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Molecular Modelling

Die Methoden des Molecular Modelling

Das Molecular Modelling umfasst eine ganze Reihe sehr verschiedener Bereiche, die teilweise aus der Theoretischen Chemie stammen, wie die quantenmechanischen Methoden, die mit klassischer Molekülmechanik, Energieminimierung, Konformationsanalysen oder Computersimulationen kombiniert werden können. Einige dieser Methoden werden hier kurz vorgestellt.

Klassische Methoden: Molekülmechanik (Kraftfeld oder force field)

Dieses Verfahren ist vielleicht die einfachste Methode des Molecular Modelling und lässt sich sehr gut auf große Biomoleküle, wie Proteine oder Nucleinsäuren, anwenden. Atome werden hier durch Kugeln dargestellt, zwischen denen Federkräfte (die chemische Bindung) wirken. Die Kräfte selbst werden durch klassische Potenziale beschrieben. Ein Nachteil dieser Methode ist allerdings, dass sich dynamische Vorgänge (z.B. die Bildung oder die Auflösung einer chemischen Bindung, das Auftreten angeregter Zustände oder die Delokalisierung von Elektronen) nicht darstellen lassen.

Quantenmechanische Methoden

  • Die Extended Hückel-Methode ist um einiges aufwändiger als Berechnungen mithilfe der Molekülmechanik, lässt sich aber dank der leistungsfähigen Rechner mittlerweile auf Moleküle mit mehreren tausend Atomen anwenden.
  • Dichtefunktional (DFT)-Rechnungen sind nur für Moleküle mit einigen hundert Atomen durchführbar.
  • ab/post initio-Methoden lassen sich nur bei niedermolekularen Verbindungen anwenden.

Moleküldynamik

Dynamische Vorgänge in Molekülen können mit der Moleküldynamik oder mit Reaktionsdynamik-Methoden untersucht werden. Damit lassen sich beispielsweise auch Aussagen über die Konformation oder die Faltung eines Proteins machen.

Rein empirische Verfahren

Zu diesen gehören Verfahren, wie die Quantitative Struktur/Aktivitätsbeziehung (QSAR) oder Ähnlichkeitsvergleiche in 3D-Strukturdatenbanken (similarity search).

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