Trendbericht Theoretische Chemie 2017: Moleküle in Bewegung

Moleküle in Bewegung

Atomistische moleküldynamische Simulationen (MD-Simulationen) haben sich als wertvolle Ergänzung zu strukturchemischen Experimenten etabliert. Im Jahr 2013 wurde für die Entwicklung und Vervollständigung dieser Technik der Nobelpreis in Chemie an Martin Karplus, Michael Levitt und Arieh Warshel verliehen. Inzwischen sind klassische MD-Simulationen für Systeme mit mehr als einer Million Atome durchführbar. Spektakulär war zum Beispiel die atomgenaue Simulation eines HI-Viruskapsids, das aus etwa 1300 Proteinen besteht.¹⁾ MD-Simulationen erreichen aber nicht nur immer größere Moleküle, sondern können auch immer längere Zeitskalen abdecken. Für kleine und mittlere Proteine sind derzeit Zeitskalen von einer Millisekunde erreichbar.^2,3)

Die Herausforderung, vor der die theoretische Chemie steht, ist daher nicht mehr unbedingt die eigentliche Durchführung der Simulation, sondern die statistische Analyse des resultierenden hochdimensionalen Datensatzes. Jede einzelne MD-Simulation ergibt eine mögliche Konformationsdynamik des Moleküls, das heißt eine Art Film. Diese Dynamik ist aber in der Regel so kompliziert, dass bloßes Anscha

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