ديناميكا جزيئية
مجالات التطبيق وحدودها

تم استخدام طريقة الديناميكا الجزيئية لأول مرة في الفيزياء النظرية، وقد اكتسبت شعبية في علم المواد بعد ذلك بوقت قصير، ومنذ السبعينيات أصبحت شائعة أيضًا في الكيمياء الحيوية والفيزياء الحيوية. يستخدم الديناميكا الجزيئية بشكل متكرر لتحسين الهياكل ثلاثية الأبعاد للبروتينات والجزيئات الكبيرة الأخرى بناءً على القيود التجريبية من علم البلورات بالأشعة السينية أو 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 للأجهزة النانوية التي لم يتم إنشاؤها أو لا يمكن إنشاؤها بعد. في الفيزياء الحيوية والبيولوجيا الهيكلية، يتم تطبيق الطريقة بشكل متكرر لدراسة حركات الجزيئات الكبيرة مثل البروتينات والأحماض النووية، والتي يمكن أن تكون مفيدة لتفسير نتائج بعض التجارب الفيزيائية الحيوية ونمذجة التفاعلات مع الجزيئات الأخرى، كما هو الحال في الإرساء الترابطي. من حيث المبدأ، يمكن استخدام الديناميكا الجزيئية للتنبؤ من البداية بهيكل البروتين عن طريق محاكاة طي سلسلة البولي ببتيد من 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 (CASP)، على الرغم من أن الطريقة قد حققت نجاحًا محدودًا تاريخيًا في هذا المجال. 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.»  أدت التحسينات في الموارد الحسابية التي تسمح بمسارات الديناميكا الجزيئية أكثر وأطول، جنبًا إلى جنب مع التحسينات الحديثة في جودة معلمات مجال القوة، إلى بعض التحسينات في كل من تنبؤ الهيكل وصقل نموذج التماثل، دون الوصول إلى نقطة الفائدة العملية في هذه المجالات؛ يحدد العديد معلمات مجال القوة كمجال رئيسي لمزيد من التطوير.
تم الإبلاغ عن الديناميكا الجزيئية محاكاة ل الخاصة الدوائية تطوير وتصميم الأدوية. على سبيل المثال، بينتو وآخرون نفذوا عمليات محاكاة الديناميكا الجزيئية لمجمعات (Bcl-Xl) لحساب متوسط مواضع الأحماض الأمينية الحرجة المشاركة في ربط الترابط. 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.
ترتبط حدود الطريقة بمجموعات المعلمات المستخدمة، ومجالات قوة الميكانيكا الجزيئية الأساسية. تشغيل واحد لمحاكاة الديناميكا الجزيئية يعمل على تحسين الطاقة الكامنة، بدلاً من الطاقة المجانية للبروتين، مما يعني أن جميع المساهمات الحتمية في الاستقرار الديناميكي الحراري لبنية البروتين مهملة، بما في ذلك الانتروبيا المطابقة لسلسلة البولي ببتيد (العامل الرئيسي الذي يزعزع استقرار بنية البروتين) والتأثيرات الكارهة للماء (القوى الدافعة الرئيسية لطي البروتين). عامل مهم آخر هو روابط الهيدروجين داخل الجزيئية،  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 ميكانيكية وكيميائية جزئية. علاوة على ذلك، تُحسب التفاعلات الكهروستاتيكية عادةً باستخدام ثابت العزل الكهربائي للفراغ، على الرغم من أن المحلول المائي المحيط به ثابت عازل أعلى بكثير. باستخدام العيانية ثابت العزل الكهربائي على مسافات قصيرة بين الذرات غير مشكوك فيه. أخيرًا، عادةً ما يتم وصف تفاعلات قوى فان دير فالس 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 الخصائص العازلة للبيئة. يوضح القياس المباشر لقوى الجذب بين المواد المختلفة (مثل ثابت هامكر) أن «التفاعل بين الهيدروكربونات عبر الماء يبلغ حوالي 10٪ من ذلك عبر الفراغ». تم إهمال الاعتماد على البيئة لقوى فان دير فال في عمليات المحاكاة القياسية، ولكن يمكن تضمينها من خلال تطوير مجالات قوة قابلة للاستقطاب.