Mekanika Molekul

Mekanika molekul merupakan sebuah metode empiris yang digunakan untuk menyatakan energi potensial dari molekul sebagai fungsi dari variabel geometri. Elektron tidak dipertimbangkan secara eksplisit dan fungsi energi potensial bergantung pada posisi dari inti. Fungsi energi potensial ini merupakan pendekatan tipe Born Oppenheimer yang menyatakan energi potensial permukaan pada tingkat inti atom. Dalam hal ini gerakan elektron dihitung sebagai rerata relatif terhadap pengaruh gerakan inti. Sistem elektronik dimasukkan secara implisit dengan pemilihan parameter yang didasarkan pada data eksperimen (Harno D Pronowo, 2001).

Pada metode ini molekul digambarkan sebagai kumpulan atom yang berinteraksi dengan atom yang lain dengan fungsi analitik sederhana yang didasarkan pada persamaan mekanika klasik. Parameter yang digunakan dalam perhitungan energi diturunkan dari data base struktur yang diperoleh secara eksperimen dan atau metode mekanika kuantum. Persamaan dan parameter yang digunakan untuk mendefinisikan potensial energi permukaan sebuah molekul dalam mekanika molekular merujuk pada sekumpulan angka yang dinamakan medan gaya (Force Field) (Harno D Pronowo, 2001).

Secara umum medan gaya disusun untuk suatu golongan molekul yang spesifik dan medan gaya yang dapat digunakan untuk semua golongan senyawa belum tersedia sampai sekarang. Medan gaya ini berbeda dalam bentuk fungsional dari pernyataan analitik dan dalam himpunan parameternya. Beberapa contoh medan gaya antara lain AMBER, CHARMM, GROMOS, MM3 (Harno D Pronowo, 2001). Model mekanika molekul dikembangkan untuk mendiskripsikan struktur dan sifat-sifat molekul sederhana. Bidang aplikasi mekanika molekul meliputi:

1. Molekul yang tersusun oleh ribuan atom.
2. Molekul organik, oligonukleotida, peptida dan sakarida.
3. Molekul dalam lingkungan vakum atau berada dalam pelarut.
4. Senyawa dalam keadaan dasar.
5. Sifat-sifat termodinamika dan kinetika (melalui dinamika molekul).
   

Kecepatan komputasi mekanika molekul memungkinkan kita untuk menerapkannya dalam docking protein, pencairan energi konformasi dan dinamika molekul yang membutuhkan evaluasi energi yang sangat banyak (Harno D Pronowo, 2001). Metode mekanika molekul didasarkan atas prinsip-prinsip berikut:

1. Inti dari atom dipandang sebagai partikel bak atom (atom-like).
2. Pertikel bak atom tersebut berbentuk sferis (jari-jari diperoleh dari data eksperimen) dan muatan.
3. Interaksi didasarkan pada potensial klasik dan pegas (hukum hooke).
4. Interaksi harus dispesifikasikan terlebih dahulu untuk atom-atom yang dipelajari.
5. Interaksi menentukan distribusi ruang dari pertikel dan energinya.
   

Model mekanika molekul (MM) atom-atom dipandang sebagai model pejal dan ikatan antar atom sebagai pegas. Persamaan deformasi pegas dapat digunakan untuk mendeskripsikan energi potensial merentang (strech), membengkok (bend) dan memilin (twist) (Harno D Pronowo, 2001).

Model MM juga dapat menghitung energi atom-atom tak berikatan (non bonded atom) yang berinteraksi melalui tolakan van der Waals dan tolakan elektrostatik. Sifat-sifat tersebut di atas paling mudah untuk digambarkan secara matematis jika atom-atom dipandang sebagai bola dengan jari-jari yang spesifik (Harno D Pronowo, 2001).

Pada prinsipnya metode MM meramalkan energi berkaitan dengan konformasi molekul, akan tetapi energi MM tidak memiliki makna sebagai kuantitas mutlak, hanya perbedaaan energi antara dua atau lebih konformasi yang mempunyai arti. Persamaan energi MM secara sederhana dapat dinyatakan sebagai berikut (Harno D Pronowo, 2001):

Energi = Energi rentangan + Energi bengkokan + Energi torsi + Energi interaksi tak berikatan

Persamaan di atas bersama-sama dengan data eksperimen yang diparameterisasi dalam rangka menggambarkan perilaku bermacam-macam atom dan ikatan disebut dengan Force-Field (medan gaya). Sampai saat ini bermacam-macam medan gaya telah dikembangkan. Untuk menyempurnakan ketelitian model MM tersebut, beberapa medan gaya melibatkan perhitungan coupling antara ikatan dan rentangan antar ikatan-ikatan yang berdekatan. Bentuk persamaan matematis dari suku-suku energi bervariasi dari satu medan gaya ke medan gaya yang lain (Harno D Pronowo, 2001).