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Marco de Métodos Multiescala con la Teoría de Solvatación Molecular 3D-RISM-KH para Estructuras Supramoleculares, Nanomateriales y Biomoléculas: ¿Hacia Dónde Vamos?

Autores: Roy, Dipankar; Kovalenko, Andriy

Idioma: Inglés

Editor: MDPI

Año: 2023

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Acceso abierto

Artículo científico
2023

Marco de Métodos Multiescala con la Teoría de Solvatación Molecular 3D-RISM-KH para Estructuras Supramoleculares, Nanomateriales y Biomoléculas: ¿Hacia Dónde Vamos?


Categoría

Energía

Subcategoría

Energía térmica

Palabras clave

Teoría de la solvatación molecular
Biomoléculas
Proteínas
Propiedades de solvatación
Soluciones electrolíticas
Dinámica molecular

Licencia

CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual

Consultas: 17

Citaciones: Sin citaciones


Descripción
La teoría de solvatación molecular 3D-RISM-KH basada en la mecánica estadística ha sido un motor del marco de métodos multiescala, que también incluye técnicas de simulación molecular. Sus aplicaciones van desde la energía de solvatación de pequeñas moléculas hasta el comportamiento de fase de polímeros y biomoléculas. La teoría de solvatación molecular predice y explica los mecanismos moleculares y el funcionamiento de una variedad de sistemas químicos y biomoleculares. Esto incluye la autoensamblaje y la estabilidad conformacional de nanotubos de roseta orgánica sintética (RNTs), la agregación de péptidos y proteínas relacionadas con la neurodegeneración, la unión de ligandos a proteínas y las propiedades de solvatación de biomoléculas relacionadas con sus funciones. La teoría de solvatación molecular replica RISM-KH-VM predice y explica la estructura, termodinámica y electroquímica de soluciones electrolíticas adsorbidas en electrodos de supercapacitores de carbono nanoporoso, y es parte de los recientes esfuerzos de investigación y desarrollo. Un nuevo protocolo de cuasidinámica acopla la dinámica molecular de múltiples pasos de tiempo (MTS-MD) estabilizada con un termostato Nosé-Hoover isocinético optimizado (OIN) impulsado por fuerzas de solvatación media 3D-RISM-KH en pasos de tiempo externos gigantes de picosegundos, que se extrapolan hacia adelante en pasos de tiempo internos cortos de femtosegundos con extrapolación de fuerza de solvatación generalizada (GSFE). La cuasidinámica OIN/3D-RISM-KH/GSFE se implementa en el paquete Amber Molecular Dynamics. Se valida en el miniproteína 1L2Y y la proteína G en solución acuosa ambiente, y muestra una tasa de muestreo 150 veces más rápida que en simulaciones de MD estándar en estas biomoléculas en agua explícita. La versión de campo autoconsistente de DFT de Kohn-Sham en fuerzas de solvatación media 3D-RISM-KH se implementa en el paquete Amsterdam Density Functional (ADF). Sus aplicaciones van desde la termodinámica de solvatación, los equilibrios conformacionales y la fotoquímica hasta las barreras de activación de diferentes nanosistemas en soluciones y líquidos iónicos.

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