Перегляд вихідного коду сторінки Комп'ютерне молекулярне моделювання

'''Комп'ютерне молекулярне моделювання''' ({{lang-en|computer-assisted molecular modeling}})&nbsp;— охоплює всі методи, теоретичні та обчислювальні, використовувані для моделювання або імітування поведінки молекул. Ці методи використовуються в області обчислювальної хімії, розробки ліків, обчислювальної біології та науки про матеріали для вивчення молекулярних систем, починаючи від невеликих хімічних систем до великих біологічних молекул і комбінацій матеріалів. Найпростіші розрахунки можуть бути виконані вручну, але важкі обчислення виконуються на комп'ютерах, необхідні для виконання молекулярного моделювання. Загальна риса методів молекулярного моделювання є описом атомістичного рівня молекулярних систем. Це може включати в себе обробку атомів як найменший окремої одиниці (молекулярно механічний підхід), або в явному вигляді моделювання електрона кожного атома (квантово хімічний підхід).

== Молекулярна механіка ==
[[Молекулярна механіка]] є одним з аспектів молекулярного моделювання, оскільки воно відноситься до застосування [[механіка|класичної механіки]] ([[Ньютон|механіки Ньютона]]), щоб описати фізичну основу за моделями. Молекулярні моделі зазвичай описують атоми (ядра і електрони колективно) у вигляді точкових зарядів з відповідною масою. Взаємодії між сусідніми атомами описуються як пружиного типу (які мають [[хімічний зв'язок]]) і [[Сили Ван дер Ваальса|Ван-дер-Ваальса]]. [[Леннард-Джонс]] зазвичай використовується для опису останнього. Електростатичні взаємодії обчислюються на основі [[закон Кулона|закону Кулона]]. Атомам присвоюються координати в декартовій системі координат або в [[координати|внутрішніх координатах]], а також можуть бути призначені швидкостями в динамічних моделях. Атомні швидкості пов'язані з температурою системи, макроскопічної величини. Колективний [[Вираз (математика)|математичний вираз]] називається [[потенційна функція (значення)|потенційною функцією]] і пов'язаний з системою внутрішньої енергії (U), термодинамічної величини, яка дорівнює сумі потенційної і кінетичної енергій. Методи, які зводять до мінімуму потенційну енергію, називаються методами мінімізації енергії (наприклад, [[найшвидшого спуску]] і [[пов'язані градієнти]]), в той час як методи, що моделюють поведінку системи з поширенням часу, називається [[молекулярна динаміка]]

: <math>E = E_\text{bonds} + E_\text{angle} + E_\text{dihedral} + E_\text{non-bonded} \, </math>

: <math>E_\text{non-bonded} = E_\text{electrostatic} + E_\text{van der Waals} \, </math>

Ця функція, трактується як [[potential function (disambiguation)|potential function]], обчислює молекулярну потенційну енергію як суму енергетичних термінів, що описують відхилення довжин зв'язків, валентних кутів і торсіонних кутів від рівноважних значень, плюс точки для Несвіт занних пар атомів, що описують ван-дер-Ваальса і електростатичних взаємодій.

== Методи ==

=== 3D-RISM ===
3D розподіл функцій взаємодії сайтів навколо розчиненої молекули визначається з 3D-RISM інтегрального рівняння

: <math>h_{\gamma}(r)=\sum_{a}\int d\textbf{r}'c_{a}(\textbf{r}-\textbf{r}')\chi_{a\gamma}(r'),</math>

де <math>h_{\gamma}(\textbf{r}),\,\,c_{\gamma}(\textbf{r})</math>&nbsp;— тривимірна повна та пряма кореляційні функції (TCF та DCF) сайту <math>\gamma</math> навколо молекули відповідно; <math>\chi_{a\gamma}(r)</math>&nbsp;— «сайт-сайт»-об'ємна сприйнятливість розчинника; індекси <math>a,\gamma</math>&nbsp;— сорти взаємодіючих сайтів розчинника<ref>{{Cite book|title=Crystal Nguyen,Takeshi Yamazaki,Andriy Kovalenko,David A. Case,Michael K. Gilson ,Tom Kurtzman ,Tyler Luchko - A molecular reconstruction approach to site-based 3D-RISM and comparison to GIST hydration thermodynamic maps in an enzyme active site, https://doi.org/10.1371/journal.pone.0219473 .|last=|first=|year=|publisher=|location=|pages=|language=|isbn=}}</ref>.

== Програмне забезпечення ==

=== AmberTools ===
AmberTools складається з декількох модулів, які можуть працювати незалежно. У можливості входить моделювання молекулярної динаміки<ref>{{Cite book|title=Luchko T, Gusarov S, Roe DR, Simmerling C, Case DA, Tuszynski J, et al. Three-Dimensional Molecular Theory of Solvation Coupled with Molecular Dynamics in Amber. J Chem Theory Comput. 2010;6: 607–624. pmid:20440377.|last=|first=|year=|publisher=|location=|pages=|language=|isbn=}}</ref><ref>{{Cite book|title=Kovalenko A. Multiscale Modeling of Solvation. In: Breitkopf C, Swider-Lyons K, editors. Springer Handbook of Electrochemical Energy. Springer Berlin Heidelberg; 2017. pp. 95–139. https://doi.org/10.1007/978-3-662-46657-5_5.|last=|first=|year=|publisher=|location=|pages=|language=|isbn=}}</ref>. Пакет AmberTools є безкоштовним.

=== Chimera ===
UCSF Chimera&nbsp;— програма для інтерактивної візуалізації та аналізу молекулярних структур із пов'язаних із ними даних, включаючи карти щільності, траєкторії й вирівнювання послідовностей. Можуть бути створені високоякісні зображення та анімація. Химера є безкоштовною із [http://plato.cgl.ucsf.edu/trac/chimera/browser/trunk відкритим програмним кодом] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20200612193116/http://plato.cgl.ucsf.edu/trac/chimera/browser/trunk |date=12 Червня 2020 }}.

=== ChemDraw ===
ChemDraw&nbsp;— професійний редактор хімічної графіки. Входить до пакета [[ChemOffice]] від [[CambridgeSoft]].

Можливості:

* Створення й редагування хімічних структур й обладнання.
* Розширені графічні функції (3D).
* Можливість конвертації назви сполуки у структуру, та навпаки, назва сполуки по структурі (за [[IUPAC]]).
* Симуляція ЯМР-спектрів.
* Засоби перевірки хімічних формул та структур.
* Зручна база шаблонів часто застосовуваних макроструктур та обладнання.
* Модуль ChemDraw/Excel.
* Плагін ActiveX для браузера із можливістю пошуку в онлайн-базі даних хімічних сполук CambridgeSoft.

=== Gamess ===
'''[[GAMESS (US)|Gamess (General Atomic and Molecular Electronic Structure System)]]'''&nbsp;— програмний пакет, призначений для розрахунку енергії, геометрії й структури молекул, фізичних характеристик наноструктур й опису механізмів хімічних реакцій (наприклад, дисоціація, синтез).

За допомогою програми реалізується множина алгоритмів для різних обчислювальних методів квантової хімії, які мають різний ступінь точності й обчислювальної навантажуваності, починаючи від простіших й швидких напівемпіричних методів AM1 та PM3 до більш точних, але вимагаючих більших обчислювальних ресурсів PCQDPT, MP4(SPTQ).

== Див. також ==
* [[Молекулярне моделювання]]
* [[Сольватація]]
* [[Рідкі кристали]]
* [[Полімери]]

== Посилання ==
* [http://www.nazdor.ru/topics/medicine/western/current/450503/ Компьютерное молекулярное моделирование белков] {{ref-ru}}
* [http://www.lnu.edu.ua/ Посилання на університет] {{Webarchive|url=https://web.archive.org/web/20101217154617/http://lnu.edu.ua/ |date=17 Грудня 2010 }}

== Примітки ==
{{reflist}}

== Література ==
* {{Глосарій термінів з хімії}}
* Опейда Й.&nbsp;О.&nbsp;Математичне та комп'ютерне моделювання в хімії: підручник / Й.&nbsp;О.&nbsp;Опейда.&nbsp;— Вінниця: ДонНУ, 2015.&nbsp;— 388 с.

{{Розділи хімії}}

{{Chem-stub}}

[[Категорія:Молекулярне моделювання]]