Ligand‐Induced Electronic Response Enables Predictive QM/MM Simulations

碎片分子轨道 桥接(联网) 计算机科学 量子 量子化学 分子动力学 预测能力 功率(物理) 分子轨道 协议(科学) 电子结构 片段(逻辑) 生物系统 计算模型 统计物理学 量子化学 计算科学 算法 化学
作者
Nichika Ozawa,Nahoko Kuroki,Hiroyuki Mori
出处
期刊:Advanced Science [Wiley]
卷期号:: e19137-e19137
标识
DOI:10.1002/advs.202519137
摘要

Predictive modeling of large molecular systems demands methods that combine quantum accuracy with scalability. Although hybrid quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) simulations offer such a framework, their predictive power has been limited by the subjective and system-specific definition of the QM region. Here, we present an electronically informed protocol that objectively defines QM regions from ligand-induced orbital shifts and charge-redistribution, extracted in a single semiempirical fragment molecular orbital (FMO) calculation. Validated on both zeolite-guest and enzyme-inhibitor complexes, the method achieves chemical accuracy (within ∼1-2 kcal/mol on binding energies) while substantially reducing computational cost at the DFTB level. This cross-domain strategy reframes QM/MM as a transferable design principle, bridging solid-state catalysis and quantum biochemistry, and thereby providing a practical platform for predictive molecular engineering across diverse disciplines.
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