Hvornår er mange kropseffekter betydelige?

NUS -beregningskemikere har udviklet en metode, der hurtigt kan identificere hvilke interaktioner mellem grupper af molekyler, eller mellem dele af et meget stort molekyle, er små og kan ignoreres. Dette gør det muligt at beregne interaktionerne mellem molekyler mere effektivt og præcist.

Mange kropseffekter, der henviser til den kollektive adfærd hos et stort antal interagerende bestanddele, er nødvendige for en nøjagtig beskrivelse af både strukturen og dynamikken i store kemiske systemer, såsom et proteinmolekyle, eller beskriver egenskaberne af bulkpolære opløsningsmidler. Oftest, imidlertid, disse effekter ignoreres simpelthen, fordi der er et stort antal mulige interaktioner mellem de forskellige bestanddele, og det er normalt ikke indlysende, hvilke af disse der ville have en signifikant effekt. Typisk, når mangekropseffekter ignoreres, tilnærmelser skal foretages i et forsøg på at redegøre for dem. På den anden side, at skulle beregne alle mulige mangekropsinteraktioner i store kemiske systemer bruger en enorm mængde beregningsressourcer.

Et team ledet af prof Ryan BETTENS fra Institut for Kemi, NUS har udviklet en generel metode, der hurtigt kan identificere et lille sæt af trimer (tre-krops) og tetramer (fire-krops) interaktioner, der er ansvarlige for langt de fleste af disse højere kropseffekter i store kemiske systemer. Dette opnås ved hurtigt og præcist at bestemme den maksimalt mulige interaktion, hver enkelt trimer og tetramer kan foretage til den samlede interaktion. Hvis den maksimalt mulige interaktion for en trimer eller tetramer er for lille til at yde et væsentligt bidrag til den samlede interaktionsenergi i et stort system, det ignoreres. På denne måde, antallet af nødvendige beregninger kan reduceres med et par størrelsesordener og stadig producere meget nøjagtige resultater.

Når man arbejder på beregningen for mange kropseffekter, forskerne fandt også to hovedårsager til betydelige mange-krop interaktioner. Først, mange-kropsinduktion formerer sig i ikke-forgrenende stier. Det betyder, at interaktionerne mellem organerne sker på en kædelignende måde, den ene efter den anden. Sekund, lineære arrangementer af legemer fremmer tilpasningen af ​​molekylær polaritet (ladningsdipol), som forstærker mange kropsinteraktioner. Som resultat, molekyler har en tendens til at have kompakte og udvidede lineære arrangementer. Kompakte arrangementer foretrækkes på grund af de mange korte ikke-forgreningsveje, der forbinder kroppene. Udvidede lineære arrangementer foretrækkes også, da de favoriserer dipolopretning.

Professor Bettens sagde, "Denne undersøgelse giver en grundig forklaring på, hvordan kooperative effekter (synergistiske interaktioner) giver øget stabilitet i spiraler, hvilket gør dem til en af ​​de mest almindelige strukturer i biomolekyler. Disse spiraler fremmer ikke kun lineær dipoljustering, men deres kædelignende struktur er i overensstemmelse med den måde, hvorpå mange-kropsinduktion formerer sig. "