Dinâmica molecular

Definição

A dinâmica molecular é um método que usa as equações de movimento de Newton para simular computacionalmente a evolução do tempo de um conjunto de átomos em interação.

Tais técnicas dependem de uma descrição de como as moléculas irão interagir – um campo de força – e são populares na química de materiais, bioquímica e biofísica.

A dinâmica molecular é uma técnica para simulação computacional de sistemas complexos, modelados no nível atômico.

As equações de movimento são resolvidas numericamente para acompanhar a evolução no tempo do sistema, permitindo a derivação de propriedades cinéticas e termodinâmicas de interesse por meio de ‘experimentos em computador’.

Macromoléculas biologicamente importantes e seus ambientes são rotineiramente estudados usando simulações de dinâmica molecular.

O que é dinâmica molecular?

Dinâmica molecular é o estudo da maneira como átomos e moléculas se movem.

A observação direta dessas partículas nem sempre é possível; portanto, os cientistas estudam a dinâmica molecular usando fórmulas matemáticas.

Essas fórmulas são programadas em computadores que permitem aos cientistas simular o movimento de vários átomos e moléculas.

Embora partículas reais não sejam usadas no estudo da dinâmica molecular. Os resultados das simulações são considerados razoavelmente precisos.

O estudo da dinâmica molecular é um tipo de experimento virtual. Ao estudar o comportamento das moléculas virtuais, os cientistas podem fazer previsões sobre como as moléculas reais podem se comportar.

Embora nenhuma molécula real seja usada, os resultados dessas experiências simuladas são considerados precisos. Ajustar certos parâmetros nas equações torna os experimentos mais precisos.

Simulações da dinâmica molecular são usadas para fazer observações virtuais do movimento de partículas. Em um laboratório, nem sempre é possível ou prático fazer observações reais do movimento molecular; portanto, a simulação matemática e a modelagem por computador são usadas.

Os benefícios desses tipos de experimentos são que o movimento pode ser observado por um longo período de tempo, que pode ser observado de perto e que condições, como extremos de pressão ou temperatura que não são práticas no laboratório, podem ser observadas simuladas.

Os computadores são capazes de exibir uma representação visual do movimento de átomos e moléculas, resolvendo equações matemáticas.

As equações são baseadas nas leis de Newton e podem prever com precisão o movimento da maioria dos átomos e moléculas.

Os programas de simulação usam as equações para representar as forças que atuam nas partículas e o movimento dos átomos no espaço tridimensional.

Também é possível rastrear o movimento de um átomo ou molécula ao longo do tempo usando essas fórmulas.

A dinâmica molecular também pode ser usada para observar as relações entre átomos e moléculas.

Os programas de simulação rastreiam as ligações moleculares formadas e quebradas e ajustam as equações de acordo. Embora as equações usadas sejam baseadas nas leis do movimento de Newton, na maioria dos casos elas podem ser aplicadas ao movimento de partículas muito pequenas.

Ocasionalmente, as leis que governam o movimento de partículas quânticas devem ser usadas nas equações da dinâmica molecular para descrever corretamente o movimento das partículas.

Dinâmica molecular – Simulações

As simulações de dinâmica molecular evoluíram para uma técnica madura que pode ser usada efetivamente para entender as relações estrutura-função-macromoleculares.

Os tempos de simulação atuais são próximos dos biologicamente relevantes.

As informações coletadas sobre as propriedades dinâmicas das macromoléculas são ricas o suficiente para mudar o paradigma usual da bioinformática estrutural, estudando estruturas únicas para analisar conjuntos conformacionais.

Simulações de dinâmica molecular são ferramentas importantes para entender a base física da estrutura e função das macromoléculas biológicas.

A visão inicial das proteínas como estruturas relativamente rígidas foi substituída por um modelo dinâmico no qual os movimentos internos e as alterações conformacionais resultantes desempenham um papel essencial em sua função.

Esta revisão apresenta uma breve descrição da origem e usos iniciais de simulações biomoleculares.

Em seguida, descreve alguns estudos recentes que ilustram a utilidade de tais simulações e termina com uma discussão sobre seu potencial cada vez maior de contribuir para a biologia.

Dinâmica molecular

Simulação de dinâmica molecular da propagação de íons através de um canal de proteínas

Fonte: embnet.vital-it.ch/www.ncbi.nlm.nih.gov/www.nature.com/dasher.wustl.edu/www.wisegeek.org/web.stanford.edu/www.fz-juelich.de/www.frontiersin.org