Biomolekulare Simulationen mit mehreren Auflösungsniveaus: ein Überblick über methodische Aspekte

Abstract Theoretische und computergestützte Modellierungen, die der Erklärung experimenteller Beobachtungen im Hinblick auf ein bestimmtes chemisches Phänomen oder einen bestimmten chemischen Prozess dienen, erfordern eine Reihe von Annahmen. Diese Annahmen betreffen die essentiellen Freiheitsgrade, die Art der Wechselwirkungen und die Erzeugung eines Boltzmann‐Ensembles oder einer Konfigurationstrajektorie. Abhängig von den Freiheitsgraden, die für den interessierenden Prozess unabdingbar sind, wie z. B. elektronische, nukleare oder atomare, molekulare oder supramolekulare, müssen quantenmechanische oder klassisch‐mechanische Bewegungsgleichungen angewendet werden. In Simulationen mit unterschiedlichen Auflösungsniveaus werden verschiedene Ebenen wie elektronische, atomare, supraatomare oder supramolekulare Ebenen in einem einzigen Modell vereint. Dies erlaubt eine Steigerung der Recheneffizienz, wobei eine ausreichende Genauigkeit im Hinblick auf die bestimmten Freiheitsgrade erhalten bleibt. Im Folgenden wird ein Überblick über die grundlegenden Herausforderungen und Annahmen in Bezug auf Modellierungen mit unterschiedlichen Auflösungsniveaus gegeben. Zur Veranschaulichung werden die unterschiedlichen katalytischen Eigenschaften zweier Enzyme, die sich in ihrer Struktur ähneln, jedoch unterschiedliche Substrate binden, im Hinblick auf diese Substrate unter Verwendung von Simulationen mit elektronischen, atomaren und supramolekularen Auflösungsniveaus untersucht.