Molekulové modelovanie je pokusom simulovať určité vlastnosti molekúl na ich lepšie pochopenie. Molekulové modelovanie predstavuje numerické určenie štruktúrnych vlastností, energetiky alebo aj dynamiky molekulového systému prostredníctvom modelu založeného na súbore geometrických konfigurácií, ktoré sa získali numerickým výpočtom.

Jedným z dôvodov uskutočnenia molekulového modelovania je reprodukcia a kvalitatívna (a pokiaľ možno aj kvantitatívna) predpoveď fyzikálnochemického správania sa molekúl a makromolekúl. Molekulové modelovanie umožňuje určiť energetické rozdiely medzi konformérmi, oceniť vplyv rozpúšťadla na konformáciu alebo chemickú reakciu a vypočítať rozdiely v energiách rôznych molekulových komplexov. Z týchto dôvodov sa o molekulové modelovanie zaujímajú nielen teoretickí chemici, ale aj odborníci v kryštalografii, spektroskopii, anorganickí a organickí chemici, biochemici, makromolekuloví chemici, biológovia, farmakológovia a farmaceuti.^[1][2]

Modely vo vede majú rozličnú povahu. Poznáme štyri typy modelov.

• Prvý typ slúži predovšetkým na zjednodušenie, t.j. ohraničenie analýzy zložitého systému na javy, o ktorých sa predpokladá, že sú najdôležitejšie.
• Modely slúžia aj ako didaktické ilustrácie veľmi zložitých javov, ktoré nie sú ľahko dostupné. Pri akejkoľvek interpretácii sa však musí brať do úvahy skutočnosť, že model úplne nepredstavuje skutočnú realitu.
• Tretí typ modelov využíva mechanickú analógiu založenú na skutočnosti, že zákony klasickej mechaniky sú úplne definované. Modely, ktoré využívajú zjednodušený princíp molekulovej mechaniky na opis mikrosveta, sa vyvinuli do viacerých podôb. Ich platnosť sa dá overiť experimentálne a dajú sa použiť na predpovedanie nových javov a vlastností. Takéto modely sa nazývajú aj empirickými. K tejto skupine patria napr. metódy silového poľa. Parametre empirických modelov sa optimalizujú takým spôsobom, aby čo najlepšie opisovali realitu. Empirické modely neposkytujú explicitne informácie vyplývajúce z nemechanických príspevkov (napr. informácie o distribúcii elektrónov v molekule). Takéto príspevky sú však čiastočne obsiahnuté v empirických korekciách. Toto potvrdzuje aj skutočnosť, že empirické modely sú často blízke realite.
• Štvrtý typ modelu predstavuje matematické modelovanie. Tieto modely sa používajú na simuláciu rôznych procesov (napr. kinetická simulácia jednotlivých stupňov chemickej reakcie, simulácia vplyvu prostredia a pod.) Vhodným výberom parametrov je možné uskutočniť kinetickú simuláciu reálnych procesov.

Didaktické modely slúžia ako pomôcka na znázornenie štruktúry a vlastností molekúl. V prípade malých molekúl grafická reprezentácia je výsledkom kvantovochemického výpočtu. Pri zložitých systémoch (bielkoviny) molekulová štruktúra predstavuje zložitý problém. Molekulové modelovanie nám umožňuje študovať interakciu medzi malou molekulou a makromolekulou (táto oblasť molekulového modelovania našla najväčšie použitie pri projektovaní nových liečiv s podporou počítačov) a jednoduchší prípad interakcie dvoch makromolekúl so známou 3D štruktúrou.^[3] Na vizualizáciu molekulových modelov a ich vlastností sa využíva molekulová grafika^[4].

Referencie

1. ↑ Höltje, H.-D., Sippl, W., Rognan D., Folkers, G. Molecular Modeling: Basic Principles and Applications, 3rd Edition, Wiley-VCH 2008. ISBN 978-3-527-31568-0
2. ↑ Remko, M. Molekulové modelovanie. Princípy a aplikácie. SAP Bratislava, 2000. ISBN 80-88908-62-0
3. ↑ Cohen, C. N., Guidebook On Molecular Modeling In Drug Design. Academic Press; 1 edition, 1996. ISBN 0-12-178245-X
4. ↑ Brickmann, J., Exner, T. E., Keil, M., Marhoefer, R. Molecular Graphics - Trends and Perspectives. J. Mol. Modeling 6(2), 2000, 328-340 DOI 10.1007/s0089400060328

Pozri aj

Chemický portál Biologický portál

• Molekulová grafika
• Molekulový model
• Metóda Monte Carlo