Ładunki cząstkowe Merza-Kollmana

Z BioInf

Spis treści

Ładunki cząstkowe Merza-Kollmana

Idea

Podejście do wyznaczania ładunków cząstkowych poszczególnych atomów, wchodzących w skład badanej cząsteczki, nazywanych ładunkami cząstkowymi Merza-Kollmana (MK, czasami również nazywane Merz-Kollman-Singh-Besler Charges (MKSB)), polega na numerycznym dopasowaniu ich wartości do znanego potencjału cząsteczkowego. Metoda ta ma słabsze podstawy teoretyczne niż metody oparte o podział udziału ładunków między poszczególne orbitale atomowe, daje jednak wyniki lepsze w skali wielkości cząsteczek i pozwala na bardziej wiarygodne modelowanie oddziaływań między nimi. Ideowo jest ona bliska metodzie obrazów, stosowanej często przy rozwiązywaniu problemów elektrostatycznych w fizyce.

Niewątpliwą wadą metody jest fakt, że polega ona na numerycznej ewaluacji pełnego potencjału cząsteczki - tak więc dla atomów znajdujących się wewnątrz cząsteczki może dawać niefizyczne (lub wręcz niestabilne numerycznie) wyniki dopasowań. Wynika to przede wszystkim z faktu, że atomy znajdujące się wewnątrz dużych cząsteczek słabo wpływają na postać potencjału molekularnego (patrz niżej- procedura) - zatem zastosowanie tej metody prowadzi do straty informacji o atomach znajdujących się daleko od powierzchni molekularnych.

Metoda Merza-Kollmana znajduje zastosowanie głównie w sytuacjach, gdy badane jest oddziaływanie cząsteczek w skali odległości odpowiednio dużej, by zaniedbanie struktury wewnętrznej cząsteczki było uzasadnione.

Metoda obliczania ładunków

  • Próbkowanie potencjału molekularnego

Dla wybranej cząsteczki liczona jest powierzchnia van Der Waalsa i wyznaczana jest pewna ilość jej skalowań wokół cząsteczki - zwykle są to 4 powłoki, ze skalowaniem 1.4, 1.6, 1.8, 2.0. Potencjał cząsteczkowy próbkowany jest na tym zbiorze powłok (Uwaga: metoda ta zaniedbuje postać potencjału wewnątrz powierzchni van Der Waalsa i na niej - wobec tego wynikające z niej ładnuki cząstkowe atomów głęboko poniżej powierzchni próbkowania nie mają sensu fizycznego).

  • Rozłożenie ładunków cząstkowych

Po ustaleniu wartości potencjału na powłokach numerycznie ustala się ładunki cząstkowe poszczególnych atomów tak, by ich potencjał był jak najbliższy wzorcowemu potencjałowi molekularnemu. Poza znanymi wartościami w punktach przestrzeni, dodatkowymi więzami rozwiązań jest ładunek całkowity cząsteczki.

Parametry obliczeń

Ponieważ metoda Merza-Kollmana jest numerycznym badaniem rozwiązań, duże znaczenie dla dokładności jej wyników mają parametry użytego algorytmu. Jednym z najważniejszych jest ilość punktów próbkowania na każdej z powłok - im jest ich więcej, tym precyzyjniej wyznaczony będzie potencjał wzorcowy, co w konsekwencji pozwoli na lepszą dystrybucję ładunków cząstkowych. Drugim istotnym parametrem jest zdefiniowana ilość powłok użyta do badania potencjału molekularnego.

Osobiste