Simulasi dinamika molekuler (MD) adalah teknik komputasi yang memodelkan gerakan fisik atom dan molekul dari waktu ke waktu. Dengan menyelesaikan persamaan gerak Newton secara numerik untuk sistem partikel yang berinteraksi, MD memberikan wawasan tingkat atom ke dalam struktur biomolekuler, dinamika, dan fungsi.
Input fundamental untuk simulasi MD adalah medan gaya, yang menggambarkan energi potensial sistem sebagai fungsi koordinat atom. Medan gaya menggabungkan istilah terikat (peregangan ikatan, pembengkokan sudut, torsi dihedral) dengan istilah tidak terikat (interaksi elektrostatik dan van der Waals). Medan gaya umum meliputi AMBER, CHARMM, OPLS, dan GROMOS, masing-masing diparameterisasi untuk kelas biomolekul tertentu.
Simulasi berlangsung dengan mengintegrasikan persamaan gerak menggunakan algoritma seperti integrasi Verlet atau leapfrog. Langkah waktu biasanya 1–2 fs, dibatasi oleh gerakan vibrasi tercepat. Kondisi batas periodik mensimulasikan perilaku curah dengan mereplikasi sistem ke segala arah. Elektrostatik jarak jauh dihitung menggunakan penjumlahan Ewald mesh partikel.
Pelarut dimodelkan secara eksplisit dengan ribuan molekul air atau secara implisit menggunakan model dielektrik kontinu. Ion ditambahkan untuk menetralkan sistem dan mencapai kekuatan ion fisiologis. Suhu dan tekanan dikendalikan menggunakan termostat dan barostat.
Analisis lintasan MD mengungkapkan fluktuasi struktural, deviasi akar kuadrat rata-rata, dan fluktuasi akar kuadrat rata-rata posisi atom. Analisis komponen utama mengidentifikasi gerakan kolektif dominan. Kalkulasi energi bebas menggunakan pengambilan sampel payung, integrasi termodinamika, atau metadinamika menentukan afinitas pengikatan dan lanskap energi bebas konformasi.
Simulasi MD digunakan untuk mempelajari pelipatan protein, pengikatan ligan, katalisis enzim, dinamika membran, dan interaksi protein-protein. Skala waktu simulasi telah meningkat dari nanodetik ke mikrodetik dan seterusnya dengan perangkat keras khusus seperti Anton dan komputasi dipercepat GPU. MD butiran kasar mengurangi biaya komputasi dengan mengelompokkan atom menjadi manik-manik, memungkinkan simulasi skala milidetik dari sistem besar.
