Simulació molecular: diferència entre les revisions

'''Simulació molecular''' o '''Modelatmodelat Molecularmolecular''' és un terme complex que fa referència a una sèrie de mètodes teòrics i tècniques computacionals per a [[modelar]] o mimetitzar el comportament de les [[molècules]]. Aquestes tècniques són emprades en els camps de la [[química computacional]], la [[biologia computacional]] i la [[ciència de materials]] per tal d'estudiar sistemes moleculars que comprenen des de petits sistemes químics fins a grans molècules biològiques i compostos de materials. També s'utilitza en el disseny de nous materials i de [[fàrmac]]s.

La [[Mecànica Molecular]] és sinònim de modelat molecular, ja que fa referència a l'ús de la [[mecànica clàssica]]/[[mecànica Newtoniana]] per tal de descriure els principis físics dels models. Els models moleculars descriuen normalment àtoms ([[nucli atòmic|nucli]] i electrons conjuntament) com a [[Càrrega elèctrica|càrregues]] puntuals amb una [[massa]] associada. Les interaccions entre àtoms veïns són descrites mitjançant interaccions de tipus molla (les quals representen els [[enllaç químic|enllaços]] químics) i les [[força de van der Waals|forces de van der Waals]]. El [[potencial de Lennard-Jones]] s'empra freqüentment per a descriure les [[força de van der Waals|forces de van der Waals]]. Les interaccions electrostàtiques es calculen segons les lleis de [[Coulomb]]. S'assignen coordenades als àtoms ja sigui en l'[[espai cartesià]] o en coordenades internes, i simulacions dinàmiques poden també assignar-les-hi les velocitats. Les velocitats atòmiques estan relacionades amb la temperatura del sistema, una mesura macroscòpica. L'expressió matemàtica col·lectiva és coneguda com a [[funció potencial]] i està relacionada amb l'[[energia interna]] del sistema (U), una mesura termodinàmica equivalent a la suma de les energies [[energia cinètica |cinètica]] i [[energia potencial|potencial]].{{MT}} Methods which minimize the potential energy are known as energy minimization techniques (e.g., [[steepest descent]] and [[conjugate gradient]]), while methods that mànica odel the behaviour of the system with propagation of time are known as [[molecular dynamics]].

Aquesta funció, anomenada [[funció potencial]], calcula l'energia potencial molecular com la suma de termes d'energia que descriuen les desviacions de les longituds, angles i torsions (dihedres) dels enllaços respecte dels seus valors d'equilibri, més els termes corresponents als parells d'àtoms no enllaçats que descriuen interaccions electrostàtiques i de van der Waals. El conjunt de paràmetres format per les longituds d'enllaç en equilibri, els angles d'enllaç, els valors de les càrregues parcials, les constants de força i els paràmetres de van der Waals, són en el seu conjunt coneguts com el [[camp de forces]] (anomenat en anglès force-field, nom habitualment emprat en la bibliografia). Les diferents implementacions de la mecànica molecular fan ús d'expressions matemàtiques lleugerament diferents, i per tant, de diferents constants per a la [[funció potencial]]. Els camps de forces d'ús comú avui en dia han estat desenvolupats mitjançant l'ús de càculs quàntics de gran complexitat i/o l'ajust de dades experimentals. La tècnica coneguda com a minimització d'energia és emprada per tal de trobar posicions de gradient zero per a tots els àtoms, en altres paraules, un mínim local d'energia. Els estats d'energia mínima són de fet els més estables, i són generalment estudiats degut a la seva importància en els processos químics i biològics. Una simulació de [[dinàmica molecular]], per altra banda, calcula el comportament d'un sistema en funció del temps. Comporta doncs resoldre les equacions del moviment de Newton, principalment la segona equació '''F = ma'''. La integració de les equacions de moviment de Newton, mitjançant diferents algoritmens d'integració, resulta en les trajectòries dels àtoms en l'espai i el temps. La força en un àtom es defineix com el gradient negatiu de la funció d'energia potencial. La tècnica de la minimització de l'energia és útil per a obtenir una imatge estàtica que serveixi per a comparar entre estats diferents de sistemes similars, mentre que la [[dinàmica molecular]] proveeix informació sobre els processos dinàmics amb la inclusió intrínseca dels efectes de la temperatura.

Els mètodes de modelat molecular s'empren actualment de forma habitual per a investigar l'estructura, la dinàmica i la termodinàmica de sistemes inorgànics, biològics i polimèrics. Els tipus d'activitats biològiques que han estat objecte d'investigació mitjançant l'ús del modelat molecular inclouen el [[doblatplegament de proteïnes]], la [[catlàlisi]]catàlisi [[enzim|enzimàtica]], l'estabilitat proteínica, els canvis conformacionals associats a la [[funció biomolecular]], i el reconeixement molecular de proteïnes, [[ADN]], i complexscomplexos de membranes.