Paisaxe de enerxía

En física, química e bioquímica, unha paisaxe de enerxía (energy landscape) é un mapa de todas as posibles conformacións dunha entidade molecular, ou as posicións especiais de moléculas que interaccionan nun sistema, e os seus correspondentes niveis de enerxía, tipicamente enerxía libre de Gibbs.

As paisaxes de enerxía son útiles cando se examina o pregamento de proteínas. Aínda que unha proteína pode existir teoricamente nun número case infinito de conformacións ao longo da súa paisaxe de enerxía, en realidade as proteínas préganse (ou "reláxanse") en estruturas secundarias e terciarias que posúen a enerxía libre menor posible. O concepto chave ao estudar o pregamento das proteínas por medio de paisaxes de enerxía é a hipótese do funil de pregamento (folding funnel).

En modelos para estudar o vidro, o mínimo local dunha paisaxe de enerxía corresponde a estados de baixa temperatura metaestables dun sistema termodinámico.

Definición formal

Matematicamente, unha paisaxe de enerxía é unha función continua $f:X\to \mathbb {R}$ que asocia cada estado físico cunha enerxía, onde $X$ é un espazo topolóxico.

No caso continuo, $X=\mathbb {R} ^{n}$, onde $n$ é o número de graos de liberdade do sistema. O gráfico dunha paisaxe de enerxía continuo é unha hipersuperficie en $\mathbb {R} ^{n+1}$.

Os montes e vales nas paisaxes de enerxía corresponden a máximos e mínimos locais de $f$, respectivamente.

Exemplo macroscópico

Unha bisagra ben aceitada que se mova ben ten un grao de liberdade, polo que a súa paisaxe de enerxía é unha función $f:\mathbb {R} \to \mathbb {R}$. Se a bisagra dunha porta non foi colocada perfectamente, a porta pode moverse e cerrarse soa, ou abrirse, ou quedar parada nun ángulo determinado parcialmente aberta, se a deixamos que se mova libremente. Estes ángulos corresponden a estados de mínima enerxía do sistema, que serían os vales na paisaxe de enerxía.