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- Molecular modelling is a collective term that refers to theoretical methods and computational techniques to model or mimic the behaviour of molecules. The techniques are used in the fields of computational chemistry, computational biology and materials science for studying molecular systems ranging from small chemical systems to large biological molecules and material assemblies. The simplest calculations can be performed by hand, but inevitably computers are required to perform molecular modelling of any reasonably sized system. The common feature of molecular modelling techniques is the atomistic level description of the molecular systems; the lowest level of information is individual atoms (or a small group of atoms). This is in contrast to quantum chemistry (also known as electronic structure calculations) where electrons are considered explicitly. The benefit of molecular modelling is that it reduces the complexity of the system, allowing many more particles (atoms) to be considered during simulations. Molecular mechanics is one aspect of molecular modelling, as it is refers to the use of classical mechanics/Newtonian mechanics to describe the physical basis behind the models. Molecular models typically describe atoms (nucleus and electrons collectively) as point charges with an associated mass. The interactions between neighbouring atoms are described by spring-like interactions and van der Waals forces. The Lennard-Jones potential is commonly used to describe van der Waals forces. The electrostatic interactions are computed based on Coulomb's law. Atoms are assigned coordinates in Cartesian space or in internal coordinates, and can also be assigned velocities in dynamical simulations. The atomic velocities are related to the temperature of the system, a macroscopic quantity. The collective mathematical expression is known as a potential function and is related to the system internal energy (U), a thermodynamic quantity equal to the sum of potential and kinetic energies. Methods which minimize the potential energy are known as energy minimization techniques, while methods that model the behaviour of the system with propagation of time are known as molecular dynamics. <math>E = E_{bonds} + E_{angle} + E_{dihedral} + E_{non-bonded}</math> <math>E_{non-bonded} = E_{electrostatic} + E_{van der Waals}</math> This function, referred to as a potential function, computes the molecular potential energy as a sum of energy terms that describe the deviation of bond lengths, bond angles and torsion angles away from equilibrium values, plus terms for non-bonded pairs of atoms describing van der Waals and electrostatic interactions. The set of parameters consisting of equilibrium bond lengths, bond angles, partial charge values, force constants and van der Waals parameters are collectively known as a force field. Different implementations of molecular mechanics use slightly different mathematical expressions, and therefore, different constants for the potential function. The common force fields in use today have been developed by using high level quantum calculations and/or fitting to experimental data. The technique known as energy minimization is used to find positions of zero gradient for all atoms, in other words, a local energy minimum. Lower energy states are more stable and are commonly investigated because of their role in chemical and biological processes. A molecular dynamics simulation, on the other hand, computes the behaviour of a system as a function of time. It involves solving Newton's laws of motion, principally the second law, F = ma. Integration of Newton's laws of motion, using different integration algorithms, leads to atomic trajectories in space and time. The force on an atom is defined as the negative gradient of the potential energy function. The energy minimization technique is useful for obtaining a static picture for comparing between states of similar systems, while molecular dynamics provides information about the dynamic processes with the intrinsic inclusion of temperature effects. Molecules can be modelled either in vacuum or in the presence of a solvent such as water. Simulations of systems in vacuum are referred to as gas-phase simulations, while those that include the presence of solvent molecules are referred to as explicit solvent simulations. In another type of simulation, the effect of solvent is estimated using an empirical mathematical expression; these are known as implicit solvation simulations. Molecular modelling methods are now routinely used to investigate the structure, dynamics and thermodynamics of inorganic, biological, and polymeric systems. The types of biological activity that have been investigated using molecular modelling include protein folding, enzyme catalysis, protein stability, conformational changes associated with biomolecular function, and molecular recognition of proteins, DNA, and membrane complexes.
- Simulació molecular o Modelat Molecular és un terme complex que fa referència a una sèrie de mètodes teòrics i tècniques computacionals per a modelar o mimetitzar el comportament de les molècules. Aquestes tècniques són emprades en els camps de la química computacional, la biologia computacional i la ciència de materials per tal d'estudiar sistemes moleculars que comprenen des de petits sistemes químics fins a grans molècules biològiques i compostos de materials. També s'utilitza en el disseny de nous materials i de fàrmacs. Els càlculs més senzills poden realitzar-se a mà, però inevitablement els ordinadors són necessaris per portar a terme el modelat molecular de qualsevols sistema d'una mida raonable. El tret comú de les tècniques de modelat molecular és la descripció a nivell atòmic dels sistemes moleculars; el mínim nivell d'informació és a escala d'àtoms individuals (o de petits grups d'àtoms) més baix. Aquest fet contrasta amb la química quàntica (també coneguda com càlcul de l'estructura electrònica), en la qual els electrons són explícitament considerats. L'avantatge del modelat molecular és el fet que redueix la complexitat del sistema, fent així possible realitzar simulacions de sistemes d'un nombre molt més elevat de partícules (àtoms). La Mecànica Molecular és sinònim de modelat molecular, ja que fa referència a l'ús de la mecànica clàssica/mecànica Newtoniana per tal de descriure els principis físics dels models. Els models moleculars descriuen normalment àtoms (nucli i electrons conjuntament) com a càrregues puntuals amb una massa associada. Les interaccions entre àtoms veïns són descrites mitjançant interaccions de tipus molla (les quals representen els enllaços químics) i les forces de van der Waals. El potencial de Lennard-Jones s'empra freqüentment per a descriure les forces de van der Waals. Les interaccions electrostàtiques es calculen segons les lleis de Coulomb. S'assignen coordenades als àtoms ja sigui en l'espai cartesià o en coordenades internes, i simulacions dinàmiques poden també assignar-les-hi les velocitats. Les velocitats atòmiques estan relacionades amb la temperatura del sistema, una mesura macroscòpica. L'expressió matemàtica col·lectiva és coneguda com a funció potencial i està relacionada amb l'energia interna del sistema (U), una mesura termodinàmica equivalent a la suma de les energies cinètica i potencial. Methods which minimize the potential energy are known as energy minimization techniques, while methods that mànica odel the behaviour of the system with propagation of time are known as molecular dynamics. E = Eenllaç + Eangle + Edihedre + Eno-enllaç Eno-enllaç = Eelectrostàtica + Evan der Waals Aquesta funció, anomenada funció potencial, calcula l'energia potencial molecular com la suma de termes d'energia que descriuen les desviacions de les longituds, angles i torsions (dihedres) dels enllaços respecte dels seus valors d'equilibri, més els termes corresponents als parells d'àtoms no enllaçats que descriuen interaccions electrostàtiques i de van der Waals. El conjunt de paràmetres format per les longituds d'enllaç en equilibri, els angles d'enllaç, els valors de les càrregues parcials, les constants de força i els paràmetres de van der Waals, són en el seu conjunt coneguts com el camp de forces (anomenat en anglès force-field, nom habitualment emprat en la bibliografia). Les diferents implementacions de la mecànica molecular fan ús d'expressions matemàtiques lleugerament diferents, i per tant, de diferents constants per a la funció potencial. Els camps de forces d'ús comú avui en dia han estat desenvolupats mitjançant l'ús de càculs quàntics de gran complexitat i/o l'ajust de dades experimentals. La tècnica coneguda com a minimització d'energia és emprada per tal de trobar posicions de gradient zero per a tots els àtoms, en altres paraules, un mínim local d'energia. Els estats d'energia mínima són de fet els més estables, i són generalment estudiats degut a la seva importància en els processos químics i biològics. Una simulació de dinàmica molecular, per altra banda, calcula el comportament d'un sistema en funció del temps. Comporta doncs resoldre les equacions del moviment de Newton, principalment la segona equació F = ma. La integració de les equacions de moviment de Newton, mitjançant diferents algoritmens d'integració, resulta en les trajectòries dels àtoms en l'espai i el temps. La força en un àtom es defineix com el gradient negatiu de la funció d'energia potencial. La tècnica de la minimització de l'energia és útil per a obtenir una imatge estàtica que serveixi per a comparar entre estats diferents de sistemes similars, mentre que la dinàmica molecular proveeix informació sobre els processos dinàmics amb la inclusió intrínseca dels efectes de la temperatura. Les molècules poden modelar-se tant en el buït com en presència d'un solvent com ara l'aigua. Les simulacions de sistemes en el buït s'anomenen simulacions en fase gasosa, i les que inclouen la presència de molècules de solvent s'anomenen simulacions de solvent explícit. En un altre tipus de simulatcions, l'efecte del solvent s'estima mitjançant l'ús d'una expressió matemàtica empírica; aquestes es coneixen com simulacions de solvació implícita. Els mètodes de modelat molecular s'empren actualment de forma habitual per a investigar l'estructura, la dinàmica i la termodinàmica de sistemes inorgànics, biològics i polimèrics. Els tipus d'activitats biològiques que han estat objecte d'investigació mitjançant l'ús del modelat molecular inclouen el doblat de proteïnes, la catlàlisi enzimàtica, l'estabilitat proteínica, els canvis conformacionals associats a la funció biomolecular, i el reconeixement molecular de proteïnes, ADN, i complexs de membranes.
- El Modelado molecular es un término general que engloba métodos teóricos y técnicas computacionales para modelar o imitar el comportamiento de moléculas. Las técnicas son utilizadas en los campos de la Química computacional, Biología computacional y Ciencia de materiales para el estudio de sistemas moleculares que abarcan desde pequeños sistemas químicos a grandes moléculas biológicas y disposiciones materiales. Los cálculos más simples pueden ser realizados a mano, pero inevitablemente se requieren computadoras para realizar el modelado molecular de cualquier sistema medianamente complicado. La característica particular de las técnicas de modelado es la descripción a nivel atómico de los sistemas moleculares; el menor nivel de información es por átomos individuales (o un pequeño grupo de átomos). Esto es lo contrario a la Química cuántica (también conocida como "cálculos de estructura electrónicos) donde los electrones son considerados explícitamente. El beneficio del modelado molecular es que reduce la complejidad del sistema, permitiendo que muchas más partículas (átomos) sean considerados durante las simulaciones. La Mecánica molecular es una parte del modelado molecular, ya que implica el uso de mecánica clásica/mecánica newtoniana para describir las bases físicas tras los modelos. Los modelos moleculares describen normalmente átomos (núcleos y electrones en conjunto) como cargas puntuales con una masa asociada. Las interacciones entre los átomos vecinos son descritas por interacciones tipo oscilador armónico, "resortes", que y Fuerzas de van der Waals. El Potencial de Lennard-Jones es mayormente usado para describir las Fuerzas de van der Waals. Las interacciones electrostáticas son calculadas por la Ley de Coulomb. A los átomos se les asignan coordenadas en el espacio cartesiano o en Coordenadas internas, y también se les pueden asignar velocidades al realizar simulaciones dinámicas. Las velocidades atómicas están relacionadas a la temperatura del sistema, una cantidad macroscópica. La expresión matemática completa se conoce como una Función potencial y está relacionada a la energía interna del sistema (U - Entropía), una cantidad termodinámica igual a la suma de las energías potencial y cinética. Los métodos que minimizan la energía potencial, son conocidos como técnicas de disminución energética, mientras que los métodos que recrean el comportamiento del sistema con el correr del tiempo son conocidos como Dinámica molecular. <math>E = E_{bonds} + E_{angle} + E_{dihedral} + E_{non-bonded}</math> <math>E_{non-bonded} = E_{electrostatic} + E_{van der Waals}</math> Esta función, llamada Función potencial, calcula la energía potencial molecular como una suma de cantidades de energía que describen la desviación del largo de los enlaces, los ángulos de enlace y los ángulos de torsión fuera de los valores de equilibrio, más cantidades para los pares de átomos no enlazados, ayudando a describir las interacciones de van der Waals y las electrostáticas. El conjunto de parámetros que incluye las distancias de enlace equilibradas, los ángulos de enlace, valores de carga parciales, constantes de fuerza y parámetros de van der Waals; son conocidos de manera conjunta como un campo de fuerza. Distintas aplicaciones de la mecánica molecular usa expresiones matemáticas que difieren ligeramente y, por ende, distintas constantes para la Función potencial. Los campos de fuerza de uso corriente en la actualidad han sido desarrollados usando cálculos cuánticos de alto nivel y/o ajustándose a los valores experimentales. La técnica conocida como Disminución Energética es usada para encontrar posiciones de "gradiente cero" para todos los átomos; en otras palabras, un mínimo local de energía. Estados de menor energía son más estables y son comunmente investigados por su función en los procesos químicos y biológicos. Una simulación de Dinámica molecular, por otro lado, calcula el comportamiento de un sistema en función del tiempo. Esto implica resolver las leyes de Newton de movimiento, principalmente la segunda ley, F = ma. La Integración de las leyes de Newton del movimiento, usando diferentes algoritmos de integración, conduce las trayectorias atómicas en el espacio y el tiempo. La fuerza de un átomo es definida como el gradiente negativo de la función potencial de energía. La técnica de disminución de energía es útil para obtener una imagen estática para comparar entre los estados de sistemas similares, mientras que la dinámica molecular provee información sobre los procesos dinámicos con el agregado intrínseco de los efectos de la temperatura. Las moléculas pueden ser modeladas indistintamente en el vacío o en presencia de un solvente como el agua. Las simulaciones de sistemas en vacío son definidas como simulaciones de "fase gaseosa", mientras aquellos que incluyen la presencia de moléculas de solvente son definidas como simulaciones de "solvente explícito". En cualquier otro tipo de simulación, el efecto del solvente es estimado usando una expresión matemática empírica; estas son conocidas como simulaciones de "solvencia implícita". Los métodos de modelado molecular son usados rutinariamente en la actualidad para investigar la estructura, dinámica y termodinámica de sistemas inorgánicos, biológicos y poliméricos. Los tipos de actividad biológica que han sido investigados usando modelado molecular incluyen Doblado proteínico, Catálisis de Enzimas, estabilidad de proteínas, cambios conformacionales asociados con la Función biomolecular, y reconocimiento molecular de proteínas, ADN, y complejos de membranas.
- Molekyylimallinnuksella tarkoitetaan yleisesti erilaisia teoreettisia ja laskennallisia menetelmiä, joilla pyritään mallintamaan molekyylien rakennetta ja käyttäytymistä. Molekyylimallinnusta käytetään laskennallisessa kemiassa ja biologiassa, materiaalitutkimuksessa ja lääkeainesuunnittelussa. Mallituksessa molekyyli(e)n rakennetta pyritään esittämään tietokoneen avulla luodun mallin avulla ja tutkimaan yhdisteiden steerisiä ja elektronisia ominaisuuksia, muodostumislämpöjä, reaktiomekanismeja sekä epäorgaanisten materiaalien kide- ja pintarakenteita. Molekyylimallinnusta suoritetaan molekyylimekaanisilla, semiempiirisillä ja kvanttikemiallisilla menetelmillä. Molekyylimallinnusta suoritetaan yleensä tietokoneen ja siinä olevien mallinnusohjelmien avulla. Ensin pyritään rakentamaan malli piirtämällä molekyylin rakenne tietokoneen mallinnusohjelmalla. Tämän jälkeen molekyylin rakenne optimoidaan lähimpään minimiin; tämä tehdään yleensä molekyylimekaniikalla. Molekyylille tehdään usein vielä konformaatioanalyysi, jossa haetaan erilaiset mahdolliset konformaatiot, jossa molekyyli voi olla. Molekyylille voidaan tehdä lisäksi varauslaskenta, jossa käytetään yleensä semiempiirisiä tai kvanttikemiallisia menetelmiä. Molekyylimallitukseen liityy myös termi molekyylidynamiikka, jolla tarkoitetaan molekyylin ”liikkuvuuden” laskentaa.
- La modélisation moléculaire est un ensemble de techniques pour modéliser ou imiter le comportement de molécules.
- Modelowanie molekularne - zbiór technik obliczeniowych, które służą do modelowania i przewidywania własności cząsteczek lub układów ponadcząsteczkowych. Modelowanie molekularne nierozłącznie jest związane z komputerami, których moc obliczeniowa decyduje o dokładności wykonywanych symulacji rozmaitych zjawisk na poziomie pojedynczych cząsteczek. W układach o dużej złożoności stosuje się uproszczone założenia i/lub wychodzi się z pewnych założeń początkowych, wynikających z wcześniejszych danych eksperymentalnych. Ośrodki naukowe zaangażowane w modelowanie molekularne posiadają własne centra komputerowe lub korzystają z czasu, jaki jest im przydzielony na superkomputerach należących do innych. Modelowanie molekularne znajduje m. in. zastosowanie w nanotechnologii, do projektowania leków, poznawania struktur biologicznych, których sekwencja jest znana a budowa i funkcja jeszcze nie, w badaniach materiałowych i w wielu innych miejscach. Istnieją również projekty związane z modelowaniem molekularnym, które wykorzystują moce spontanicznie tworzonych przez wolontariuszy sieci obliczeń rozproszonych, np. projekt Rosetta@home, zajmujący się poszukiwaniem nowych leków przeciwnowotworowych czy Folding@home, w podobnych celach symulujący zwijanie białek. Molekularne modelowanie jest rutynowo stosowane do poznawania struktury dynamiki i termodynamiki rozmaitych związków chemicznych. W biologii molekularnej przy użyciu modelowania molekularnego badano zwijanie białka, katalizę enzymów, stabilność białek, cząsteczkowe rozróżnianie powierzchni białek i DNA. Intensywnie rozwijane są kierunki poszukiwań metod i materiałów nanotechnologicznych.
- 分子建模（英語：Molecular modelling）或稱分子模擬，是指利用理論方法與計算技術，模擬出化學分子的外觀或性質，屬於計算化學與計算生物學領域的研究對象。並且是化學與生物學上，如結構生物學等學門所應用的研究方法。
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