NUS beräkningskemister har utvecklat en metod som snabbt kan identifiera vilka interaktioner mellan grupper av molekyler, eller mellan delar av en mycket stor molekyl, är små och kan ignoreras. Detta gör att interaktioner mellan molekyler kan beräknas mer effektivt och exakt.

Många kroppseffekter, som hänvisar till det kollektiva beteendet hos ett stort antal interagerande beståndsdelar, krävs för en noggrann beskrivning av både strukturen och dynamiken hos stora kemiska system som en proteinmolekyl, eller beskriva egenskaperna hos polära lösningsmedel i bulk. Oftast, dock, dessa effekter ignoreras helt enkelt eftersom det finns ett stort antal möjliga interaktioner mellan de olika beståndsdelarna och det är vanligtvis inte uppenbart vilken av dessa som skulle ha en betydande effekt. Vanligtvis, när effekterna på många kroppar ignoreras, uppskattningar måste göras i ett försök att redogöra för dem. Å andra sidan, Att behöva beräkna alla möjliga många-kroppsinteraktioner i stora kemiska system använder en enorm mängd beräkningsresurser.

Ett team ledd av prof Ryan BETTENS från Institutionen för kemi, NUS har utvecklat en generell metod som snabbt kan identifiera en liten uppsättning trimer (trekroppar) och tetramer (fyrakroppar) interaktioner som är ansvariga för den stora majoriteten av dessa högre kroppseffekter i stora kemiska system. Detta uppnås genom att snabbt och noggrant bestämma den maximala möjliga interaktionen varje enskild trimer och tetramer kan göra med den övergripande interaktionen. Om den maximala möjliga interaktionen för en trimer eller tetramer är för liten för att ge ett betydande bidrag till den totala interaktionsenergin i ett stort system, det ignoreras. På det här sättet, antalet beräkningar som krävs kan minskas med några storleksordningar och ändå ge mycket exakta resultat.

När du arbetar med beräkningen av effekter på många kroppar, forskarna fann också två huvudorsaker till betydande interaktioner med många kroppar. Först, många kroppsinduktion fortplantar sig i icke-förgrenande vägar. Detta innebär att växelverkan mellan kropparna sker på ett kedjeliknande sätt, en efter en. Andra, linjära arrangemang av kroppar främjar inriktningen av molekylär polaritet (laddningsdipol) vilket förstärker många kroppsinteraktioner. Som ett resultat, molekyler tenderar att ha kompakta och utsträckta linjära arrangemang. Kompakta arrangemang gynnas på grund av de många korta, icke-förgrenade vägarna som förbinder kropparna. Förlängda linjära arrangemang är också att föredra eftersom de gynnar dipolinriktning.

Prof Bettens sa, "Denna studie ger en noggrann förklaring om hur kooperativa effekter (synergistiska interaktioner) ger ökad stabilitet i spiraler, vilket gör dem till en av de vanligaste strukturerna i biomolekyler. Dessa spiraler främjar inte bara linjär dipolinriktning, men deras kedjeliknande struktur överensstämmer med hur många kroppsinduktion fortplantar sig."