Teoria Funkcjonałów Gęstości (DFT)

Chemia obliczeniowa jest terminem określającym szereg technik numerycznych stosowanych we współczesnej chemii do opisu zjawisk na poziomie atomowym, począwszy od mechaniki kwantowej pojedynczych molekuł, po dynamikę złożonych kompleksów molekularnych. Techniki modelowania bazujące na mechanice kwantowej oraz teorii funkcjonałów gęstości (QM-DFT) są obecnie z powodzeniem stosowane do symulowania interakcji na poziomie atomowym, jednakże jedynie w odniesieniu do ograniczonej ilości atomów, we względnie krótkiej skali czasowej. Z kolei dynamika molekularna (MD) pozwala na symulacje systemów składających się z miliona atomów w milisekundowej skali czasowej. Wzrost wydajności obliczeniowej w przypadku dynamiki molekularnej jest osiągany przez zredukowany opis teoretycznych symulowanego układu – np. przez zastąpienie rozwiązań i opisów ścisłych, przez ich empiryczne aproksymacje. Bardzo często obie techniki – metoda QM-DFT oraz Dynamika Molekularna - używane są w sposób komplementarny, np. poprzez dostarczanie danych wejściowych do symulacji. W odniesieniu do powyższych metod, związki pektynowe z uwagi na niepoznaną i złożoną strukturę stanowią doskonały obiekt badań modelowych. Ze względu na skalę symulowanych układów większość obliczeń tej klasy obiektów przeprowadzana jest z wykorzystaniem dynamiki molekularnej, mechaniki molekularnej oraz metod empirycznych.  W ostatnim czasie, naszemu zespołowi udało się zaprezentować symulację eksperymentu AFM na oligomerze kwasu galakturonowego, przeprowadzoną z wykorzystaniem metody chemii kwantowej bazującej na teorii funkcjonałów gęstości (DFT) połączonej z tzw. optymalizacją geometrii wymuszonej (EGO)  stosowaną do symulowania efektu oddziaływania sił zewnętrznych na strukturę molekuł.