Механическая модель молекулы

связи, угловой деформации, кручения, невалентных взаимодействий (включая ван-дер-ваальсовые и электростатические

вклады).
Алгоритмы MM+, AMBER, OPLS, BIO+.

атом-подобные частицы имеют сферическую форму (радиусы получены из измерений или

теории) и имеют общий заряд, полученный из теории;
- взаимодействия основаны на классических потенциалах растяжения-сжатия;
-взаимодействия должны быть предписаны определенным наборам атомов;
- взаимодействия определяют пространственное распределение атом-подобных частиц и их энергии;
- энергии парных атомных взаимодействий переносимы из одной молекулы в другую и аддитивны

их декартовыми координатами r1, r2,…, rN.
Потенциальная энергия молекулы (r1,

r2,…, rN) - многомерная функцией этих координат, каждой точке которой отвечает определенная пространственная геометрическая конфигурация ядер; эту функцию называют поверхностью потенциальной энергии (ППЭ).

Гессиан функции потенциальной энергии молекулы

дважды дифференцируема;
- На ППЭ обязательно имеется стационарная точка глобального

минимума; на ППЭ могут также быть локальные минимумы, соответствующие другим стабильным конфигурациям с более высокими энергиями;
- Кратчайшие пути переходов между локальными минимумами проходят через стационарные седловые точки ППЭ, играющие роль энергетических барьеров.

с изменением межъядерных расстояний для пар атомов, образующих валентные химические

связи (растяжением и сжатием связей)
Uугл - энергия деформации валентных углов
Uторс - энергия деформации торсионных углов
Uневал объединяет вклады в в потенциальную энергию, связанные с различными невалентными взаимодействиями

Молекулярная механика позволяет определить энергию, соответствующей данной конформации молекулы. Однако абсолютные величины энергии, рассчитанные методами молекулярной механики, не имеют физического смысла. Значение имеют только различия в энергии между двумя или более конформациями.

для описания структуры молекул и атомных взаимодействий: межъядерные расстояния или

длины связей RАВ,
углы между векторами AB и BC (валентные углы) ϕАВС
торсионные углы вращения θАВСD

А

B

C

D

и энергией диссоциации связи
Параметр =

400-900 ккал/моль/A2 описывает жесткость связи АВ

расчет высокого уровня,
2- потенциал в гармоническом приближении,
3- потенциал

в ангармоническом приближении (четвертого порядка),
4 – потенциал Морса

расчет высокого уровня,
2- гармонический потенциал,
3- ангармонический потенциал, включающий

член третьего порядка

вокруг связи С−С.

невалентных взаимодействий
Электростатический потенциал, создаваемый молекулой АВ

Энергия электростатического взаимодействия (атом-атомное приближение)
Потенциал

Бэкингема-Хилла

Потенциал Леннарда-Джонса

Относительная ориентация двух двухатомных молекул при расчете энергии их электростатического

взаимодействия

расчет

воспроизведения длин связей ~ 0,01 A,
валентных углов ~ 1°

,
частот колебаний ~ 102 Ггц или 3,3 см-1 (то есть, ~ 10%),
барьеров внутреннего вращения ~ 0,4 ккал/моль.
Относительные энергии конформаций малых биомолекул воспроизводятся с
ошибкой 1.2-1.4 ккал/моль.
Основные источники погрешности силовых полей
неполный или некорректный учет неаддитивных и трехчастичных взаимодействий и эффектов поляризации атомов,
использованием комбинационных правил для описания неизвестных параметров ограниченностью монопольной аппроксимации электростатических взаимодействий.
Каждый из этих факторов может вносить погрешности до 10% , а их одновременное действие может исказить результат существенным образом.

Теорема Ирншоу: устойчивое равновесие системы неподвижных зарядов, взаимодействующих по закону обратных квадратов невозможно.
Квантово-механический принцип неопределенности.