Используя вычислительную химию, можно охарактеризовать движение отдельных атомов молекулы. Сегодня новейшие методы моделирования позволяют ученым количественно описывать динамику молекул и систем, содержащих сотни тысяч атомов.
Эти методы важны, прежде всего, для характеристики молекулярных состояний, которые трудно наблюдать непосредственно в эксперименте из-за их короткого времени жизни. Здесь компьютерное моделирование является источником дополнительной ценной информации.Функция белка определяется его структурой и динамикой.
Особенно важно, чтобы была известна информация, относящаяся к природе структур и молекулярных процессов в активном центре, то есть о месте, где происходят химические реакции. Образование и разрыв химических связей — это динамический процесс, который приводит к структурным изменениям. Наблюдаемая динамика обычно приводит к стабильным (низкоэнергетическим) состояниям, которые достигаются через один или несколько метастабильных (более высокоэнергетических) промежуточных этапов. Можно ли обнаружить метастабильное состояние непосредственно в эксперименте, зависит от его времени жизни.
Если он слишком короткий, доступны только косвенные методы обнаружения.Компьютер определяет атомную геометрию Теперь исследовательская группа под руководством профессора Маркуса Мевли из химического факультета Базельского университета использовала моделирование молекулярной динамики для характеристики пространственного и временного поведения белка миоглобина. Миоглобин играет важную роль в транспортировке кислорода внутри клеток и находится в основном в мышечной ткани. Монооксид азота, который образуется в клетках, является короткоживущим и реактивным мессенджером, который важен для регулирования вазодилатации при гипоксии.
«Процесс связывания окиси азота с миоглобином уже хорошо изучен экспериментально, что важно для калибровки компьютерного моделирования», — объясняет Мьюли. «Существуют также экспериментальные доказательства существования метастабильных промежуточных соединений, но наше моделирование дает представление о лежащей в основе химической структуре и динамике этих промежуточных продуктов, а значит, и о функции белка.Таким образом, вместе с экспериментальными наблюдениями компьютерное моделирование является основой для понимания сложных химических и биологических систем.
Соответственно, этот комбинированный подход также обеспечивает отправную точку для рассмотрения дальнейших вопросов; например, адаптация и оптимизация белков или активных фармацевтических агентов. Это требует понимания основных процессов на молекулярном и атомном уровне.