ديناميكا جزيئية
الإمكانات في محاكاة الديناميكا الجزيئية > الخشنة الحبيبات والتمثيلات المخفضة

في الطرف الآخر من مقياس التفاصيل توجد 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 نماذج الحبيبات الخشنة.
من الأمثلة على طرق الحبيبات الخشنة (CG) الديناميكيات الجزيئية المتقطعة (CG-Dالديناميكا الجزيئية)  ونماذج Go. 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. 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 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 المساهمات الحرارية والنتروبية في الطاقة الحرة بطريقة ضمنية. عندما يتم إجراء الحبيبات الخشنة على مستويات أعلى، قد تكون دقة الوصف الديناميكي أقل موثوقية. ولكن 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:
غالبًا ما تُجرى دراسات طي البروتين ودراسات التنبؤ ببنية البروتين باستخدام ذرة زائفة واحدة أو بضع ذرات لكل حمض أميني.
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 البوليمر أثناء التشوه باستخدام نوابض توافقية بسيطة أو نوابض فين لتوصيل الكرات الموصوفة بواسطة إمكانات لينارد جونز.
تم فحص الالتفاف الفائق للحمض النووي باستخدام 1-3 ذرات زائفة لكل زوج أساس، وبدقة أقل.
تم فحص تغليف الحمض النووي المزدوج الحلزوني في العاثية بنماذج حيث تمثل الذرة الزائفة منعطفًا واحدًا (حوالي 10 أزواج أساسية) من الحلزون المزدوج.
تم تصميم بنية الحمض النووي الريبي في الريبوسوم والأنظمة الكبيرة الأخرى باستخدام ذرة زائفة واحدة لكل نوكليوتيد.
محاكاة افتراضية للخلية لدراسة تفاعل الخلايا والركائز المختلفة.
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 لمجموعة ميثيل CH 3 بشكل صريح (أو جميع الذرات الثلاث لمجموعة الميثيلين CH 2)، 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 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.