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Lexikon der Chemie: Moleküldynamik

Moleküldynamik, MD, Verfahren zur Simulation der Dynamik molekularer Systeme unter Berücksichtigung der Zeit- und Temperaturabhängigkeit. Dabei wird die Bewegung einer endlichen Zahl von Atomen bzw. Molekülen unter dem Einfluß des gewählten Kraftfeldes verfolgt (Kraftfeldmethode). Es werden die Newtonschen Bewegungsgleichungen für alle N Atome mit einem numerischen Integrationsverfahren schrittweise gelöst.

δ2ri(t)/dt2 = mi-1 Fi (1)

Fi = -δV(r1, r2 ..... rN)/δri (2)

Fi bezeichnet die auf das Atom i wirkende Kraft. mi und ri charakterisieren dessen Masse bzw. Ortsvektor, und t ist die Zeit. Die Integration von Gl. (1) wird über kleine Zeitintervalle Δt ca. 1 Femtosekunde (1 fs = 10-15 s) durchgeführt. Auf leistungsfähigen Rechnern können bis zu 107 Schritte für ein Molekülsystem berechnet werden. Dies entspricht einer Simulationszeit von bis zu 10 Nanosekunden (ns).

Das Resultat einer MD-Rechnung ist eine Trajektorie. Sie gibt die Konfiguration des Molekülsystems, d. h. die Lage der Atomorte, als Funktion der Zeit wieder. Die bisher möglichen Simulationszeiten von ca. 10 ns reichen aus, um die Bewegung von Seitenketten zu verfolgen. Die Simulation von Proteinfaltungsprozessen erfordert Zeiten im Minutenbereich, was in absehbarer Zeit nicht zu realisieren ist.

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