Потенциал средней силы - Potential of mean force

При вычислительном исследовании системы может быть интересно узнать, как изменяется свободная энергия в зависимости от некоторой меж- или внутримолекулярной координаты (например, расстояния между двумя атомами или торсионного угла). Поверхность свободной энергии вдоль выбранной координаты называется потенциал средней силы (PMF). Если интересующая система находится в растворителе, то PMF также включает эффекты растворителя.^[1]

Общее описание

PMF можно получить с помощью моделирования методом Монте-Карло или молекулярной динамики, которое исследует, как энергия системы изменяется в зависимости от некоторого конкретного параметра координаты реакции. Например, он может исследовать, как энергия системы изменяется в зависимости от расстояния между двумя остатками или как белок протягивается через липидный бислой. Это может быть геометрическая координата или более общая энергетическая координата (растворитель). Часто моделирование PMF используется вместе с зонтичный отбор проб, потому что, как правило, моделирование PMF не может адекватно отобрать системное пространство в процессе.^[2]

Математическое описание

В Потенциал средней силы^[3] системы с N частицами - это по построению потенциал, который дает среднюю силу по всем конфигурациям всех n + 1 ... N частиц, действующих на частицу j при любой фиксированной конфигурации с фиксированным набором частиц 1 ... n

{displaystyle -abla _ {j} w ^ {(n)}, =, {frac {int e ^ {- eta V} (- abla _ {j} V) dq_ {n + 1} dots dq_ {N}} {int e ^ {- eta V} dq_ {n + 1} dots dq_ {N}}}, ~ j = 1,2, dots, n}

Над, ${displaystyle -abla _ {j} w ^ {(n)}}$ усредненная сила, т.е. «средняя сила» на частицу j. И ${displaystyle w ^ {(n)}}$ это так называемый потенциал средней силы. За ${displaystyle n = 2}$ , ${displaystyle w ^ {(2)} (r)}$ это средняя работа, необходимая, чтобы вывести две частицы из бесконечного разделения на расстояние ${displaystyle r}$ . Это также связано с функция радиального распределения системы, ${displaystyle g (r)}$ , к:^[4]

{displaystyle g (r) = e ^ {- eta w ^ {(2)} (r)}}

Заявление

Потенциал средней силы ${displaystyle w ^ {(2)}}$ обычно применяется в Метод обращения Больцмана в качестве первого предположения об эффективном потенциале парного взаимодействия, который должен воспроизводить правильную функцию радиального распределения в мезоскопическом моделировании.^[5]Лемкул и др. использовали моделирование управляемой молекулярной динамики для расчета потенциала средней силы для оценки стабильности амилоидных протофибрилл Альцгеймера.^[6] Gosai et al. также использовали моделирование зонтичного отбора проб, чтобы показать, что потенциал средней силы уменьшается между тромбином и его аптамером (комплекс белок-лиганд) под действием электрических полей.^[7]

Смотрите также

Статистический потенциал

дальнейшее чтение

Маккуорри, Д. А. Статистическая механика.
Чендлер, Д. (1987). Введение в современную статистическую механику. Издательство Оксфордского университета.

внешняя ссылка

Потенциал средней силы

Этот химия -связанная статья является заглушка. Вы можете помочь Википедии расширяя это.

[1] Лич, доктор Эндрю (2001-01-30). Молекулярное моделирование: принципы и приложения (2-е изд.). Харлоу: Прентис Холл. ISBN 9780582382107.

[2] А. Р. Лич, Молекулярное моделирование: принципы и приложения, 2001, ISBN 0-582-38210-6

[3] Кирквуд, Джон Г. (Май 1935 г.). «Статистическая механика жидких смесей». Журнал химической физики. 3 (5): 300–313. Bibcode:1935ЖЧФ ... 3..300К. Дои:10.1063/1.1749657.

[4] См. Chandler, раздел 7.3.

[5] Рейт, Дирк; Пютц, Матиас; Мюллер-Плате, Флориан (октябрь 2003 г.). «Получение эффективных мезомасштабных потенциалов из атомистического моделирования». Журнал вычислительной химии. 24 (13): 1624–1636. arXiv:cond-mat / 0211454. Дои:10.1002 / jcc.10307. PMID 12926006. S2CID 1933490.

[6] Лемкул, Джастин А .; Беван, Дэвид Р. (4 февраля 2010 г.). «Оценка стабильности протофибрилл амилоида Альцгеймера с использованием молекулярной динамики». Журнал физической химии B. 114 (4): 1652–1660. Дои:10.1021 / jp9110794. PMID 20055378.

[7] Госай, Агниво; Ма, Сяо; Баласубраманян, Ганеш; Шротрия, Пранав (22 ноября 2016 г.). «Связывание / расцепление комплекса тромбин-аптамер человека, контролируемое электрическим стимулом». Научные отчеты. 6 (1): 37449. Bibcode:2016НатСР ... 637449Г. Дои:10.1038 / srep37449. ЧВК 5118750. PMID 27874042.

[1]

[2]

[3]

[4]

[5]

[6]

[7]