عرض مصدر ديناميكا جزيئية

[[ملف:Cudeposition.gif|تصغير|380x380بك|مثال على محاكاة ديناميات الجزيئية في نظام بسيط: ترسب أحد [[نحاس|النحاس]] (النحاس) [[ذرة]] في البلورة الباردة من النحاس ([[مؤشرات ميلر البلورية|مؤشر ميلر]] (001) [[علم السطوح|سطح]]). تمثل كل دائرة موضع ذرة واحدة. يتم إعادة توزيع الطاقة الحركية للذرة التي تقترب من القمة بين الذرات الأخرى، لذلك بدلاً من الارتداد، تظل مرتبطة بسبب قوى الجذب بين الذرات.]]
[[ملف:MD_water.gif|تصغير|320x320بك|غالبًا ما تُستخدم محاكاة الديناميكيات الجزيئية لدراسة الأنظمة الفيزيائية الحيوية. يصور هنا محاكاة 100 ps للماء.]]
[[ملف:Molecular_dynamics_algorithm.png|تصغير|400x400بك|وصف مبسط لخوارزمية محاكاة الديناميكيات الجزيئية القياسية، عند استخدام عامل تكامل من النوع المصحح والمتنبئ. قد تأتي القوى إما من الجهود الكلاسيكية [[الإمكانات بين الذرية|بين الذرات]] (الموصوفة رياضياً كـ <math> F= - \nabla V(\vec r) </math>) أو ميكانيكي الكم (الموصوف رياضيًا كـ <math> F=F( \Psi(\vec r) ) </math>) طرق. توجد اختلافات كبيرة بين شركات التكامل المختلفة؛ لا يحتوي البعض على نفس المصطلحات ذات الترتيب الأعلى تمامًا كما هو موضح في مخطط التدفق، ويستخدم الكثير أيضًا مشتقات زمنية ذات ترتيب أعلى، ويستخدم البعض كلاً من الخطوة الزمنية الحالية والسابقة في مخططات الخطوات ذات الوقت المتغير.]]
'''الديناميكا الجزيئية''' ([[اللغة الإنجليزية|بالإنجليزية]]: Molecular dynamics (MD))، هي علم قائم على محاكاة حاسوبية للجزيئات والمركبات معتمدة على [[قوانين نيوتن للحركة]] في توقع حركة الجزيئات وسرعة تحركها واماكن وجودها بعد فترات زمنية قصيره جدا وهو عمل يتطلب حلول لمعادلات نيوتن لاعداد هائلة من الجزيئات ولفترات زمنية قصيره جدا ولضمان حساب هذه التوقعات بشكل صحيح أو اقرب للصحة يجب أخذ عدة امور عند حساب قوانين نيوتن مثل قوى التجاذب بين الجزيئات واهتزاز روابط الجزي وانثناء الرووابط حول محورها وتذبذب الزاوية بين ذرات الجزي وايضا تذبذب الزوايا بين مستويات الجزئ أو ما يعرف [[زاوية ثنائية السطح|بالزاوية الزوجية]] وامور أخرى كثيرة

ولاننا في هذه العملية نقوب بحساب قوانين نيوتن وقوانين أخرى تتعلق بالمحاكاة لاعداد كبيرة جده من الجزيئات هذا يجعل العملية معقدة جدا وشبه مستحيلة لذلك يتم الاستعانة ببعض الفرضيات وطرق احصائية لتساعدنا في جعل هذه الحسابات ممكنة من الناحية العملية.<ref>{{استشهاد بويب| مسار = https://www.universalis.fr/encyclopedie/dynamique-moleculaire/ | عنوان = معلومات عن ديناميكا جزيئية على موقع universalis.fr | ناشر = universalis.fr| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20190725080342/https://www.universalis.fr/encyclopedie/dynamique-moleculaire/ | تاريخ أرشيف = 25 يوليو 2019 }}</ref><ref>{{استشهاد بويب| مسار = https://www.britannica.com/science/molecular-dynamics | عنوان = معلومات عن ديناميكا جزيئية على موقع britannica.com | ناشر = britannica.com| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20160806003538/https://www.britannica.com/topic/molecular-dynamics | تاريخ أرشيف = 6 أغسطس 2016 }}</ref><ref>{{استشهاد بويب| مسار = https://dx.doi.org/10.1351/goldbook.MT06969 | عنوان = معلومات عن ديناميكا جزيئية على موقع dx.doi.org | ناشر = dx.doi.org| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20180602175945/http://goldbook.iupac.org/html/M/MT06969.html | تاريخ أرشيف = 2 يونيو 2018 }}</ref>

'''الديناميكات الجزيئية''' هي طريقة [[محاكاة بالحاسوب|محاكاة حاسوبية]] [[حركة (فيزياء)|لتحليل الحركات الفيزيائية]] [[ذرة|للذرات]] [[جزيء|والجزيئات]]. يُسمح للذرات والجزيئات بالتفاعل لفترة زمنية محددة، مما يعطي نظرة على «التطور» [[علم الحركة|الديناميكي للنظام.]] في الإصدار الأكثر شيوعًا، يتم تحديد [[مسار]]ات الذرات والجزيئات عن طريق الحل [[تكامل عددي|العددي]] [[قوانين نيوتن للحركة|لمعادلات نيوتن للحركة]] لنظام من الجسيمات المتفاعلة، حيث [[قوة|تُحسب القوى]] بين الجسيمات [[طاقة وضع|وطاقاتها الكامنة]] غالبًا باستخدام [[الإمكانات بين الذرية|الكمون بين الذرات]] أو [[مجال القوة (كيمياء)|مجالات القوة]] [[الميكانيكا الجزيئية|الجزيئية]]. يتم تطبيق الطريقة في الغالب في [[فيزياء كيميائية|الفيزياء الكيميائية]] [[علم المواد|وعلوم المواد]] [[فيزياء حيوية|والفيزياء الحيوية]].

نظرًا لأن الأنظمة الجزيئية تتكون عادةً من عدد كبير من الجسيمات، فمن المستحيل تحديد خصائص هذه [[نظام معقد|الأنظمة المعقدة بشكل]] تحليلي؛ تتغلب محاكاة الديناميكا الجزيئية على هذه المشكلة باستخدام الطرق [[تحليل عددي|العددية.]] ومع ذلك، فإن عمليات محاكاة الديناميكا الجزيئية الطويلة [[رقم الشرط|غير مشروطة]] رياضيًا، مما يؤدي إلى حدوث أخطاء تراكمية في التكامل العددي يمكن تقليلها من خلال الاختيار المناسب للخوارزميات والمعلمات، ولكن لا يتم التخلص منها تمامًا.

بالنسبة للأنظمة التي تتبع [[فرضية إرغوديك]]، يمكن استخدام تطور محاكاة ديناميكية جزيئية واحدة لتحديد [[ديناميكا حرارية|الخصائص الديناميكية الحرارية]] العيانية للنظام: المتوسطات الزمنية لنظام ergodic تتوافق مع متوسطات [[فرقة Microcanonical|المجموعة الدقيقة.]] كما أطلق على الديناميكا الجزيئية أيضًا اسم «الميكانيكا الإحصائية بالأرقام» و «رؤية [[بيير لابلاس|لابلاس]] [[قوانين نيوتن للحركة|للميكانيكا النيوتونية]]» للتنبؤ بالمستقبل من خلال تحريك قوى الطبيعة <ref>{{استشهاد بكتاب
| DOI = 10.1007/978-1-4612-4066-2_13
| الفصل = Pursuing Laplace's Vision on Modern Computers
| عنوان = Mathematical Approaches to Biomolecular Structure and Dynamics
| سلسلة = The IMA Volumes in Mathematics and its Applications
| سنة = 1996
| مؤلف1 = Schlick
| الأول = Tamar
| المجلد = 82
| صفحات = 219–247
| ISBN = 978-0-387-94838-6
}}</ref> والسماح بإلقاء نظرة ثاقبة على الحركة الجزيئية على نطاق ذري.

== تاريخ ==
تم تطوير الديناميكا الجزيئية في الأصل في أوائل الخمسينيات من القرن الماضي، بعد النجاحات السابقة في [[طريقة مونت كارلو|محاكاة مونت كارلو]]، والتي يعود تاريخها إلى القرن الثامن عشر، في [[مشكلة إبرة بوفون]] على سبيل المثال، ولكن تم نشرها في الميكانيكا الإحصائية في [[مختبر لوس ألاموس الوطني]] بواسطة روزنبلوث ومتروبوليس فيما يعرف اليوم [[خوارزمية متروبوليس - هاستينغز|بخوارزمية متروبوليس-هاستينغز]]. يعود الاهتمام بالتطور الزمني لأنظمة الجسم N إلى القرن السابع عشر، بدءًا من نيوتن، واستمر في القرن التالي إلى حد كبير مع التركيز على الميكانيكا السماوية وقضايا مثل استقرار النظام الشمسي. تم تطوير العديد من الأساليب العددية المستخدمة اليوم خلال هذه الفترة الزمنية، والتي سبقت استخدام أجهزة الكمبيوتر؛ على سبيل المثال، خوارزمية التكامل الأكثر شيوعًا المستخدمة اليوم، [[تكامل Verlet|خوارزمية تكامل فيرليت]]، تم استخدامها في وقت مبكر من عام 1791 بواسطة [[جان باتيست جوزيف ديلامبر]]. يمكن اعتبار الحسابات العددية باستخدام هذه الخوارزميات الديناميكا الجزيئية «يدويًا».

في وقت مبكر من عام 1941، تم تنفيذ تكامل معادلات الحركة للعديد من الأجسام مع أجهزة الكمبيوتر التناظرية. قام البعض بعمل كثيف العمالة لنمذجة الحركة الذرية من خلال بناء نماذج فيزيائية، على سبيل المثال، باستخدام المجالات العيانية. كان الهدف هو ترتيبها بطريقة تماثل بنية السائل واستخدامه لفحص سلوكه. [[جون ديزموند برنال|برنال]] قال في عام 1962: «''.'' ''.'' ''.'' ''أخذت عددًا من الكرات المطاطية وغرستهم معًا بقضبان بأطوال مختلفة تتراوح من 2.75 إلى 4 بوصات.'' ''حاولت القيام بذلك في المقام الأول بشكل عرضي قدر الإمكان، حيث أعمل في مكتبي الخاص، وأتعرض للمقاطعة كل خمس دقائق أو نحو ذلك ولا أتذكر ما فعلته قبل المقاطعة.''» <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| عنوان = The Bakerian Lecture, 1962 The structure of liquids
| صحيفة = Proceedings of the Royal Society of London. Series A. Mathematical and Physical Sciences
| تاريخ = January 1997
| المجلد = 280
| العدد = 1382
| صفحات = 299–322
| DOI = 10.1098/rspa.1964.0147
| bibcode = 1964RSPSA.280..299B
| الأخير = Bernal
| الأول = J. D.
}}</ref>

بعد اكتشاف الجسيمات المجهرية وتطوير أجهزة الكمبيوتر، توسع الاهتمام إلى ما وراء إثبات أنظمة الجاذبية إلى الخصائص الإحصائية للمادة. في محاولة لفهم أصل اللارجعة، اقترح فيرمي في عام 1953، ونشر في عام 1955، <ref name="fput">Fermi E., Pasta J., Ulam S., Los Alamos report LA-1940 (1955).</ref> استخدام [[مانياك أنا|مانياك]]، أيضًا في [[مختبر لوس ألاموس الوطني]]، لحل التطور الزمني لمعادلات الحركة للعديد من: يخضع نظام الجسم للعديد من خيارات قوانين القوة؛ اليوم، يُعرف هذا العمل الأساسي [[مشكلة فيرمي - باستا - أولام - تسينجو|بمشكلة فيرمي - باستا - أولام - تسينغو]]. يظهر التطور الزمني للطاقة من العمل الأصلي في الشكل إلى اليمين.
[[ملف:Time_evolution_of_energy_for_FPUT_N-body_dynamics.jpg|تصغير|تم إجراء واحدة من أولى عمليات المحاكاة لنظام N-body على MANIAC-I بواسطة Fermi وزملاؤه لفهم أصول اللارجعة في الطبيعة. الموضح هنا هو الطاقة مقابل الوقت لنظام 64 جسيمًا.]]
في عام 1957، استخدم [[بيرني ألدر]] ووينرايت <ref name="a&w">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Alder
| الأول = B. J.
| الأخير2 = Wainwright
| الأول2 = T. E.
| عنوان = Studies in Molecular Dynamics. I. General Method
| مسار = https://archive.org/details/sim_journal-of-chemical-physics_1959-08_31_2/page/459
| صحيفة = The Journal of Chemical Physics
| تاريخ = August 1959
| المجلد = 31
| العدد = 2
| صفحات = 459–466
| DOI = 10.1063/1.1730376
| bibcode = 1959JChPh..31..459A
}}</ref> حاسوب [[آي بي إم 704]] لمحاكاة التصادمات المرنة تمامًا بين [[المجالات الصلبة]].<ref name="a&w" /> في عام 1960، ربما في أول محاكاة واقعية للمادة، جيبسون وآخرون. محاكاة التلف الإشعاعي [[نحاس|للنحاس]] الصلب باستخدام نوع ولد ماير من التفاعل البغيض مع قوة سطحية متماسكة.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأول = J B
| الأخير = Gibson
| الأول2 = A N
| الأخير2 = Goland
| الأول3 = M
| الأخير3 = Milgram
| الأول4 = G H
| الأخير4 = Vineyard
| سنة = 1960
| عنوان = Dynamics of Radiation Damage
| صحيفة = Phys. Rev.
| المجلد = 120
| العدد = 4
| صفحات = 1229–1253
| DOI = 10.1103/PhysRev.120.1229
| bibcode = 1960PhRv..120.1229G
}}</ref> في عام 1964، نشر [[أنيسور الرحمن|عبد الرحمن]] <ref name="a.rahman">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Rahman
| الأول = A.
| عنوان = Correlations in the Motion of Atoms in Liquid Argon
| صحيفة = Physical Review
| تاريخ = 19 October 1964
| المجلد = 136
| العدد = 2A
| صفحات = A405–A411
| DOI = 10.1103/PhysRev.136.A405
| bibcode = 1964PhRv..136..405R
}}</ref> محاكاة [[آرغون|للأرجون]] السائل تستخدم [[جهد لينارد-جونز|كمون لينارد جونز]]. مقارنة حسابات خصائص النظام، مثل معامل [[الانتشار الذاتي]]، بشكل جيد مع البيانات التجريبية.<ref name="a.rahman" />

== مجالات التطبيق وحدودها ==
تم استخدام طريقة الديناميكا الجزيئية لأول مرة في [[فيزياء|الفيزياء]] النظرية، وقد اكتسبت شعبية في [[علم المواد]] بعد ذلك بوقت قصير، ومنذ السبعينيات أصبحت شائعة أيضًا في [[كيمياء حيوية|الكيمياء الحيوية]] [[فيزياء حيوية|والفيزياء الحيوية]]. يستخدم الديناميكا الجزيئية بشكل متكرر لتحسين الهياكل ثلاثية الأبعاد [[بروتين|للبروتينات]] [[جزيء ضخم|والجزيئات الكبيرة]] الأخرى بناءً على القيود التجريبية من [[دراسة البلورات بالأشعة السينية|علم البلورات بالأشعة السينية]] أو [[مطيافية الرنين المغناطيسي النووي|التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي]]. في الفيزياء، يتم استخدام الديناميكا الجزيئية لفحص ديناميكيات الظواهر على المستوى الذري التي لا يمكن ملاحظتها مباشرة، مثل نمو الأغشية الرقيقة وزرع الأيونات الفرعية، وكذلك لفحص الخصائص الفيزيائية [[تقانة النانو|للأجهزة النانوية]] التي لم يتم إنشاؤها أو لا يمكن إنشاؤها بعد. في الفيزياء الحيوية [[علم الأحياء البنيوي|والبيولوجيا الهيكلية]]، يتم تطبيق الطريقة بشكل متكرر لدراسة حركات الجزيئات الكبيرة مثل [[بروتين|البروتينات]] [[حمض نووي|والأحماض النووية]]، والتي يمكن أن تكون مفيدة لتفسير نتائج بعض التجارب الفيزيائية الحيوية ونمذجة التفاعلات مع الجزيئات الأخرى، كما هو الحال في [[التحام جزيئي|الإرساء الترابطي]]. من حيث المبدأ، يمكن استخدام الديناميكا الجزيئية [[تنبؤ بنية بروتين De novo|للتنبؤ]] من [[بنية البروتين|البداية بهيكل البروتين]] عن طريق محاكاة [[تطوي البروتين|طي]] [[ببتيد|سلسلة البولي ببتيد]] من [[لفة عشوائية|ملف عشوائي]].

يمكن اختبار نتائج محاكاة الديناميكا الجزيئية من خلال المقارنة مع التجارب التي تقيس الديناميكيات الجزيئية، والتي تعد طريقة شائعة منها هي التحليل الطيفي بالرنين المغناطيسي النووي. يمكن اختبار تنبؤات الهيكل المشتقة من الديناميكا الجزيئية من خلال تجارب على مستوى المجتمع في التقييم النقدي لتوقع بنية البروتين ([[تقدير توقعي لبنية البروتين|CASP]])، على الرغم من أن الطريقة قد حققت نجاحًا محدودًا تاريخيًا في هذا المجال. [[مايكل لويت|كتب مايكل ليفيت]]، الذي شارك في [[جائزة نوبل]] جزئياً لتطبيق الديناميكا الجزيئية على البروتينات، في عام 1999 أن المشاركين في التقدير التوقعي لهيكل البروتين لم يستخدموا الطريقة عادةً بسبب «''... إحراج مركزي للميكانيكا الجزيئية، أي تقليل الطاقة أو الديناميات الجزيئية بشكل عام يؤدي إلى نموذج أقل شبهاً بالهيكل التجريبي.''» <ref name="Koehl">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Koehl
| الأول = P.
| الأخير2 = Levitt
| الأول2 = Michael
| سنة = 1999
| عنوان = A brighter future for protein structure prediction
| صحيفة = [[Nature Structural Biology]]
| المجلد = 6
| العدد = 2
| صفحات = 108–111
| DOI = 10.1038/5794
| PMID = 10048917
}}</ref> أدت التحسينات في الموارد الحسابية التي تسمح بمسارات الديناميكا الجزيئية أكثر وأطول، جنبًا إلى جنب مع التحسينات الحديثة في جودة [[مجال القوة (كيمياء)|معلمات مجال القوة]]، إلى بعض التحسينات في كل من تنبؤ الهيكل [[نمذجة متماثلة|وصقل نموذج التماثل]]، دون الوصول إلى نقطة الفائدة العملية في هذه المجالات؛ يحدد العديد معلمات مجال القوة كمجال رئيسي لمزيد من التطوير.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Raval
| عنوان = Refinement of protein structure homology models via long, all-atom molecular dynamics simulations.
| PMID = 22513870
| صفحات = 2071–9
| العدد = 8
| المجلد = 80
| تاريخ = August 2012
| صحيفة = Proteins
| الأول5 = DE
| الأول = A
| الأخير5 = Shaw
| الأول4 = RO
| الأخير4 = Dror
| الأول3 = MP
| الأخير3 = Eastwood
| الأول2 = S
| الأخير2 = Piana
| DOI = 10.1002/prot.24098
}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Beauchamp
| صحيفة = Journal of Chemical Theory and Computation
| DOI = 10.1021/ct2007814
| PMID = 22754404
| صفحات = 1409–1414
| العدد = 4
| المجلد = 8
| تاريخ = 10 April 2012
| عنوان = Are Protein Force Fields Getting Better? A Systematic Benchmark on 524 Diverse NMR Measurements.
| الأول = KA
| الأول4 = VS
| الأخير4 = Pande
| الأول3 = R
| الأخير3 = Das
| الأول2 = YS
| الأخير2 = Lin
| PMCID = 3383641
}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Piana
| الأول = S
| الأخير2 = Klepeis
| الأول2 = JL
| الأخير3 = Shaw
| الأول3 = DE
| عنوان = Assessing the accuracy of physical models used in protein-folding simulations: quantitative evidence from long molecular dynamics simulations
| صحيفة = Current Opinion in Structural Biology
| تاريخ = February 2014
| المجلد = 24
| صفحات = 98–105
| PMID = 24463371
| DOI = 10.1016/j.sbi.2013.12.006
}}</ref>

تم الإبلاغ عن الديناميكا الجزيئية محاكاة ل [[فارماكوفور|الخاصة الدوائية]] تطوير وتصميم الأدوية.<ref>[https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25751016/ Dynamics based pharmacophore models for screening potential inhibitors of mycobacterial cyclopropane synthase Chinmayee Choudhury et al. J Chem Inf Model. 2015.]. {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20201017032106/https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/25751016/|date=2020-10-17}}</ref> على سبيل المثال، بينتو وآخرون نفذوا عمليات محاكاة الديناميكا الجزيئية لمجمعات (Bcl-Xl) لحساب متوسط مواضع الأحماض الأمينية الحرجة المشاركة في ربط الترابط.<ref>[https://link.springer.com/article/10.1023/B:JCAM.0000022559.72848.1c Molecular dynamics study of peptide segments of the BH3 domain of the proapoptotic proteins Bak, Bax, Bid and Hrk bound to the Bcl-xL and Bcl-2]. {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20180605140841/https://link.springer.com/article/10.1023/B:JCAM.0000022559.72848.1c|date=2018-06-05}}</ref> من ناحية أخرى، كارلسون وآخرون. نفذت محاكاة الديناميكيات الجزيئية لتحديد المركبات التي تكمل المستقبل مع التسبب في الحد الأدنى من اضطراب التشكل والمرونة في الموقع النشط. تم تراكب لقطات من البروتين على فترات زمنية ثابتة أثناء المحاكاة لتحديد مناطق الربط المحفوظة (المحفوظة في ثلاثة إطارات على الأقل من أحد عشر إطارًا) لتطوير عالم الأدوية. سبيراكيس وآخرون يعتمد على سير عمل محاكاة الديناميكا الجزيئية، وبصمات الأصابع للروابط والبروتينات (FLAP) وتحليل التمييز الخطي لتحديد أفضل توافق بروتين يجند للعمل كقوالب صيدلانية استنادًا إلى تحليل (ROC) بأثر رجعي لعقاقير الصيدلانية الناتجة. في محاولة لتحسين نمذجة اكتشاف الأدوية القائمة على الهيكل، مقابل الحاجة إلى العديد من المركبات النموذجية، اقترح هاتمال مزيجًا من محاكاة الديناميكا الجزيئية وتحليل الاتصالات بين الجزيئات لمستقبلات ليجيند لتمييز الاتصالات الحرجة بين الجزيئات (تفاعلات الربط) من تلك الزائدة عن الحاجة في مركب واحد بروتين يجند. يمكن بعد ذلك تحويل جهات الاتصال الحرجة إلى نماذج صيدلانية يمكن استخدامها للفحص الافتراضي.<ref>[https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27722817/ Combining molecular dynamics simulation and ligand-receptor contacts analysis as a new approach for pharmacophore modeling: beta-secretase 1 and check point kinase 1 as case studies, Ma'mon M Hatmal et al. J Comput Aided Mol Des. 2016 Dec] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20211224033018/https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27722817/ |date=24 ديسمبر 2021}}</ref>

ترتبط حدود الطريقة بمجموعات المعلمات المستخدمة، ومجالات قوة [[الميكانيكا الجزيئية|الميكانيكا الجزيئية الأساسية.]] تشغيل واحد لمحاكاة الديناميكا الجزيئية يعمل على تحسين [[طاقة وضع|الطاقة الكامنة]]، بدلاً من [[طاقة غيبس الحرة|الطاقة المجانية]] للبروتين، مما يعني أن جميع [[إنتروبيا|المساهمات الحتمية في]] [[استقرار كيميائي|الاستقرار الديناميكي الحراري]] لبنية البروتين مهملة، بما في ذلك [[الانتروبيا التوافقية|الانتروبيا المطابقة]] لسلسلة البولي ببتيد (العامل الرئيسي الذي يزعزع استقرار بنية البروتين) [[تأثير كره الماء|والتأثيرات الكارهة للماء]] (القوى الدافعة الرئيسية لطي البروتين).<ref>Hydrophobic effects are mostly of entropic nature at room temperature.</ref> عامل مهم آخر هو [[رابطة هيدروجينية|روابط الهيدروجين]] داخل الجزيئية، <ref name="Myers">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Myers
| الأول = J. K.
| الأخير2 = Pace
| الأول2 = C. N.
| سنة = 1996
| عنوان = Hydrogen bonding stabilizes globular proteins
| مسار = https://archive.org/details/sim_biophysical-journal_1996-10_71_4/page/2033
| صحيفة = Biophys. J.
| المجلد = 71
| العدد = 4
| صفحات = 2033–2039
| DOI = 10.1016/s0006-3495(96)79401-8
| PMID = 8889177
| bibcode = 1996BpJ....71.2033M
| PMCID = 1233669
}}</ref> والتي لم يتم تضمينها بشكل صريح في مجالات القوة الحديثة، ولكنها توصف بتفاعلات كولوم لشحنات النقطة الذرية. هذا تقدير تقريبي لأن الروابط الهيدروجينية لها طبيعة [[ميكانيكا الكم|ميكانيكية]] [[كيمياء الكم|وكيميائية جزئية.]] علاوة على ذلك، تُحسب التفاعلات الكهروستاتيكية عادةً باستخدام [[ثابت العازل|ثابت العزل الكهربائي]] [[فراغ (فيزياء)|للفراغ]]، على الرغم من أن المحلول المائي المحيط به ثابت عازل أعلى بكثير. باستخدام [[مقياس عياني|العيانية]] ثابت العزل الكهربائي على مسافات قصيرة بين الذرات غير مشكوك فيه. أخيرًا، عادةً ما يتم وصف [[قوى فان دير فالس|تفاعلات]] [[قوى فان دير فالس]] [[جهد لينارد-جونز|في الديناميكا الجزيئية بواسطة إمكانات جهد لينارد-جونز]] استنادًا إلى نظرية [[فريتز لندن]] التي لا تنطبق إلا في الفراغ. ومع ذلك، فإن جميع أنواع قوى فان دير فال هي في نهاية المطاف من أصل إلكتروستاتيكي وبالتالي تعتمد على [[سماحية|الخصائص العازلة للبيئة]].<ref name="Israelachvili">{{Ill-WD2|Israelachvili, Jacob|id=Q6118789}} (1992). ''Intermolecular and surface forces.'' Academic Press, San Diego.</ref> يوضح القياس المباشر لقوى الجذب بين المواد المختلفة (مثل [[ثابت هامكر]]) أن «التفاعل بين الهيدروكربونات عبر الماء يبلغ حوالي 10٪ من ذلك عبر الفراغ».<ref name="Israelachvili" /> تم إهمال الاعتماد على البيئة لقوى فان دير فال في عمليات المحاكاة القياسية، ولكن يمكن تضمينها من خلال تطوير مجالات قوة قابلة للاستقطاب.

== قيود التصميم ==
يجب أن يأخذ تصميم محاكاة الديناميكيات الجزيئية في الاعتبار القوة الحسابية المتاحة. يجب تحديد حجم المحاكاة (''n'' = عدد الجسيمات)، والوقت، والمدة الزمنية الإجمالية بحيث يمكن إنهاء الحساب في غضون فترة زمنية معقولة. ومع ذلك، يجب أن تكون عمليات المحاكاة طويلة بما يكفي لتكون ذات صلة بالمقاييس الزمنية للعمليات الطبيعية قيد الدراسة. للحصول على استنتاجات صحيحة إحصائيًا من عمليات المحاكاة، يجب أن يتطابق المدى الزمني الذي تمت محاكاته مع [[علم الحركة (فيزياء)|حركية]] العملية الطبيعية. خلافًا لذلك، يكون الأمر مشابهًا للتوصل إلى استنتاجات حول كيفية سير الإنسان عندما ينظر فقط إلى أقل من خطوة واحدة. تستخدم معظم المنشورات العلمية حول ديناميكيات البروتينات والحمض النووي <ref name="ReferenceB">{{استشهاد|الأخير=Cruz, F.J.A.L.|الأخير2=de Pablo, J.J.|الأخير3=Mota, J.P.B.|عنوان=Endohedral confinement of a DNA dodecamer onto pristine carbon nanotubes and the stability of the canonical B form|صحيفة=J. Chem. Phys.|المجلد=140|سنة=2014|العدد=22|صفحات=225103|DOI=10.1063/1.4881422|PMID=24929415|arxiv=1605.01317|bibcode=2014JChPh.140v5103C}}</ref><ref name="ReferenceC">{{استشهاد|الأخير=Cruz, F.J.A.L.|الأخير2=Mota, J.P.B.|عنوان=Conformational Thermodynamics of DNA Strands in Hydrophilic Nanopores|صحيفة=J. Phys. Chem. C|المجلد=120|سنة=2016|العدد=36|صفحات=20357–20367|DOI=10.1021/acs.jpcc.6b06234}}</ref> بيانات من عمليات المحاكاة التي تمتد نانوثانية (10 <sup>−9</sup> ثوانٍ) إلى ميكروثانية (10 <sup>6</sup> ثوانٍ). للحصول على هذه المحاكاة، هناك حاجة إلى عدة أيام من وحدة المعالجة المركزية إلى سنوات وحدة المعالجة المركزية. تسمح الخوارزميات المتوازية بتوزيع الحمل بين وحدات المعالجة المركزية؛ مثال على ذلك هو خوارزمية التحلل المكاني أو القوة.<ref>Plimpton, Steve. [http://www.sandia.gov/~sjplimp/md.html Molecular Dynamics - Parallel Algorithms]. sandia.gov {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20180715004802/http://www.sandia.gov:80/~sjplimp/md.html|date=2018-07-15}}</ref>

أثناء محاكاة الديناميكا الجزيئية الكلاسيكية، فإن المهمة الأكثر كثافة لوحدة المعالجة المركزية هي تقييم [[مجال القوة (كيمياء)|الإمكانات]] كدالة للإحداثيات الداخلية للجسيمات. ضمن تقييم الطاقة هذا، يكون الجزء الأغلى هو الجزء غير المترابط أو غير التساهمي. في [[تمثيل O الكبرى|الكبير O التدوين]]، وديناميات الجزيئية المشتركة المحاكاة [[تحليل الخوارزميات|على نطاق و]] من قبل <math>O(n^2)</math> إذا كان كل الزوج الحكيم [[علم الكهرباء الساكنة|كهرباء]] و[[قوى فان دير فالس|فان دير فال التفاعلات]] يجب أن تمثل بشكل واضح. يمكن تقليل هذه التكلفة الحسابية عن طريق استخدام طرق الكهرباء الساكنة مثل شبكة الجسيمات [[تلخيص ايوالد|بتلخيص ايوالد]] (<math>O(n \log(n))</math>) أو الجسيمات - الجسيمات - الجسيمات - الشبكة ([[P3M]])، أو طرق القطع الكروية الجيدة (<math>O(n)</math>).{{بحاجة لمصدر|date=December 2017}}

هناك عامل آخر يؤثر على إجمالي وقت وحدة المعالجة المركزية الذي تحتاجه المحاكاة وهو حجم الخطوة الزمنية للتكامل. هذه هي المدة الزمنية بين تقييمات الإمكانات. يجب اختيار الخطوة الزمنية صغيرة بما يكفي لتجنب [[التقطيع|أخطاء التقدير]] (أي أصغر من الفترة المتعلقة بأسرع تردد اهتزازي في النظام). الخطوات الزمنية النموذجية لـ الديناميكا الجزيئية الكلاسيكي بترتيب 1&nbsp;فيمتوثانية (10 - <sup>15</sup> ثانية). يمكن توسيع هذه القيمة باستخدام الخوارزميات مثل خوارزمية [[خوارزمية القيد|قيود]] شيك، والتي تثبت اهتزازات الذرات الأسرع (على سبيل المثال، الهيدروجين) في مكانها. تم أيضًا تطوير طرق متعددة للمقياس الزمني، والتي تتيح فترات ممتدة بين تحديثات القوى البعيدة المدى الأبطأ.<ref name="Streett">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Streett WB, Tildesley DJ, Saville G
| سنة = 1978
| عنوان = Multiple time-step methods in molecular dynamics
| صحيفة = Mol Phys
| المجلد = 35
| العدد = 3
| صفحات = 639–648
| DOI = 10.1080/00268977800100471
| bibcode = 1978MolPh..35..639S
| الأخير2 = Tildesley
| الأخير3 = Saville
}}</ref><ref name="Tuckerman1991">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Tuckerman ME, Berne BJ, Martyna GJ
| سنة = 1991
| عنوان = Molecular dynamics algorithm for multiple time scales: systems with long range forces
| صحيفة = J Chem Phys
| المجلد = 94
| العدد = 10
| صفحات = 6811–6815
| DOI = 10.1063/1.460259
| bibcode = 1991JChPh..94.6811T
| الأخير2 = Berne
| الأخير3 = Martyna
}}</ref><ref name="Tuckerman1992">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Tuckerman ME, Berne BJ, Martyna GJ
| سنة = 1992
| عنوان = Reversible multiple time scale molecular dynamics
| صحيفة = J Chem Phys
| المجلد = 97
| العدد = 3
| صفحات = 1990–2001
| DOI = 10.1063/1.463137
| bibcode = 1992JChPh..97.1990T
| الأخير2 = Berne
| الأخير3 = Martyna
}}</ref>

لمحاكاة الجزيئات في مذيب، يجب الاختيار بين [[مذيب ضمني|المذيب]] [[نموذج مائي|الصريح]] والضمني. يجب حساب جسيمات المذيبات الصريحة (مثل {{Ill-WD2|نماذج المياه TIP3P|id=Q3318070}} و SPC / E و[[نموذج مياه SPC مرن|SPC-f]]) بشكل مكلف عن طريق مجال القوة، بينما تستخدم المذيبات الضمنية نهج المجال المتوسط. يعد استخدام مذيب صريح مكلفًا من الناحية الحسابية، ويتطلب تضمين ما يقرب من عشرة أضعاف الجسيمات في المحاكاة. لكن حبيبات ولزوجة المذيب الصريح ضروريان لإعادة إنتاج خصائص معينة للجزيئات الذائبة. هذا مهم بشكل خاص لإعادة إنتاج [[حركية تفاعل|الخواص الحركية الكيميائية]].

في جميع أنواع محاكاة الديناميكيات الجزيئية، يجب أن يكون حجم صندوق المحاكاة كبيرًا بما يكفي لتجنب آثار [[مسألة القيمة الحدية|حالة الحدود.]] غالبًا ما يتم التعامل مع شروط الحدود عن طريق اختيار القيم الثابتة عند الحواف (والتي قد تسبب تشوهات)، أو عن طريق استخدام [[شروط الحدود الدورية]] حيث يعود جانب واحد من حلقات المحاكاة إلى الجانب الآخر، ومحاكاة مرحلة مجمعة (والتي قد تسبب آثارًا أيضًا).
[[ملف:Sampling_in_Monte_Carlo_and_molecular_dynamics.png|تصغير|420x420بك|تمثيل تخطيطي لأخذ عينات من سطح الطاقة الكامنة للنظام مع الديناميكيات الجزيئية (باللون الأحمر) مقارنة بطرق مونت كارلو (باللون الأزرق).]]

=== مجموعة متناهية الصغر (NVE) ===
في [[فرقة Microcanonical|المجموعة المتناهية الصغر]]، يتم عزل النظام عن التغيرات في الشامات (N) والحجم (V) والطاقة (E). يتوافق [[عملية كظومة|مع عملية ثابتة الحرارة]] بدون تبادل حراري. يمكن النظر إلى مسار الديناميات الجزيئية المتناهية الصغر على أنه تبادل للطاقة الكامنة والحركية، مع الحفاظ على إجمالي الطاقة. لنظام من الجسيمات N مع الإحداثيات <math>X</math> والسرعات <math>V</math>، يمكن كتابة الزوج التالي من المعادلات التفاضلية من الدرجة الأولى في [[تدوين نيوتن للتفاضل|تدوين نيوتن]] كـ

: <math>F(X) = -\nabla U(X)=M\dot{V}(t)</math>
: <math>V(t) = \dot{X} (t).</math>

وظيفة الطاقة الكامنة <math>U(X)</math> النظام هو دالة إحداثيات الجسيمات <math>X</math> . يشار إليه ببساطة على أنه ''الإمكانات'' في الفيزياء، أو ''مجال القوة'' في الكيمياء. تأتي المعادلة الأولى من [[قوانين نيوتن للحركة]]. القوة <math>F</math> يمكن حساب التأثير على كل جسيم في النظام على أنه التدرج السالب لـ <math>U(X)</math> .

لكل خطوة زمنية، موضع كل جسيم <math>X</math> والسرعة <math>V</math> قد تتكامل مع طريقة [[تكامل عاطفية|تكامل سيمبلكتيك]] [[تكامل Verlet|مثل تكامل فيرلت]]. التطور الزمني ل <math>X</math> و <math>V</math> يسمى المسار. بالنظر إلى المواقف الأولية (على سبيل المثال، من المعرفة النظرية) والسرعات (على سبيل المثال، غاوسي العشوائي)، يمكننا حساب جميع المواقف والسرعات المستقبلية (أو السابقة).

أحد مصادر الالتباس المتكررة هو معنى [[درجة حرارة|درجة الحرارة]] في الديناميكا الجزيئية. عادة لدينا خبرة في درجات الحرارة العيانية، والتي تنطوي على عدد كبير من الجسيمات. لكن درجة الحرارة هي كمية إحصائية. إذا كان هناك عدد كبير بما يكفي من الذرات، فيمكن تقدير درجة الحرارة الإحصائية من ''درجة الحرارة اللحظية''، والتي يتم العثور عليها من خلال مساواة الطاقة الحركية للنظام ''<sub>بـ</sub> nk B T'' / 2 حيث n هو عدد درجات الحرية للنظام.

تنشأ ظاهرة مرتبطة بدرجة الحرارة بسبب قلة عدد الذرات المستخدمة في محاكاة الديناميكا الجزيئية. على سبيل المثال، ضع في اعتبارك محاكاة نمو فيلم نحاسي بدءًا من ركيزة تحتوي على 500 ذرة وطاقة ترسيب تبلغ 100 فولت. في العالم الحقيقي، سيتم نقل 100 فولت من الذرة المودعة بسرعة ومشاركتها بين عدد كبير من الذرات (<math>10^{10}</math> أو أكثر) دون تغيير كبير في درجة الحرارة. عندما يكون هناك 500 ذرة فقط، فإن الركيزة تتبخر على الفور تقريبًا بواسطة الترسب. يحدث شيء مشابه في عمليات المحاكاة الفيزيائية الحيوية. يتم رفع درجة حرارة النظام في (NVE) بشكل طبيعي عندما تخضع الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات لتغيرات وترابط طارد للحرارة.

=== المجموعة المتعارف عليها (NVT) ===
في [[الفرقة الكنسي|المجموعة المتعارف عليها]]، يتم حفظ كمية المادة (N) والحجم (V) ودرجة الحرارة (T). كما يطلق عليه أحيانًا الديناميكيات الجزيئية ذات درجة الحرارة الثابتة (CTالديناميكا الجزيئية). في (NVT)، يتم تبادل طاقة العمليات الماصة للحرارة والطاردة للحرارة مع منظم الحرارة.

تتوفر مجموعة متنوعة من خوارزميات الترموستات لإضافة الطاقة وإزالتها من حدود محاكاة الديناميكا الجزيئية بطريقة أكثر أو أقل واقعية، [[الفرقة الكنسي|بالقرب من المجموعة المتعارف عليها]]. تشمل الأساليب الشائعة للتحكم في درجة الحرارة إعادة قياس السرعة، [[ترموستات نوزيه هوفر]]، وسلاسل نوزيه هوفر، وترموستات [[بيرندسن ترموستات|بيرندسن]]، [[ديناميات لانجفين|وديناميكيات]] [[أندرسن ترموستات|أندرسن]] ولانجفين. قد يقدم منظم الحرارة بيرندسن [[مكعب ثلج طائر|تأثير مكعب الثلج الطائر]]، والذي يؤدي إلى ترجمات غير مادية وتناوب للنظام المحاكي.

ليس من التافه الحصول على [[الفرقة الكنسي|توزيع متعارف عليه]] للمطابقة والسرعات باستخدام هذه الخوارزميات. كيف يعتمد ذلك على حجم النظام واختيار منظم الحرارة ومعلمات منظم الحرارة وخطوة الوقت والمتكامل هو موضوع العديد من المقالات في هذا المجال.

=== مجموعة متساوية الحرارة متساوية الضغط (NPT) ===
يتم الحفاظ على كمية المادة (N) والضغط (P) ودرجة الحرارة (T) في المجموعة [[مجموعة متساوية الحرارة - متساوية الضغط|متساوي الحرارة - متساوي الضغط.]] بالإضافة إلى منظم الحرارة، هناك حاجة إلى باروستات. يتوافق بشكل وثيق مع ظروف المختبر مع وجود دورق مفتوح لدرجة الحرارة والضغط المحيطين.

في محاكاة الأغشية البيولوجية، فإن التحكم في الضغط [[توحد الخواص|الخواص غير مناسب.]] بالنسبة لطبقات الدهون الثنائية، يحدث التحكم في الضغط تحت منطقة غشاء ثابتة (NPAT) أو توتر سطحي ثابت «جاما» (NPγT).

=== المجموعات المعممة ===
[[تبادل النسخ المتماثلة|طريقة تبادل النسخ المتماثلة]] هي مجموعة معممة. تم إنشاؤه في الأصل للتعامل مع الديناميكيات البطيئة لأنظمة الدوران المضطربة. يطلق عليه أيضًا التقسية الموازية. تحاول صياغة الديناميكا الجزيئية للتبادل المتماثل <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Sugita
| الأول = Yuji
| الأخير2 = Okamoto
| الأول2 = Yuko
| عنوان = Replica-exchange molecular dynamics method for protein folding
| صحيفة = Chemical Physics Letters
| تاريخ = November 1999
| المجلد = 314
| العدد = 1–2
| صفحات = 141–151
| DOI = 10.1016/S0009-2614(99)01123-9
| bibcode = 1999CPL...314..141S
}}</ref> التغلب على مشكلة الحدود الدنيا المتعددة من خلال تبادل درجة حرارة النسخ المتماثلة غير المتفاعلة للنظام التي تعمل في درجات حرارة متعددة.

== الإمكانات في محاكاة الديناميكا الجزيئية ==
تتطلب محاكاة الديناميكيات الجزيئية تعريف [[دالة|وظيفة محتملة]]، أو وصفًا للمصطلحات التي تتفاعل بها الجسيمات في المحاكاة. في الكيمياء والبيولوجيا، يُشار إلى هذا عادةً باسم [[مجال القوة (كيمياء)|مجال القوة]] وفي فيزياء المواد على أنه جهد [[الإمكانات بين الذرية|بين الذرات]]. يمكن تحديد الإمكانات على مستويات عديدة من الدقة المادية؛ تلك الأكثر شيوعًا في الكيمياء تعتمد على [[الميكانيكا الجزيئية]] وتجسد [[ميكانيكا كلاسيكية|العلاج الميكانيكي الكلاسيكي]] لتفاعلات الجسيمات والجسيمات التي يمكن أن تعيد إنتاج [[تغيير متعلق بتكوين|التغييرات]] الهيكلية والتكوينية ولكن لا يمكنها عادةً إعادة إنتاج [[تفاعل كيميائي|التفاعلات الكيميائية]].

يستلزم الاختزال من الوصف الكمي الكامل إلى الإمكانات الكلاسيكية تقريبيين رئيسيين. الأول هو [[تقريب بورن-أوبنهايمر|تقريب بورن أوبنهايمر]]، الذي ينص على أن ديناميكيات الإلكترونات سريعة جدًا بحيث يمكن اعتبارها تتفاعل على الفور مع حركة نواتها. نتيجة لذلك، يمكن معاملتهم بشكل منفصل. الثاني يتعامل مع النوى، وهي أثقل بكثير من الإلكترونات، على أنها جسيمات نقطية تتبع الديناميكيات النيوتونية الكلاسيكية. في الديناميكيات الجزيئية الكلاسيكية، يتم تقريب تأثير الإلكترونات كسطح طاقة كامن، وعادة ما يمثل الحالة الأرضية.

عندما تكون هناك حاجة إلى مستويات أدق من التفاصيل، يتم استخدام [[ميكانيكا الكم|الإمكانات القائمة على ميكانيكا الكم ؛]] تحاول بعض الطرق إنشاء [[QM / MM|إمكانات كلاسيكية / كمومية]] هجينة حيث يتم معالجة الجزء الأكبر من النظام بشكل كلاسيكي ولكن يتم التعامل مع منطقة صغيرة كنظام كمي، وعادةً ما تخضع لعملية تحول كيميائي.

=== الإمكانات التجريبية ===
كثيرا ما تسمى الإمكانات التجريبية المستخدمة في الكيمياء [[مجال القوة (كيمياء)|مجالات القوة]]، في حين أن تلك المستخدمة في فيزياء المواد تسمى [[الإمكانات بين الذرية|الجهود بين الذرية]].

معظم [[مجال القوة (كيمياء)|مجالات القوة]] في الكيمياء تجريبية وتتكون من مجموع القوى المرتبطة المرتبطة [[رابطة كيميائية|بالروابط الكيميائية]] وزوايا الرابطة [[زاوية ثنائية السطح|وثنائيات]] السندات والقوى غير المرتبطة المرتبطة بقوى [[قوى فان دير فالس|فان دير فال]] [[شحنة كهربائية|والشحنة الكهروستاتيكية]]. تمثل الإمكانات التجريبية تأثيرات ميكانيكا الكم بطريقة محدودة من خلال التقريبات الوظيفية المخصصة. تحتوي هذه الإمكانات على معلمات مجانية مثل [[شحنة كهربائية|الشحنة الذرية]]، ومعلمات فان دير فالس التي تعكس تقديرات [[نصف قطر ذري|نصف القطر الذري]]، [[طول الرابطة|وطول رابطة]] التوازن، والزاوية، وثنائي السطوح ؛ يتم الحصول عليها عن طريق التوافق مع الحسابات الإلكترونية التفصيلية (المحاكاة الكيميائية الكمومية) أو الخصائص الفيزيائية التجريبية مثل [[معامل يونغ|الثوابت المرنة]] والمعلمات الشبكية والقياسات [[مطيافية|الطيفية.]]

بسبب الطبيعة غير المحلية للتفاعلات غير المرتبطة، فإنها تنطوي على تفاعلات ضعيفة على الأقل بين جميع الجسيمات في النظام. عادة ما يكون حسابه هو عنق الزجاجة في سرعة محاكاة الديناميكا الجزيئية. لخفض التكلفة الحسابية، [[مجال القوة (كيمياء)|تستخدم حقول القوة]] تقديرات تقريبية رقمية مثل نصف قطر القطع المغير، أو [[طريقة مجال التفاعل|خوارزميات مجال التفاعل]]، [[تلخيص ايوالد|أو تجميع ايوالد]] لشبكة الجسيمات، أو شبكة الجسيمات والجسيمات والجسيمات الأحدث ([[P3M]]).

تستخدم حقول القوة الكيميائية عادةً ترتيبات ارتباط محددة مسبقًا (استثناء هو ''[[طرق كيمياء الكم|ديناميكيات طرق كيمياء الكم]]'')، وبالتالي فهي غير قادرة على نمذجة عملية كسر الرابطة الكيميائية والتفاعلات بشكل صريح. من ناحية أخرى، يمكن للعديد من الإمكانات المستخدمة في الفيزياء، مثل تلك القائمة على [[إمكانية ترتيب السندات|شكلية ترتيب السندات،]] أن تصف عدة تنسيقات مختلفة للنظام وكسر الرابطة.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Sinnott
| الأول = S. B.
| الأخير2 = Brenner
| الأول2 = D. W.
| سنة = 2012
| عنوان = Three decades of many-body potentials in materials research
| صحيفة = MRS Bulletin
| المجلد = 37
| العدد = 5
| صفحات = 469–473
| DOI = 10.1557/mrs.2012.88
}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Albe
| الأول = K.
| الأخير2 = Nordlund
| الأول2 = K.
| الأخير3 = Averback
| الأول3 = R. S.
| سنة = 2002
| عنوان = Modeling metal-semiconductor interaction: Analytical bond-order potential for platinum-carbon
| صحيفة = Phys. Rev. B
| المجلد = 65
| العدد = 19
| صفحة = 195124
| DOI = 10.1103/physrevb.65.195124
| bibcode = 2002PhRvB..65s5124A
}}</ref> تتضمن أمثلة هذه الإمكانات إمكانات [[إمكانات برينر|برينر]] <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Brenner
| الأول = Donald W.
| عنوان = Empirical potential for hydrocarbons for use in simulating the chemical vapor deposition of diamond films
| صحيفة = Physical Review B
| تاريخ = 15 November 1990
| المجلد = 42
| العدد = 15
| صفحات = 9458–9471
| DOI = 10.1103/physrevb.42.9458
| PMID = 9995183
| bibcode = 1990PhRvB..42.9458B
| مسار = http://www.dtic.mil/get-tr-doc/pdf?AD=ADA230023
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20170922092328/http://www.dtic.mil/get-tr-doc/pdf?AD=ADA230023 | تاريخ أرشيف = 22 سبتمبر 2017 }}</ref> للهيدروكربونات وتطوراتها الإضافية لأنظمة C-Si-H <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| DOI = 10.1080/01418619608240734
| عنوان = Empirical potentials for C-Si-H systems with application to C<sub>60</sub> interactions with Si crystal surfaces
| مسار = https://archive.org/details/sim_philosophical-magazine-and-letters_philosophical-magazine-a_1996-12_74_6/page/1439
| صحيفة = Philosophical Magazine A
| المجلد = 74
| العدد = 6
| صفحات = 1439–1466
| سنة = 1996
| الأخير = Beardmore
| الأول = Keith
| الأخير2 = Smith
| الأول2 = Roger
| bibcode = 1996PMagA..74.1439B
}}</ref> و COH.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| عنوان = A reactive empirical bond order (rebo) potential for hydrocarbon oxygen interactions
| صحيفة = Journal of Physics: Condensed Matter
| المجلد = 16
| العدد = 41
| صفحات = 7261–7275
| DOI = 10.1088/0953-8984/16/41/008
| سنة = 2004
| الأخير = Ni
| الأول = Boris
| الأخير2 = Lee
| الأول2 = Ki-Ho
| الأخير3 = Sinnott
| الأول3 = Susan B
| bibcode = 2004JPCM...16.7261N
}}</ref> يمكن [[ReaxFF|اعتبار]] إمكانات <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = van Duin
| الأول = Adri C. T.
| الأخير2 = Dasgupta
| الأول2 = Siddharth
| الأخير3 = Lorant
| الأول3 = Francois
| الأخير4 = Goddard
| الأول4 = William A.
| عنوان = ReaxFF: A Reactive Force Field for Hydrocarbons
| صحيفة = The Journal of Physical Chemistry A
| تاريخ = October 2001
| المجلد = 105
| العدد = 41
| صفحات = 9396–9409
| DOI = 10.1021/jp004368u
| bibcode = 2001JPCA..105.9396V
}}</ref> هجينًا كامل التفاعل بين إمكانات ترتيب الرابطة ومجالات القوة الكيميائية.

=== قم بإقران الإمكانات مقابل إمكانات الأجسام المتعددة ===
تتم صياغة الوظائف المحتملة التي تمثل الطاقة غير المرتبطة كمجموع على التفاعلات بين جسيمات النظام. أبسط خيار، مستخدم في العديد من [[مجال القوة (كيمياء)|مجالات القوة]] الشائعة، هو «جهد الزوج»، حيث يمكن حساب إجمالي الطاقة الكامنة من مجموع مساهمات الطاقة بين أزواج الذرات. لذلك، تسمى حقول القوة هذه أيضًا «حقول القوة المضافة». مثال على مثل هذا الزوج المحتمل هو احتمال [[جهد لينارد-جونز]] غير المرتبط (يُطلق عليه أيضًا احتمال 6-12)، المستخدم لحساب قوى فان دير فال.

: <math>
U(r) = 4\varepsilon \left[ \left(\frac{\sigma}{r}\right)^{12} - \left(\frac{\sigma}{r}\right)^{6} \right]
</math>

مثال آخر هو نموذج Born (الأيوني) للشبكة الأيونية. المصطلح الأول في المعادلة التالية هو [[قانون كولوم]] لزوج من الأيونات، والمصطلح الثاني هو التنافر قصير المدى الذي شرحه مبدأ استبعاد باولي والمصطلح الأخير هو مصطلح تفاعل التشتت. عادةً ما تتضمن المحاكاة المصطلح ثنائي القطب فقط، على الرغم من تضمين المصطلح رباعي الأقطاب في بعض الأحيان.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Cruz
| الأول = Fernando J. A. L.
| الأخير2 = Canongia Lopes
| الأول2 = José N.
| الأخير3 = Calado
| الأول3 = Jorge C. G.
| الأخير4 = Minas da Piedade
| الأول4 = Manuel E.
| عنوان = A Molecular Dynamics Study of the Thermodynamic Properties of Calcium Apatites. 1. Hexagonal Phases
| صحيفة = The Journal of Physical Chemistry B
| تاريخ = December 2005
| المجلد = 109
| العدد = 51
| صفحات = 24473–24479
| DOI = 10.1021/jp054304p
| PMID = 16375450
}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Cruz
| الأول = Fernando J.A.L.
| الأخير2 = Lopes
| الأول2 = José N. Canongia
| الأخير3 = Calado
| الأول3 = Jorge C.G.
| عنوان = Molecular dynamics simulations of molten calcium hydroxyapatite
| صحيفة = Fluid Phase Equilibria
| تاريخ = March 2006
| المجلد = 241
| العدد = 1–2
| صفحات = 51–58
| DOI = 10.1016/j.fluid.2005.12.021
}}</ref> عندما ''ن <sub>ل</sub>'' = 6، وتسمى هذه الإمكانية أيضا [[إمكانات باكنغهام|إمكانية كولوم-باكنغهام]].

: <math>U_{ij}(r_{ij}) = \frac {z_i z_j}{4 \pi \epsilon_0} \frac {1}{r_{ij}} + A_l \exp \frac {-r_{ij}}{p_l} + C_l r_{ij}^{-n_l} + \cdots
</math>

في [[كثير من مشاكل الجسم|إمكانات الجسم المتعددة]]، تشتمل الطاقة الكامنة على تأثيرات ثلاثة أو أكثر من الجسيمات التي تتفاعل مع بعضها البعض.<ref name="ReferenceA">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Justo
| عنوان = Interatomic potential for silicon defects and disordered phases
| arxiv = cond-mat/9712058
| DOI = 10.1103/PhysRevB.58.2539
| صفحات = 2539–2550
| العدد = 5
| المجلد = 58
| تاريخ = 1998
| صحيفة = Phys. Rev. B
| الأول5 = S.
| الأول = J. F.
| الأخير5 = Yip
| الأول4 = V. V.
| الأخير4 = Bulatov
| الأول3 = E.
| الأخير3 = Kaxiras
| الأول2 = M. Z.
| الأخير2 = Bazant
| bibcode = 1998PhRvB..58.2539J
}}</ref> في عمليات المحاكاة ذات الإمكانات الزوجية، توجد أيضًا تفاعلات عالمية في النظام، ولكنها تحدث فقط من خلال المصطلحات الزوجية. في إمكانات الأجسام المتعددة، لا يمكن العثور على الطاقة الكامنة بمجموع على أزواج من الذرات، حيث يتم حساب هذه التفاعلات بشكل صريح على أنها مزيج من المصطلحات ذات الترتيب الأعلى. في العرض الإحصائي، لا يمكن التعبير عن التبعية بين المتغيرات بشكل عام باستخدام المنتجات المزدوجة فقط من درجات الحرية. على سبيل المثال، [[إمكانات Tersoff|إمكانات تيرسوف]]، <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Tersoff
| الأول = J.
| عنوان = Modeling solid-state chemistry: Interatomic potentials for multicomponent systems
| صحيفة = Physical Review B
| تاريخ = 15 March 1989
| المجلد = 39
| العدد = 8
| صفحات = 5566–5568
| DOI = 10.1103/physrevb.39.5566
| PMID = 9948964
| bibcode = 1989PhRvB..39.5566T
}}</ref> التي كانت تُستخدم في الأصل لمحاكاة [[كربون|الكربون]]، [[سيليكون|والسيليكون]]، [[جرمانيوم|والجرمانيوم]]، ومنذ ذلك الحين تم استخدامها لمجموعة واسعة من المواد الأخرى، تتضمن مجموع مجموعات من ثلاث ذرات، مع وجود زوايا بين الذرات عامل مهم في الإمكانات. ومن الأمثلة الأخرى [[نموذج الذرة المضمّن|طريقة الذرة المدمجة]] (EAM)، <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Daw
| الأول = Murray S.
| الأخير2 = Foiles
| الأول2 = Stephen M.
| الأخير3 = Baskes
| الأول3 = Michael I.
| عنوان = The embedded-atom method: a review of theory and applications
| صحيفة = Materials Science Reports
| تاريخ = March 1993
| المجلد = 9
| العدد = 7–8
| صفحات = 251–310
| DOI = 10.1016/0920-2307(93)90001-U
| مسار = https://zenodo.org/record/1258631
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20211030203953/https://zenodo.org/record/1258631 | تاريخ أرشيف = 30 أكتوبر 2021 }}</ref> (EDIP)، <ref name="ReferenceA" /> وإمكانات تقريب اللحظات الثانية المحكم الربط (TBSMA)، <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Cleri
| الأول = Fabrizio
| الأخير2 = Rosato
| الأول2 = Vittorio
| عنوان = Tight-binding potentials for transition metals and alloys
| صحيفة = Physical Review B
| تاريخ = 1 July 1993
| المجلد = 48
| العدد = 1
| صفحات = 22–33
| DOI = 10.1103/physrevb.48.22
| PMID = 10006745
| bibcode = 1993PhRvB..48...22C
}}</ref> حيث تكون كثافة الإلكترون للحالات في منطقة الذرة هي محسوبة من مجموع المساهمات من الذرات المحيطة، وبالتالي فإن مساهمة الطاقة الكامنة هي دالة لهذا المجموع.

=== الإمكانات شبه التجريبية ===
[[طرق كيمياء الكم شبه التجريبية|تستفيد الإمكانات شبه التجريبية]] من تمثيل المصفوفة من ميكانيكا الكم. ومع ذلك، يتم العثور على قيم عناصر المصفوفة من خلال الصيغ التجريبية التي تقدر درجة التداخل في المدارات الذرية المحددة. يتم بعد ذلك مائل المصفوفة لتحديد شغل المدارات الذرية المختلفة، ويتم استخدام الصيغ التجريبية مرة أخرى لتحديد مساهمات الطاقة في المدارات.

هناك مجموعة متنوعة من الإمكانات شبه التجريبية، تسمى [[ضيق الربط (الفيزياء)|إمكانات الربط المحكم]]، والتي تختلف وفقًا للذرات التي يتم نمذجتها.

=== إمكانات الاستقطاب ===
{{مفصلة|مجال القوة (كيمياء)|l1=ميدان القوة}}تتضمن معظم مجالات القوة الكلاسيكية ضمنيًا تأثير [[قابلية استقطاب|الاستقطاب]]، على سبيل المثال، عن طريق زيادة الشحنات الجزئية التي تم الحصول عليها من الحسابات الكيميائية الكمومية. هذه الشحنات الجزئية ثابتة بالنسبة إلى كتلة الذرة. ولكن يمكن لمحاكاة الديناميات الجزيئية أن تكون نموذجًا صريحًا لقابلية الاستقطاب مع إدخال ثنائيات الأقطاب المستحثة من خلال طرق مختلفة، مثل [[الجسيمات الكادحة|الجسيمات الدقيقة]] أو الشحنات المتقلبة. هذا يسمح بإعادة التوزيع الديناميكي للشحنة بين الذرات والتي تستجيب للبيئة الكيميائية المحلية.

لسنوات عديدة، تم وصف عمليات محاكاة الديناميكا الجزيئية القابلة للاستقطاب على أنها الجيل التالي. بالنسبة للسوائل المتجانسة مثل الماء، تم تحقيق دقة متزايدة من خلال إدراج قابلية الاستقطاب.<ref name="Lamoureux3">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Lamoureux G, Harder E, Vorobyov IV, Roux B, MacKerell AD
| سنة = 2006
| عنوان = A polarizable model of water for molecular dynamics simulations of biomolecules
| صحيفة = Chem Phys Lett
| المجلد = 418
| العدد = 1
| صفحات = 245–249
| DOI = 10.1016/j.cplett.2005.10.135
| bibcode = 2006CPL...418..245L
| الأخير2 = Harder
| الأخير3 = Vorobyov
| الأخير4 = Roux
| الأخير5 = MacKerell
}}</ref><ref name="Sokhan2015">{{استشهاد بدورية محكمة
| سنة = 2015
| عنوان = Signature properties of water: Their molecular electronic origins
| صحيفة = Proceedings of the National Academy of Sciences
| المجلد = 112
| العدد = 20
| صفحات = 6341–6346
| DOI = 10.1073/pnas.1418982112
| PMID = 25941394
| PMCID = 4443379
| bibcode = 2015PNAS..112.6341S
}}</ref><ref name="Cipcigan">{{استشهاد بدورية محكمة
| سنة = 2015
| عنوان = Hydrogen bonding and molecular orientation at the liquid–vapour interface of water
| صحيفة = Physical Chemistry Chemical Physics
| المجلد = 17
| العدد = 14
| صفحات = 8660–8669
| DOI = 10.1039/C4CP05506C
| PMID = 25715668
| bibcode = 2015PCCP...17.8660C
}}</ref> كما تم تحقيق بعض النتائج الواعدة للبروتينات.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| عنوان = Protein−Nanoparticle Interactions: Opportunities and Challenges
| الأول2 = Iseult
| الأخير6 = Laurent
| الأول5 = Francesca Baldelli
| الأخير5 = Bombelli
| الأول4 = Marco P.
| الأخير4 = Monopoli
| الأول3 = Mohammad Reza
| الأخير3 = Ejtehadi
| الأخير2 = Lynch
| صحيفة = Chemical Reviews
| الأول = Morteza
| الأخير = Mahmoudi
| PMID = 21688848
| DOI = 10.1021/cr100440g
| صفحات = 5610–37
| العدد = 9
| المجلد = 111
| تاريخ = 2011
| الأول6 = Sophie
}}</ref><ref name="Patel2004b">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Patel, S.
| الأخير2 = MacKerell, Jr. AD
| الأخير3 = Brooks III, Charles L
| سنة = 2004
| عنوان = CHARMM fluctuating charge force field for proteins: II protein/solvent properties from molecular dynamics simulations using a nonadditive electrostatic model
| صحيفة = J Comput Chem
| المجلد = 25
| صفحات = 1504–1514
| DOI = 10.1002/jcc.20077
| PMID = 15224394
| العدد = 12
}}</ref> ومع ذلك، لا يزال من غير المؤكد أفضل طريقة لتقريب الاستقطاب في المحاكاة.

=== الإمكانات في طرق كيمياء الكم ===
{{مفصلة|كيمياء الكم|قائمة كيمياء الكم وبرمجيات فيزياء الحالة الصلبة}}في الديناميكيات الجزيئية الكلاسيكية، يتم تمثيل سطح طاقة كامنة (عادةً الحالة الأرضية) في مجال القوة. هذا نتيجة [[تقريب بورن-أوبنهايمر|لتقريب بورن أوبنهايمر]]. في الحالات المثارة أو التفاعلات الكيميائية أو عند الحاجة إلى تمثيل أكثر دقة، يمكن الحصول على السلوك الإلكتروني من المبادئ الأولى باستخدام طريقة ميكانيكا الكم، مثل [[نظرية الكثافة الوظيفية]]. يسمى هذا ''الديناميكيات الجزيئية لكيمياء الكم''. نظرًا لتكلفة معالجة درجات الحرية الإلكترونية، فإن العبء الحسابي لهذه المحاكاة أعلى بكثير من الديناميكيات الجزيئية التقليدية. لهذا السبب، عادةً ما يقتصر نظام الديناميكا الجزيئية على أنظمة أصغر وأوقات أقصر.

يمكن استخدام الطرق [[ميكانيكا الكم|الميكانيكية]] [[كيمياء الكم|والكيميائية]] ''[[منذ البدء|الكمومية للمبتدئين]]'' [[سطح الطاقة المحتملة|لحساب الطاقة الكامنة]] لنظام أثناء الطيران، حسب الحاجة للتوافق في المسار. يتم إجراء هذا الحساب عادةً في الجوار القريب [[تنسيق رد الفعل|لإحداثيات التفاعل]]. على الرغم من أنه يمكن استخدام تقديرات تقريبية مختلفة، إلا أنها تستند إلى اعتبارات نظرية، وليس على ملاءمة تجريبية. ''تنتج حسابات كيمياء الكم'' قدرًا هائلاً من المعلومات غير المتوفرة من الأساليب التجريبية، مثل كثافة الحالات الإلكترونية أو الخصائص الإلكترونية الأخرى. من المزايا المهمة لاستخدام ''طرق كيمياء الكم'' القدرة على دراسة التفاعلات التي تتضمن كسر أو تكوين روابط تساهمية، والتي تتوافق مع حالات إلكترونية متعددة. علاوة على ذلك، ''تسمح طرق كيمياء الكم'' أيضًا باستعادة التأثيرات التي تتجاوز [[تقريب بورن-أوبنهايمر]] باستخدام مناهج مثل [[ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة|الديناميكيات الكمومية الكلاسيكية المختلطة]].

=== هجين QM / MM ===
{{مفصلة|QM/MM}}تعتبر طرق QM (ميكانيكا الكم) قوية جدًا. ومع ذلك، فهي مكلفة من الناحية الحسابية، في حين أن طرق MM (الميكانيكا الكلاسيكية أو الجزيئية) سريعة ولكنها تعاني من عدة حدود (تتطلب معايير واسعة النطاق ؛ تقديرات الطاقة التي تم الحصول عليها ليست دقيقة للغاية ؛ لا يمكن استخدامها لمحاكاة التفاعلات حيث يتم كسر / تشكيل الروابط التساهمية ؛ ومحدودي قدراتهم على تقديم تفاصيل دقيقة فيما يتعلق بالبيئة الكيميائية). ظهرت فئة جديدة من الأساليب التي تجمع بين النقاط الجيدة في حسابات QM (الدقة) و MM (السرعة). تسمى هذه الطرق طرق ميكانيكا الكم الميكانيكية والجزيئية المختلطة أو المختلطة (الهجين QM / MM).<ref>The methodology for such methods was introduced by Warshel and coworkers. In the recent years have been pioneered by several groups including: [[أريه وارشيل]] ([[جامعة كاليفورنيا الجنوبية]]), Weitao Yang ([[جامعة ديوك]]), Sharon Hammes-Schiffer ([[جامعة ولاية بنسلفانيا]]), Donald Truhlar and Jiali Gao ([[جامعة منيسوتا]]) and Kenneth Merz ([[جامعة فلوريدا]]).</ref>

إن أهم ميزة لطريقة إدارة الجودة (QM / MM) الهجينة هي السرعة. تكلفة عمل الديناميكيات الجزيئية الكلاسيكية (MM) في مقاييس الحالة الأكثر وضوحًا O (n <sup>2</sup>)، حيث n هو عدد الذرات في النظام. هذا يرجع أساسًا إلى مصطلح التفاعلات الكهروستاتيكية (يتفاعل كل جسيم مع كل جسيم آخر). ومع ذلك، فإن استخدام نصف قطر القطع والتحديثات الدورية لقائمة الأزواج ومؤخرًا الاختلافات في طريقة شبكة الجسيمات ايوالد (PME) قد قلل هذا إلى ما بين O (n) إلى O (n <sup>2</sup>). بمعنى آخر، إذا تمت محاكاة نظام به ضعف عدد الذرات، فسيستغرق ما بين ضعفين إلى أربعة أضعاف قوة الحوسبة. من ناحية أخرى، فإن أبسط ''حسابات كيمياء الكم'' مقياس نموذجي O (n <sup>3</sup>) أو أسوأ ([[هارتري فوك|تم اقتراح حسابات هارتري فوك المقيدة]] لتوسيع نطاق ~ O (n <sup>2.7</sup>)). للتغلب على هذا الحد، يتم التعامل مع جزء صغير من النظام ميكانيكيًا (عادةً موقع نشط من الإنزيم) ويتم معالجة النظام المتبقي بشكل كلاسيكي.

في التطبيقات الأكثر تعقيدًا، توجد طرق QM / MM لمعالجة كل من النوى الخفيفة المعرضة للتأثيرات الكمومية (مثل الهيدروجين) والحالات الإلكترونية. هذا يسمح بتوليد وظائف موجات الهيدروجين (على غرار وظائف الموجة الإلكترونية). كانت هذه المنهجية مفيدة في التحقيق في ظواهر مثل نفق الهيدروجين. أحد الأمثلة حيث قدمت طرق QM / MM اكتشافات جديدة هو حساب نقل الهيدريد في إنزيم نازع [[نازعة هيدروجين الكحول|هيدروجين الكحول في]] الكبد. في هذه الحالة، [[نفق ميكانيكا الكم|نفق الكم]] مهم للهيدروجين، لأنه يحدد [[معدل التفاعل]].<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Billeter
| عنوان = Hydride Transfer in Liver Alcohol Dehydrogenase: Quantum Dynamics, Kinetic Isotope Effects, and Role of Enzyme Motion
| DOI = 10.1021/ja011384b
| صفحات = 11262–11272
| العدد = 45
| المجلد = 123
| تاريخ = November 2001
| صحيفة = Journal of the American Chemical Society
| الأول5 = Sharon
| الأول = Salomon R.
| الأخير5 = Hammes-Schiffer
| الأول4 = Tzvetelin
| الأخير4 = Iordanov
| الأول3 = Pratul K.
| الأخير3 = Agarwal
| الأول2 = Simon P.
| الأخير2 = Webb
| PMID = 11697969
}}</ref>

=== الخشنة الحبيبات والتمثيلات المخفضة ===
في الطرف الآخر من مقياس التفاصيل توجد [[النمذجة الخشنة|نماذج ذات حبيبات خشنة]] ونماذج شعرية. بدلاً من التمثيل الصريح لكل ذرة في النظام، يستخدم المرء «ذرات زائفة» لتمثيل مجموعات من الذرات. قد تتطلب عمليات محاكاة الديناميكا الجزيئية على أنظمة كبيرة جدًا موارد كمبيوتر كبيرة بحيث لا يمكن دراستها بسهولة من خلال طرق كل الذرة التقليدية. وبالمثل، فإن محاكاة العمليات على نطاقات زمنية طويلة (تتجاوز حوالي 1 ميكرو ثانية) باهظة التكلفة، لأنها تتطلب الكثير من الخطوات الزمنية. في هذه الحالات، يمكن للمرء أحيانًا معالجة المشكلة باستخدام تمثيلات مختصرة، والتي تسمى أيضًا [[النمذجة الخشنة|نماذج الحبيبات الخشنة]].<ref name=":0">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Kmiecik
| الأول6 = Andrzej
| DOI = 10.1021/acs.chemrev.6b00163
| صفحات = 7898–7936
| العدد = 14
| المجلد = 116
| تاريخ = 22 June 2016
| صحيفة = Chemical Reviews
| عنوان = Coarse-Grained Protein Models and Their Applications
| الأخير6 = Kolinski
| الأول = Sebastian
| الأول5 = Aleksandra Elzbieta
| الأخير5 = Dawid
| الأول4 = Lukasz
| الأخير4 = Wieteska
| الأول3 = Michal
| الأخير3 = Kolinski
| الأول2 = Dominik
| الأخير2 = Gront
| PMID = 27333362
}}</ref>

من الأمثلة على طرق الحبيبات الخشنة (CG) الديناميكيات الجزيئية المتقطعة (CG-Dالديناميكا الجزيئية) <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Voegler Smith
| الأول = Anne
| الأخير2 = Hall
| الأول2 = Carol K.
| عنوان = ?-Helix formation: Discontinuous molecular dynamics on an intermediate-resolution protein model
| صحيفة = Proteins: Structure, Function, and Genetics
| تاريخ = 15 August 2001
| المجلد = 44
| العدد = 3
| صفحات = 344–360
| DOI = 10.1002/prot.1100
| PMID = 11455608
}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Ding
| عنوان = Mechanism for the alpha-helix to beta-hairpin transition
| DOI = 10.1002/prot.10468
| صفحات = 220–8
| العدد = 2
| المجلد = 53
| تاريخ = 1 November 2003
| صحيفة = Proteins
| الأول5 = NV
| الأول = F
| الأخير5 = Dokholyan
| الأول4 = HE
| الأخير4 = Stanley
| الأول3 = SV
| الأخير3 = Buldyrey
| الأول2 = JM
| الأخير2 = Borreguero
| PMID = 14517973
}}</ref> ونماذج Go.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Paci
| الأول = Emanuele
| الأخير2 = Vendruscolo
| الأول2 = Michele
| الأخير3 = Karplus
| الأول3 = Martin
| عنوان = Validity of Gō Models: Comparison with a Solvent-Shielded Empirical Energy Decomposition
| مسار = https://archive.org/details/sim_biophysical-journal_2002-12_83_6/page/3032
| صحيفة = Biophysical Journal
| تاريخ = December 2002
| المجلد = 83
| العدد = 6
| صفحات = 3032–3038
| DOI = 10.1016/S0006-3495(02)75308-3
| PMID = 12496075
| PMCID = 1302383
| bibcode = 2002BpJ....83.3032P
}}</ref> يتم إجراء الحبيبات الخشنة أحيانًا بأخذ ذرات زائفة أكبر. تم استخدام مثل هذه التقريبات الذرية الموحدة في محاكاة الديناميكا الجزيئية للأغشية البيولوجية. قد يكون تنفيذ مثل هذا النهج على الأنظمة التي تكون فيها الخصائص الكهربائية ذات أهمية أمرًا صعبًا نظرًا لصعوبة استخدام توزيع الشحنة المناسب على الذرات الزائفة.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Chakrabarty
| الأول = Arnab
| الأخير2 = Cagin
| الأول2 = Tahir
| عنوان = Coarse grain modeling of polyimide copolymers
| صحيفة = Polymer
| تاريخ = May 2010
| المجلد = 51
| العدد = 12
| صفحات = 2786–2794
| DOI = 10.1016/j.polymer.2010.03.060
}}</ref> يتم تمثيل ذيول الليبيدات الأليفاتية بواسطة عدد قليل من الذرات الزائفة عن طريق تجميع 2 إلى 4 مجموعات ميثيلين في كل ذرة زائفة.

يجب أن يتم تحديد معلمات هذه [[النمذجة الخشنة|النماذج الخشنة]] للغاية بشكل تجريبي، من خلال مطابقة سلوك النموذج مع البيانات التجريبية المناسبة أو محاكاة جميع الذرة. من الناحية المثالية، يجب أن تأخذ هذه المعلمات في الاعتبار [[محتوى حراري|المساهمات الحرارية]] [[إنتروبيا|والنتروبية]] في الطاقة الحرة بطريقة ضمنية.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Foley
| الأول = Thomas T.
| الأخير2 = Shell
| الأول2 = M. Scott
| الأخير3 = Noid
| الأول3 = W. G.
| تاريخ = 2015-09-02
| عنوان = The impact of resolution upon entropy and information in coarse-grained models
| مسار = https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.4929836
| صحيفة = The Journal of Chemical Physics
| المجلد = 143
| العدد = 24
| صفحات = 243104
| DOI = 10.1063/1.4929836
| PMID = 26723589
| issn = 0021-9606
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20211224041808/https://aip.scitation.org/action/cookieAbsent | تاريخ أرشيف = 24 ديسمبر 2021 }}</ref> عندما يتم إجراء الحبيبات الخشنة على مستويات أعلى، قد تكون دقة الوصف الديناميكي أقل موثوقية. ولكن [[النمذجة الخشنة|تم استخدام النماذج ذات الحبيبات الخشنة]] بنجاح لفحص مجموعة واسعة من الأسئلة في البيولوجيا الهيكلية وتنظيم البلورات السائلة وزجاج البوليمر.

أمثلة على تطبيقات الحبيبات الخشنة:

* [[تطوي البروتين|غالبًا ما تُجرى دراسات طي]] [[توقع بنية البروتين|البروتين ودراسات التنبؤ ببنية البروتين]] باستخدام ذرة زائفة واحدة أو بضع ذرات لكل حمض أميني.<ref name=":0" />
* [[بلورة سائلة|تم فحص انتقالات الطور البلوري السائل]] في الأشكال الهندسية المحصورة و / أو أثناء التدفق باستخدام [[إمكانات جاي بيرن]]، التي تصف الأنواع متباينة الخواص.
* تمت دراسة زجاج [[مبلمر|البوليمر]] [[فين|أثناء التشوه باستخدام نوابض توافقية بسيطة أو نوابض فين]] لتوصيل الكرات الموصوفة بواسطة [[جهد لينارد-جونز|إمكانات لينارد جونز]].
* [[لف الدنا الفائق|تم فحص الالتفاف الفائق للحمض النووي]] باستخدام 1-3 ذرات زائفة لكل زوج أساس، وبدقة أقل.
* تم فحص تغليف [[حمض نووي ريبوزي منقوص الأكسجين|الحمض النووي المزدوج الحلزوني]] في [[عاثية|العاثية]] بنماذج حيث تمثل الذرة الزائفة منعطفًا واحدًا (حوالي 10 أزواج أساسية) من الحلزون المزدوج.
* تم تصميم بنية الحمض النووي الريبي في [[ريبوسوم|الريبوسوم]] والأنظمة الكبيرة الأخرى باستخدام ذرة زائفة واحدة لكل نوكليوتيد.
* محاكاة افتراضية للخلية لدراسة تفاعل الخلايا والركائز المختلفة.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| عنوان = Development of a Virtual Cell Model to Predict Cell Response to Substrate Topography
| الأول3 = Omid
| الأخير8 = Ejtehadi
| الأول7 = Morteza
| الأخير7 = Mahmoudi
| الأول6 = Matthew John
| الأخير6 = Dalby
| الأول5 = Ke
| الأخير5 = Xu
| الأول4 = Michal
| الأخير4 = Wojcik
| الأخير3 = Mashinchian
| صحيفة = ACS Nano
| الأول2 = Maziar
| الأخير2 = Heidari
| الأول = Tiam
| الأخير = Heydari
| PMID = 28742318
| DOI = 10.1021/acsnano.7b03732
| صفحات = 9084–9092
| العدد = 9
| المجلد = 11
| تاريخ = 2017
| الأول8 = Mohammad Reza
}}</ref>

أبسط شكل من أشكال الحبيبات الخشنة هو ''الذرة المتحدة'' (تسمى أحيانًا ''الذرة الممتدة'')، وقد تم استخدامها في معظم عمليات محاكاة الديناميكا الجزيئية المبكرة للبروتينات والدهون والأحماض النووية. على سبيل المثال، بدلاً من معالجة جميع الذرات الأربع <sub>لمجموعة ميثيل CH 3</sub> بشكل صريح (أو جميع الذرات الثلاث <sub>لمجموعة الميثيلين CH 2</sub>)، يمثل المرء المجموعة بأكملها بذرة زائفة واحدة. يجب بالطبع تحديد معلماتها بشكل صحيح بحيث تتمتع تفاعلاتها مع المجموعات الأخرى بالاعتماد المناسب على المسافة. تنطبق اعتبارات مماثلة على الروابط والزوايا والالتواءات التي تشارك فيها الذرة الزائفة. في هذا النوع من التمثيل الذري الموحد، يزيل المرء عادةً جميع ذرات الهيدروجين الصريحة باستثناء تلك التي لديها القدرة على المشاركة في الروابط الهيدروجينية (''الهيدروجين القطبي''). مثال على ذلك هو مجال [[تشارم|القوة تشارم]] 19.

عادةً ما يتم الاحتفاظ بالهيدروجين القطبي في النموذج، لأن المعالجة المناسبة للروابط الهيدروجينية تتطلب وصفًا دقيقًا بشكل معقول للاتجاه والتفاعلات الكهروستاتيكية بين مجموعات المتبرع والمستقبل. يمكن لمجموعة الهيدروكسيل، على سبيل المثال، أن تكون مانحًا لرابطة الهيدروجين، ومتقبلًا لرابطة الهيدروجين، وسيكون من المستحيل معالجة ذلك باستخدام ذرة زائفة (OH) واحدة. حوالي نصف الذرات الموجودة في البروتين أو الحمض النووي هي هيدروجين غير قطبي، لذا فإن استخدام الذرات الموحدة يمكن أن يوفر توفيرًا كبيرًا في وقت الكمبيوتر.

== دمج تأثيرات المذيبات ==
في العديد من عمليات محاكاة نظام المذيب المذاب، ينصب التركيز الرئيسي على سلوك المذاب مع القليل من الاهتمام بسلوك المذيب خاصة في جزيئات المذيب الموجودة في مناطق بعيدة عن الجزيء المذاب.<ref>{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Molecular Modelling: Principles and Applications
| وصلة = https://archive.org/details/molecularmodelli0000leac
| مؤلف1 = Leach
| الأول = Dr Andrew
| تاريخ = 30 January 2001
| ناشر = Prentice Hall
| ISBN = 9780582382107
| طبعة = 2nd
| مكان = Harlow
| لغة = en
| المعرف = {{رتاق|0582382106|country=uk}}
}}</ref> قد تؤثر المذيبات على السلوك الديناميكي للمذابات من خلال الاصطدامات العشوائية وفرض مقاومة احتكاكية على حركة المذاب عبر المذيب. يمكن أن يساعد استخدام شروط الحدود الدورية غير المستطيلة والحدود العشوائية وأغلفة المذيبات في تقليل عدد جزيئات المذيبات المطلوبة وتمكين نسبة أكبر من وقت الحوسبة ليتم إنفاقها بدلاً من ذلك في محاكاة المذاب. من الممكن أيضًا دمج تأثيرات المذيب دون الحاجة إلى وجود أي جزيئات مذيب واضحة. أحد الأمثلة على هذا النهج هو استخدام [[احتمال متوسط القوة|القوة المتوسطة المحتملة]] (PMF) التي تصف كيفية تغير الطاقة الحرة كتنوع إحداثيات معينة. يحتوي تغيير الطاقة الحرة الموصوف بواسطة (PMF) على متوسط تأثيرات المذيب.

== قوى بعيدة المدى ==
التفاعل طويل المدى هو تفاعل لا يسقط فيه التفاعل المكاني أسرع من <math>r^{-d}</math> أين <math>d</math> هي أبعاد النظام. تشمل الأمثلة تفاعلات الشحنة والشحنة بين الأيونات وتفاعلات ثنائي القطب بين الجزيئات. تمثل نمذجة هذه القوى تحديًا كبيرًا لأنها كبيرة على مسافة قد تكون أكبر من نصف طول الصندوق مع محاكاة لعدة آلاف من الجسيمات. على الرغم من أن أحد الحلول سيكون زيادة حجم طول الصندوق بشكل كبير، إلا أن أسلوب القوة الغاشمة هذا أقل من مثالي لأن المحاكاة ستصبح باهظة الثمن من الناحية الحسابية. إن اقتطاع الإمكانات كرويًا هو أيضًا غير وارد حيث يمكن ملاحظة السلوك غير الواقعي عندما تكون المسافة قريبة من مسافة القطع.<ref>{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Computer Simulation of Liquids
| وصلة = https://archive.org/details/computersimulati0000alle_2ed
| مؤلف1 = Allen
| الأول = Michael P.
| مؤلف2 = Tildesley
| الأول2 = Dominic J.
| تاريخ = 2017-08-22
| ناشر = Oxford University Press
| ISBN = 9780198803201
| طبعة = 2nd
| صفحات = [https://archive.org/details/computersimulati0000alle_2ed/page/216 216]
| لغة = en
| المعرف = {{رتاق|0198803206|country=uk}}
}}</ref>

== الديناميكات الجزيئية الموجهة (SMD) ==
تقوم محاكاة الديناميكيات الجزيئية (Sالديناميكا الجزيئية)، أو محاكاة مسبار القوة، بتطبيق قوى على بروتين من أجل التلاعب بهيكله عن طريق سحبه على طول درجات الحرية المرغوبة. يمكن استخدام هذه التجارب للكشف عن التغيرات الهيكلية في البروتين على المستوى الذري. غالبًا ما يستخدم Sالديناميكا الجزيئية لمحاكاة أحداث مثل التكشف أو التمدد الميكانيكي.<ref name="Nienhaus">{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Protein-ligand interactions: methods and applications
| مسار = https://archive.org/details/proteinligandint00gulr
| مؤلف1 = Nienhaus, Gerd Ulrich
| سنة = 2005
| صفحات = [https://archive.org/details/proteinligandint00gulr/page/54 54–56]
| ISBN = 978-1-61737-525-5
}}</ref>

هناك نوعان من البروتوكولات النموذجية لـ الديناميكا الجزيئية: أحدهما تكون فيه سرعة السحب ثابتة، والآخر تكون فيه القوة المطبقة ثابتة. بشكل نموذجي، يتم تقييد جزء من النظام المدروس (على سبيل المثال، ذرة في بروتين) بواسطة جهد توافقي. ثم يتم تطبيق القوى على ذرات معينة إما بسرعة ثابتة أو بقوة ثابتة. [[أخذ العينات الشامل|يتم استخدام أخذ العينات الشامل]] لتحريك النظام على طول تنسيق التفاعل المطلوب عن طريق تغيير، على سبيل المثال، القوى والمسافات والزوايا التي تم التلاعب بها في المحاكاة. من خلال أخذ العينات المظلة، يتم أخذ عينات من جميع تكوينات النظام - عالية الطاقة ومنخفضة الطاقة - بشكل كافٍ. بعد ذلك، يمكن حساب تغيير كل تكوين في الطاقة الحرة على أنه [[احتمال متوسط القوة]].<ref name="Leszczyński">{{استشهاد بكتاب
| عنوان = Computational chemistry: reviews of current trends, Volume 9
| مؤلف1 = Leszczyński, Jerzy
| سنة = 2005
| صفحات = 54–56
| ISBN = 978-981-256-742-0
}}</ref> إحدى الطرق الشائعة لحساب (PMF) هي من خلال طريقة تحليل الرسم البياني الموزون (WHAM)، والتي تحلل سلسلة من محاكاة أخذ العينات الشاملة.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Kumar
| الأول5 = Peter A.
| صفحات = 1011–1021
| العدد = 8
| المجلد = 13
| تاريخ = October 1992
| صحيفة = Journal of Computational Chemistry
| عنوان = The weighted histogram analysis method for free-energy calculations on biomolecules. I. The method
| مسار = https://archive.org/details/sim_journal-of-computational-chemistry_1992-10_13_8/page/1011
| الأخير5 = Kollman
| الأول = Shankar
| الأول4 = Robert H.
| الأخير4 = Swendsen
| الأول3 = Djamal
| الأخير3 = Bouzida
| الأول2 = John M.
| الأخير2 = Rosenberg
| DOI = 10.1002/jcc.540130812
}}</ref><ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Bartels
| الأول = Christian
| عنوان = Analyzing biased Monte Carlo and molecular dynamics simulations
| صحيفة = Chemical Physics Letters
| تاريخ = December 2000
| المجلد = 331
| العدد = 5–6
| صفحات = 446–454
| DOI = 10.1016/S0009-2614(00)01215-X
| bibcode = 2000CPL...331..446B
}}</ref>

يوجد الكثير من التطبيقات المهمة لـ Sالديناميكا الجزيئية في مجال اكتشاف الأدوية وعلوم الجزيئات الحيوية. على سبيل المثال تم استخدام Sالديناميكا الجزيئية للتحقيق في استقرار ليفية الزهايمر الأولية، <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Lemkul
| الأول = Justin A.
| الأخير2 = Bevan
| الأول2 = David R.
| عنوان = Assessing the Stability of Alzheimer's Amyloid Protofibrils Using Molecular Dynamics
| صحيفة = The Journal of Physical Chemistry B
| تاريخ = 4 February 2010
| المجلد = 114
| العدد = 4
| صفحات = 1652–1660
| DOI = 10.1021/jp9110794
| PMID = 20055378
}}</ref> لدراسة تفاعل بروتين يجند في كيناز المعتمد على السيكلين 5 <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Patel
| عنوان = Steered Molecular Dynamics Simulations for Studying Protein–Ligand Interaction in Cyclin-Dependent Kinase 5
| DOI = 10.1021/ci4003574
| صفحات = 470–480
| العدد = 2
| المجلد = 54
| تاريخ = 28 January 2014
| صحيفة = Journal of Chemical Information and Modeling
| الأول5 = Andrea
| الأول = Jagdish Suresh
| الأخير5 = Cavalli
| الأول4 = Walter
| الأخير4 = Rocchia
| الأول3 = Simone
| الأخير3 = Ronsisvalle
| الأول2 = Anna
| الأخير2 = Berteotti
| PMID = 24437446
}}</ref> وحتى لإظهار تأثير المجال الكهربائي على مركب الثرومبين (البروتين) والأبتامر (النيوكليوتيد) <ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Gosai
| تاريخ = 22 November 2016
| PMCID = 5118750
| PMID = 27874042
| DOI = 10.1038/srep37449
| صفحات = 37449
| العدد = 1
| المجلد = 6
| صحيفة = Scientific Reports
| الأول = Agnivo
| عنوان = Electrical Stimulus Controlled Binding/Unbinding of Human Thrombin-Aptamer Complex
| الأول4 = Pranav
| الأخير4 = Shrotriya
| الأول3 = Ganesh
| الأخير3 = Balasubramanian
| الأول2 = Xiao
| الأخير2 = Ma
| bibcode = 2016NatSR...637449G
}}</ref> بين العديد من الدراسات الأخرى المثيرة للاهتمام.

== أمثلة على التطبيقات ==
[[ملف:MD_rotor_250K_1ns.gif|تصغير|محاكاة الديناميكيات [[محرك جزيئي اصطناعي|الجزيئية لمحرك جزيئي اصطناعي]] يتكون من ثلاثة جزيئات في ثقب نانوي (القطر الخارجي 6.7 نانومتر) عند 250 كلفن.]]
تستخدم الديناميات الجزيئية في العديد من مجالات العلوم.

* تم نشر أول محاكاة الديناميكا الجزيئية لعملية الطي البيولوجي المبسطة في عام 1975. مهدت المحاكاة التي نُشرت في دورية نتشر الطريق لمساحة واسعة من طي البروتين الحسابي الحديث.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Levitt
| الأول = Michael
| الأخير2 = Warshel
| الأول2 = Arieh
| عنوان = Computer simulation of protein folding
| صحيفة = Nature
| تاريخ = 1 February 1975
| المجلد = 253
| العدد = 5494
| صفحات = 694–698
| DOI = 10.1038/253694a0
| PMID = 1167625
| bibcode = 1975Natur.253..694L
}}</ref>
* تم نشر أول محاكاة الديناميكا الجزيئية لعملية بيولوجية في عام 1976. مهدت المحاكاة التي نُشرت في دورية نتشر الطريق لفهم حركة البروتين باعتبارها ضرورية في الوظيفة وليس مجرد ملحق.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Warshel
| الأول = Arieh
| عنوان = Bicycle-pedal model for the first step in the vision process
| صحيفة = Nature
| تاريخ = April 1976
| المجلد = 260
| العدد = 5553
| صفحات = 679–683
| DOI = 10.1038/260679a0
| PMID = 1264239
| bibcode = 1976Natur.260..679W
}}</ref>
* الديناميكا الجزيئية هي الطريقة القياسية لمعالجة [[تتالي الاصطدام|شلالات الاصطدام]] في نظام ارتفاع الحرارة، أي التأثيرات التي تحدثها [[غرس الأيونات|إشعاعات]] [[نيوترون|النيوترونات]] والأيونات النشطة على المواد الصلبة والأسطح الصلبة.<ref name="Smith">{{استشهاد بكتاب
| محرر1 = Smith, R.
| عنوان = Atomic & ion collisions in solids and at surfaces: theory, simulation and applications
| ناشر = Cambridge University Press
| مكان = Cambridge, UK
| سنة = 1997
}}{{بحاجة لرقم الصفحة}}</ref>

توضح الأمثلة الفيزيائية الحيوية التالية الجهود الملحوظة لإنتاج محاكاة لأنظمة ذات حجم كبير جدًا (فيروس كامل) أو أوقات محاكاة طويلة جدًا (تصل إلى 1.112 مللي ثانية):

* محاكاة الديناميكا الجزيئية ''[[فيروس فسيفساء التبغ عبر الأقمار الصناعية|لفيروس فسيفساء التبغ الساتلي]]'' الكامل (STMV) (2006، الحجم: 1 مليون ذرة، وقت المحاكاة: 50 نانوثانية، البرنامج: [[NAMD|NAالديناميكا الجزيئية]]) هذا الفيروس عبارة عن فيروس نباتي صغير عشروني الوجوه يؤدي إلى تفاقم أعراض الإصابة بفيروس التبغ الفسيفسائي (TMV). تم استخدام محاكاة الديناميكيات الجزيئية لاستكشاف آليات [[فيروس|التجمع الفيروسي]]. يتكون جسيم STMV بأكمله من 60 نسخة متطابقة من بروتين واحد يتكون من [[قفيصة|القفيصة]] [[مجموع مورثي|الفيروسية (الغلاف)، وجينوم]] RNA أحادي النوكليوتيد 1063 تقطعت به السبل. تتمثل إحدى النتائج الرئيسية في أن الكابسيد يكون غير مستقر للغاية عند عدم وجود RNA بداخله. ستستغرق المحاكاة جهاز كمبيوتر مكتبي واحدًا في عام 2006 حوالي 35 عامًا حتى تكتمل. وهكذا تم القيام به في العديد من المعالجات بالتوازي مع التواصل المستمر بينهم.<ref>{{استشهاد بويب
| مسار = http://www.ks.uiuc.edu/Research/STMV/
| عنوان = Molecular dynamics simulation of the Satellite Tobacco Mosaic Virus (STMV)
| موقع = Theoretical and Computational Biophysics Group
| ناشر = University of Illinois at Urbana Champaign
| مسار أرشيف = https://web.archive.org/web/20211021193055/http://www.ks.uiuc.edu/Research/STMV/ | تاريخ أرشيف = 21 أكتوبر 2021 }}</ref>
* محاكاة قابلة للطي لـ [[فيلين (توضيح)|فيلين هيدبيس]] بتفاصيل شاملة (2006، الحجم: 20000 ذرة ؛ وقت المحاكاة: 500 ميكرو ثانية = 500000 نانوثانية، البرنامج: [[فولدنغ@هوم]]) تم تشغيل هذه المحاكاة في 200000 وحدة معالجة مركزية من أجهزة الكمبيوتر الشخصية المشاركة حول العالم. تم تثبيت برنامج [[فولدنغ@هوم]] على أجهزة الكمبيوتر هذه، وهو جهد حوسبي موزع على نطاق واسع بتنسيق من [[فيجاي باندي]] في جامعة ستانفورد. تم فحص الخصائص الحركية لبروتين [[فيلين (توضيح)|فيلين هيدبيس]] باستخدام العديد من المسارات المستقلة والقصيرة التي تديرها وحدة المعالجة المركزية دون اتصال مستمر في الوقت الحقيقي. كانت إحدى الطرق المستخدمة هي تحليل قيمة بفولد، والتي تقيس احتمالية الطي قبل الكشف عن تشكيل بداية محدد. يعطي بفولد معلومات حول [[تحليل قيمة Phi|هياكل الحالة الانتقالية]] وترتيب المطابقة على طول [[تطوي البروتين|مسار الطي]]. يمكن أن يكون كل مسار في حساب بفولد قصيرًا نسبيًا، ولكن هناك حاجة إلى العديد من المسارات المستقلة.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Jayachandran
| الأول = Guha
| الأخير2 = Vishal
| الأول2 = V.
| الأخير3 = Pande
| الأول3 = Vijay S.
| عنوان = Using massively parallel simulation and Markovian models to study protein folding: Examining the dynamics of the villin headpiece
| صحيفة = The Journal of Chemical Physics
| تاريخ = 28 April 2006
| المجلد = 124
| العدد = 16
| صفحات = 164902
| DOI = 10.1063/1.2186317
| PMID = 16674165
| bibcode = 2006JChPh.124p4902J
}}</ref>
* تم إجراء عمليات محاكاة طويلة للمسار المستمر على [[انطون (كمبيوتر)|انطون]]، وهو كمبيوتر عملاق متوازي بشكل كبير تم تصميمه وبنائه حول [[الدوائر المتكاملة محددة التطبيقات|دوائر متكاملة خاصة بالتطبيقات]] المخصصة (ASIC) ووصلات متصلة بواسطة [[دي شو للأبحاث]]. أطول نتيجة تم نشرها لمحاكاة تم إجراؤها باستخدام أنطون هي محاكاة NTL9 تبلغ 1.112 مللي ثانية عند 355 كلفن ؛ تم أيضًا إجراء محاكاة ثانية مستقلة تبلغ 1.073 مللي ثانية لهذا التكوين (والعديد من عمليات المحاكاة الأخرى لأكثر من 250 ميكرو ثانية من الوقت الكيميائي المستمر).<ref name="DESRES-Science2011">{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Lindorff-Larsen
| عنوان = How Fast-Folding Proteins Fold
| PMID = 22034434
| DOI = 10.1126/science.1208351
| صفحات = 517–520
| العدد = 6055
| المجلد = 334
| صحيفة = Science
| سنة = 2011
| الأول = Kresten
| الأول4 = David E.
| الأخير4 = Shaw
| الأول3 = Ron O.
| الأخير3 = Dror
| الأول2 = Stefano
| الأخير2 = Piana
| bibcode = 2011Sci...334..517L
}}</ref> في ''كيف تطوى البروتينات سريعة الطي''، يناقش الباحثون كريستين ليندورف لارسن وستيفانو بيانا ورون أو درور وديفيد إي<nowiki/>[[ديفيد شو|.]] تكشف عن مجموعة من المبادئ المشتركة الكامنة وراء طي 12 بروتينًا متنوعًا هيكليًا ". يسمح فحص هذه المسارات الطويلة المتنوعة، التي تم تمكينها بواسطة أجهزة مخصصة ومخصصة، باستنتاج أنه "في معظم الحالات، يتبع الطي مسارًا واحدًا مهيمنًا تظهر فيه عناصر الهيكل الأصلي بترتيب مرتبط بشدة بميلها للتشكل في تكشفت الدولة ".<ref name="DESRES-Science2011" /> في دراسة منفصلة، تم استخدام أنطون لإجراء محاكاة 1.013 مللي ثانية لديناميات الحالة الأصلية لمثبط التربسين البنكرياس البقري (BPTI) عند 300 كلفن.<ref>{{استشهاد بدورية محكمة
| الأخير = Shaw
| الأول8 = John M.
| PMID = 20947758
| DOI = 10.1126/science.1187409
| صفحات = 341–346
| العدد = 6002
| المجلد = 330
| صحيفة = Science
| عنوان = Atomic-Level Characterization of the Structural Dynamics of Proteins
| سنة = 2010
| إظهار المؤلفين = etal
| الأول9 = John K.
| الأخير9 = Salmon
| الأخير8 = Jumper
| الأول = David E.
| الأول7 = Joseph A.
| الأخير7 = Bank
| الأول6 = Michael P.
| الأخير6 = Eastwood
| الأول5 = Ron O.
| الأخير5 = Dror
| الأول4 = Stefano
| الأخير4 = Piana
| الأول3 = Kresten
| الأخير3 = Lindorff-Larsen
| الأول2 = Paul
| الأخير2 = Maragakis
| bibcode = 2010Sci...330..341S
}}</ref>

يستفيد تطبيق مهم آخر لطريقة الديناميكا الجزيئية من قدرتها على التوصيف ثلاثي الأبعاد وتحليل التطور المجهرية على النطاق الذري.

* تُستخدم محاكاة الديناميكا الجزيئية في توصيف تطور حجم الحبوب، على سبيل المثال، عند وصف التآكل والاحتكاك لمواد Al و Al (Zr) النانوية. يتم تحليل تطور الخلع وتطور حجم الحبيبات أثناء عملية الاحتكاك في هذه المحاكاة. نظرًا لأن طريقة الديناميكا الجزيئية قدمت المعلومات الكاملة للبنية المجهرية، فقد تم حساب تطور حجم الحبيبات في صورة ثلاثية الأبعاد باستخدام مطابقة القالب متعدد السطوح، وتجزئة الحبوب، وتجميع الرسم البياني . في مثل هذه المحاكاة، قدمت طريقة الديناميكا الجزيئية قياسًا دقيقًا لحجم الحبوب. من خلال الاستفادة من هذه المعلومات، تم استخراج الهياكل الفعلية للحبوب وقياسها وتقديمها. مقارنة بالطريقة التقليدية لاستخدام الديناميكات الجزيئية الموجهة (SMD) مع شريحة واحدة ثنائية الأبعاد من المادة، يوفر الديناميكا الجزيئية طريقة ثلاثية الأبعاد ودقيقة لتوصيف تطور البنية المجهرية على النطاق الذري.

== خوارزميات الديناميات الجزيئية ==

* [[فحص إمكانات كولوم نموذج المذيب الضمني]].

=== التكامل ===

* [[تكامل عاطفية|تكامل عاطفي.]]
* [[تكامل Verlet|التكامل بين فيرلت و ستويرمر]].
* [[طريقة رونج-كوتا|تكامل طريقة رونج-كوتا]].
* [[خوارزمية بيمان]].
* [[خوارزمية القيد|خوارزميات القيد]] (للأنظمة المقيدة).

=== خوارزميات التفاعل قصير المدى ===

* [[قوائم الخلايا]].
* [[قائمة Verlet|قائمة فيرلت.]]
* التفاعلات المستعبدة.

=== خوارزميات التفاعل بعيد المدى ===

* [[تلخيص ايوالد]].
* [[تلخيص ايوالد|تجميع ايوالد]] لشبكة الجسيمات (PME).
* جسيمات - جسيمات - جسيمات - شبكة ([[P3M]]).
* [[طريقة القوة المتغيرة]].

=== استراتيجيات الموازاة ===

* [[طريقة تحلل المجال|طريقة تحليل المجال]] (توزيع بيانات النظام [[حوسبة متوازية|للحوسبة المتوازية]]).

=== الديناميات الجزيئية لكيمياء الكم ===

* [[الديناميكيات الجزيئية لسيارة بارينيلو]].

== أجهزة متخصصة لمحاكاة الديناميكا الجزيئية ==

* [[انطون (كمبيوتر)|أنطون]] - كمبيوتر عملاق متخصص ومتوازي بشكل كبير مصمم لتنفيذ عمليات محاكاة الديناميكا الجزيئية.
* [[MDGRAPE]] - نظام ذو غرض خاص مصمم لمحاكاة الديناميكيات الجزيئية، وخاصة التنبؤ ببنية البروتين.

== بطاقة الرسومات كأداة لمحاكاة الديناميكا الجزيئية ==

* [[النمذجة الجزيئية على GPU|النمذجة الجزيئية على (GPU)]].

== انظر أيضًا ==

* [[نمذجة جزيئية|النمذجة الجزيئية]].
* [[كيمياء محوسبة|الكيمياء الحسابية]].
* [[:en:Force field (chemistry)|مجال القوة (كيمياء)]].
* [[:en:Comparison of force field implementations|مقارنة تطبيقات مجال القوة]].
* [[طريقة مونت كارلو]].
* [[:en:Molecular design software|برمجيات التصميم الجزيئي]].
* [[الميكانيكا الجزيئية|ميكانيكا جزيئية]].
* [[:en:Multiscale Green's function|متعدد النطاقات وظيفة جرين]].
* طريقة [[:en:Car–Parrinello molecular dynamics|كار-بارينيلو]].
* [[:en:Comparison of software for molecular mechanics modeling|مقارنة برامج نمذجة الميكانيكا الجزيئية]].
* [[كيمياء الكم]].
* [[:en:Discrete element method|طريقة العنصر المنفصل]].
* [[:en:Comparison of nucleic acid simulation software|مقارنة بين برامج محاكاة الحمض النووي]].
* [[:en:Molecule editor|محرر جزيء]].
* [[:en:Mixed quantum-classical dynamics|ديناميكيات الكم الكلاسيكية المختلطة]].

== مراجع ==
{{مراجع}}

=== مراجع عامة ===
{{بداية المراجع}}
* M. P. Allen, D. J. Tildesley (1989) ''Computer simulation of liquids''. Oxford University Press. {{ردمك|0-19-855645-4}}.
* J. A. McCammon, S. C. Harvey (1987) ''Dynamics of Proteins and Nucleic Acids''. Cambridge University Press. {{ردمك|0-521-30750-3}} (hardback).
* D. C. Rapaport (1996) ''The Art of Molecular Dynamics Simulation''. {{ردمك|0-521-44561-2}}.
* {{استشهاد بكتاب
| عنوان = Numerical Simulation in Molecular Dynamics
| وصلة = https://archive.org/details/numericalsimulat0000grie
| ناشر = Springer
| مكان = Berlin, Heidelberg
| سنة = 2007
| isbn = 978-3-540-68094-9
| مؤلف1 = M. Griebel
| مؤلف2 = S. Knapek
| مؤلف3 = G. Zumbusch
| مؤلف1-وصلة = Michael Griebel
}}
* {{استشهاد بكتاب
| الأخير = Frenkel
| الأول = Daan
| مؤلف-وصلة = Daan Frenkel
| مؤلف2 = Smit, Berend
| عنوان = Understanding Molecular Simulation : from algorithms to applications
| وصلة = https://archive.org/details/understanding0000unse
| ناشر = Academic Press
| سنة النشر الأصلية = 2001
| مكان = San Diego
| isbn = 978-0-12-267351-1
| سنة = 2002
}}
* J. M. Haile (2001) ''Molecular Dynamics Simulation: Elementary Methods''. {{ردمك|0-471-18439-X}}
* R. J. Sadus, ''Molecular Simulation of Fluids: Theory, Algorithms and Object-Orientation'', 2002, {{ردمك|0-444-51082-6}}
* Oren M. Becker, Alexander D. Mackerell, Jr., Benoît Roux, Masakatsu Watanabe (2001) ''Computational Biochemistry and Biophysics''. Marcel Dekker. {{ردمك|0-8247-0455-X}}.
* Andrew Leach (2001) ''Molecular Modelling: Principles and Applications''. (2nd Edition) Prentice Hall. {{ردمك|978-0-582-38210-7}}.
* [[Tamar Schlick]] (2002) ''Molecular Modeling and Simulation''. Springer. {{ردمك|0-387-95404-X}}.
* {{Ill-WD2|William Graham Hoover|id=Q18154339}} (1991) ''Computational Statistical Mechanics'', Elsevier, {{ردمك|0-444-88192-1}}.
* D. J. Evans and G. P. Morriss (2008) ''Statistical Mechanics of Nonequilibrium Liquids'', Second Edition, Cambridge University Press, {{ردمك|978-0-521-85791-8}}.
{{روابط شقيقة}}
{{مصادر طبية}}
{{معرفات مركب كيميائي}}
{{ضبط استنادي}}
{{شريط بوابات|الفيزياء|الكيمياء|كيمياء فيزيائية}}

[[تصنيف:ديناميكا جزيئية|*]]
[[تصنيف:فيزياء]]
[[تصنيف:كيمياء الجزيئات الضخمة]]
[[تصنيف:كيمياء حسابية]]
[[تصنيف:محاكاة]]
[[تصنيف:نمذجة جزيئية]]
[[تصنيف:نمذجة علمية]]