NUS computationele chemici hebben een methode ontwikkeld die snel kan identificeren welke interacties tussen groepen moleculen, of tussen delen van een zeer groot molecuul, zijn klein en kunnen worden genegeerd. Hierdoor kunnen de interacties tussen moleculen efficiënter en nauwkeuriger worden berekend.

Veel-lichaamseffecten, die verwijzen naar het collectieve gedrag van een groot aantal op elkaar inwerkende bestanddelen, zijn vereist voor een nauwkeurige beschrijving van zowel de structuur als de dynamiek van grote chemische systemen zoals een eiwitmolecuul, of het beschrijven van de eigenschappen van bulk polaire oplosmiddelen. Meest voorkomend, echter, deze effecten worden eenvoudigweg genegeerd omdat er een enorm aantal mogelijke interacties is tussen de verschillende bestanddelen en het meestal niet duidelijk is welke van deze een significant effect zou hebben. Typisch, wanneer de veellichameneffecten worden genegeerd, benaderingen moeten worden gemaakt in een poging om ze te verklaren. Anderzijds, het berekenen van alle mogelijke interacties tussen veel lichamen in grote chemische systemen vereist een enorme hoeveelheid computerbronnen.

Een team onder leiding van Prof Ryan BETTENS van de afdeling Chemie, NUS heeft een algemene methode ontwikkeld die snel een kleine set van trimeer (drie-lichamen) en tetrameer (vier-lichamen) interacties kan identificeren die verantwoordelijk zijn voor de overgrote meerderheid van deze hogere lichaamseffecten in grote chemische systemen. Dit wordt bereikt door snel en nauwkeurig de maximaal mogelijke interactie te bepalen die elk afzonderlijk trimeer en tetrameer kan maken met de algehele interactie. Als de maximaal mogelijke interactie voor een trimeer of tetrameer te klein is om een ​​significante bijdrage te leveren aan de totale interactie-energie in een groot systeem, het wordt genegeerd. Op deze manier, het aantal benodigde berekeningen kan met enkele ordes van grootte worden verminderd en toch zeer nauwkeurige resultaten opleveren.

Bij het werken aan de berekening voor veellichameneffecten, de onderzoekers vonden ook twee hoofdoorzaken voor significante interacties tussen veel lichamen. Eerst, veellichaamsinductie plant zich voort in niet-vertakkende paden. Dit betekent dat de interacties tussen de lichamen op een kettingachtige manier plaatsvinden, de een na de ander. Tweede, lineaire rangschikkingen van lichamen bevorderen de uitlijning van moleculaire polariteit (ladingsdipool) die interacties tussen veel lichamen versterkt. Als resultaat, moleculen hebben de neiging om compacte en uitgebreide lineaire arrangementen te hebben. Compacte opstellingen hebben de voorkeur vanwege de vele korte niet-vertakkende paden die de lichamen verbinden. Verlengde lineaire opstellingen hebben ook de voorkeur omdat ze dipooluitlijning bevorderen.

Prof Bettens zei:"Deze studie geeft een rigoureuze uitleg over hoe coöperatieve effecten (synergetische interacties) zorgen voor verbeterde stabiliteit in helices, waardoor ze een van de meest voorkomende structuren in biomoleculen zijn. Deze helices bevorderen niet alleen lineaire dipooluitlijning, maar hun kettingachtige structuur komt overeen met de manier waarop veel-lichaamsinductie zich voortplant."