nedir?
- Bölgeler arasında temiz, fiziksel olarak sağlam bir sınır tanımlamak, özellikle bu sınır kovalent bir bağı kestiğinde, ve iki seviyenin tutarlı bir şekilde bağlanmasını sağlamak, merkezi metodolojik zorlukları oluşturmaktadır.