مدل‌سازی مولکولی

نمونه ای از یک مدل سازی مولکولی

مدل‌سازی مولکولی(به انگلیسی: Molecular modelling) به کلیه تکنیک های تئوری و محاسباتی گفته می‌شود که در آن رفتار یک یا چند مولکول به وسیله مدل های گرافیکی مطالعه می شود.این تکنیک ها در علومی چون شیمی محاسباتیو داروسازی به کار می رود.از کامپیوترها برای انجام مدل سازی مولکولی استفاده می‌شود. ویژگی مشترک روشهای مدل سازی مولکولی ، توصیف سطح اتمی سیستم های مولکولی است. این ممکن است شامل رفتار اتم‌ها به عنوان کوچکترین واحد فردی (یک رویکرد مکانیک مولکولی) ، یا مدل کردن پروتون ها و نوترون ها با کوارک ها ، ضد کوارک ها و گلون ها و الکترون های خود با فوتون های آن باشد (یک رویکرد کوانتومی شیمیایی).

نحوه‌ی مدل‌سازیویرایش

مولکول‌ها را می‌توان در خلا ویا در یک حلال مانند آب مدل کرد. شبیه‌سازی سیستم‌ها در خلاء شبیه‌سازی فاز گازی و شبیه‌سازی در حضور مولکول های حلال را شبیه سازی در فاز حلال گفته می شود.

مکانیک‌های مولکولیویرایش

مکانیک مولکولی یکی از جنبه های مدل سازی مولکولی است ، زیرا شامل استفاده از مکانیک کلاسیک (مکانیک نیوتنی) برای توصیف پایه فیزیکی در پشت مدل ها است. مدل‌های مولکولی به طور معمول اتم‌ها را به عنوان بار نقطه‌ای با میزان جرم مشخص توصیف می کنند. فعل و انفعالات بین اتم‌های همسایه با پیوندهای شیمیایی و نیروهای واندروالسی توصیف شده است. پتانسیل لئونارد-جونز معمولاً برای توصیف دومی استفاده می‌شود؛از طرفی برهم‌كنش‌های الكترواستاتيک براساس قانون كولون محاسبه مي‌شوند. به اتم‌ها مختصات در فضای دکارتی اختصاص می‌یابد همچنین از این طریق می‌توان در شبیه سازی های پویا سرعت را تعیین کرد. سرعت اتمی مربوط به دمای سیستم ، یک مقدار ماکروسکوپی است؛ این متغیر مربوط به انرژی کل سیستم است که یک مقدار ترمودینامیکی که برابر با مجموع انرژی های پتانسیل و جنبشی می‌باشد. روش‌هایی که انرژی پتانسیل را به حداقل می رسانند ، روشهای به حداقل رساندن انرژی نامیده می شوند و روش‌هایی که رفتار سیستم را با انتشار زمان مدل می کنند ، مکانیک‌های مولکولی نامیده می‌شوند. [۱] فعاليت پروتئین‌ها به ساختمان سه بعدی آن‌ها بستگی دارد، اما موقعيت دقيق اتم‌ها به دليل حرکت‌های حرارتی دائماً در حال تغيير است. اطلاعات مربوط به ساختمان سه بعدی پروتئین‌ها که با روش‌های تجربی به دست می‌آید در واقع ميانگينی از رويدادهايی است که به طور لحظه‌ای در مولکول اتفاق می‌افتند و به همين دليل بسياری از جزئيات لازم برای درک سازوکار عمل پروتئين را روشن نمی‌کند. از اين منظر ساختمان سه بعدی يک مولکول پروتئينی يک ساختار منحصر به فرد نيست، بلکه مجموعه‌ای از ساختارهای نزديک به هم است که با گذشت زمان به هم تبديل می‌شوند و همه آن‌ها بايد در محاسبه‌ها و تحلیل‌های مربوط به مطالعه نحوی عمل پروتئین‌ها در نظر گرفته شوند. در حال حاضر شواهد کافی وجود دارد که حرکت‌های درون مولکولی پروتئین‌ها برای تأمين نيازهای مختلف مراحل متعدد سازوکار عمل يک مولکول، پويايی لازم را فراهم می‌کنند. اين شواهد همچنين نشان می‌دهند که حرکت‌های درون مولکولی در تمام جهت‌های فضا يکسان نيستند و حرکت‌هایی که اهميت بيشتری برای عمل پروتئين دارند با احتمال بالاتری روی می‌دهند. با توجه به اهميت اين حرکت‌ها در تاخوردگی پروتئین‌ها فعاليت آنزيمی و اتصال و شناسايی مولکولی، مطالعات مکانیک مولکولی راهی اساسی برای شناخت رابطه‌ی حرکت‌های مولکول و نحوه کارکرد آن است. يافتن عوامل ساختاری که به حرکت‌های درون مولکولی جهت می‌دهند يک گام اساسی برای شناخت رابطه ساختمان و عمل پروتئین‌هاست که در حال حاضر يکی از اولویت های پژوهش‌های زيست شناسی است و به ویژه برای مهندسی و طراحی پروتئين مهم است.

کاربرد‌هاویرایش

مدل سازی مولکولی یکی از سریعترین زمینه های علم از نظر رشد است. این ممکن است از ساخت و تصویر‌سازی مولکول های ساده در سه بعد (3D) تا انجام شبیه سازی‌های پیچیده رایانه ای بر روی پروتئین‌ها و نانوساختارهای بزرگ متفاوت باشد. مدل سازی مولکولی مجموعه‌ای از تکنیک‌های مبتنی بر رایانه برای رانندگی ، بازنمایی و دستکاری در ساختارها و واکنش های مولکول ها و آن دسته از خصوصیات وابسته به این ساختارهای سه بعدی است. روشهای مدل سازی مولکولی اکنون به طور معمول برای بررسی ساختار ، پویایی ، خصوصیات سطح و ترمودینامیک سیستمهای معدنی ، بیولوژیکی و پلیمری مورد استفاده قرار می گیرند. انواع فعالیتهای بیولوژیکی که با استفاده از مدل سازی مولکولی مورد بررسی قرار گرفته اند شامل انحنای پروتئین ، کاتالیز آنزیم ، پایداری پروتئین ، تغییرات ساختاری مرتبط با عملکرد بیومولکولی و شناخت مولکولی پروتئین ها ، DNA و مجتمع های غشایی است. در نیم قرن اخیر که بیشتر تمرکزها روی حوزه بیولوژی می باشد، بررسی ساختار و عملکرد ماکرومولکول‌های زیستی از مهمترین اهداف این حوزه و مطالعات مرتبط می باشد. بررسی های بعدی نشان که ماکرومولکولهای زیستی دارای دینامیک ساختاری می باشند. یکی از مهم‌ترین بحث هایی که مطرح شد این می‌باشد که درواقع دینامیک ساختاری باعث اتفاقات بالا از جمله انحنای پروتئین‌ها می شود. یعنی پروتئین در مسیر تاخوردگی باید پویایی داشته باشد، یا اگر بخواهد عملکرد مناسب ارائه دهد می‌بایست پویایی ساختاری داشته باشد. [۲]

جستارهای وابستهویرایش

منابعویرایش

  1. «Molecular Dynamics».
  2. «شبیه‌سازی مولکولی».