QM/MM Methods for Biomolecular Systems

QM/毫米 生物分子 分子力学 电子结构 领域(数学) 计算机科学 量子 统计物理学 分子动力学 化学 纳米技术 计算化学 物理 材料科学 量子力学 数学 纯数学
作者
Hans Martin Senn,Walter Thiel
出处
期刊:Angewandte Chemie [Wiley]
卷期号:48 (7): 1198-1229 被引量:2432
标识
DOI:10.1002/anie.200802019
摘要

Combined quantum-mechanics/molecular-mechanics (QM/MM) approaches have become the method of choice for modeling reactions in biomolecular systems. Quantum-mechanical (QM) methods are required for describing chemical reactions and other electronic processes, such as charge transfer or electronic excitation. However, QM methods are restricted to systems of up to a few hundred atoms. However, the size and conformational complexity of biopolymers calls for methods capable of treating up to several 100,000 atoms and allowing for simulations over time scales of tens of nanoseconds. This is achieved by highly efficient, force-field-based molecular mechanics (MM) methods. Thus to model large biomolecules the logical approach is to combine the two techniques and to use a QM method for the chemically active region (e.g., substrates and co-factors in an enzymatic reaction) and an MM treatment for the surroundings (e.g., protein and solvent). The resulting schemes are commonly referred to as combined or hybrid QM/MM methods. They enable the modeling of reactive biomolecular systems at a reasonable computational effort while providing the necessary accuracy.
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