Вычислительная химия является новым направлением науки, находящимся на стыке нескольких научных областей знания, которая направлена на моделирование химических процессов с помощью мощных и современных математических вычислительных технологий. Здесь применяются разные вычислительные методы, основанные на математических и статистических приближениях реальных процессов для прогнозирования, моделирования и анализа поведения на молекулярном и атомарном уровнях. Вычислительная химия может быть использована для изучения структуры и свойств молекул, а также для моделирования возможных путей реакций и динамики химических систем. Методы вычислительной химии используются для помощи в разработке и оптимизации новых лекарственных молекул, материалов и катализаторов.
Она может использоваться для изучения химии на более глубоком уровне, исследуя физические и химические принципы, лежащие в основе экспериментально наблюдаемых явлений. Она находит применение в самых разных областях, таких как фармацевтические и биотехнологические исследования, разведка нефти и газа и химическое машиностроение.
Вычислительная химия использует различные вычислительные методы и алгоритмы. Наиболее распространенными методами являются молекулярная механика и квантовая механика. В молекулярной механике создаются молекулярные модели для моделирования движения и взаимодействия атомов в молекулах. Эти методы используются для расчета энергии силового поля молекулы и позволяют исследовать возможные пути реакции и динамику.
В квантовой механике уравнение Шредингера решается точно для определения энергетических уровней изолированных молекул или твердых тел. Этот метод используется для изучения электронной структуры, энергий связей и реакционной способности атомов и молекул. Он также применяется для расчета взаимодействия света с атомами или молекулами и может быть использован для моделирования спектроскопических экспериментов и теоретической фотохимии.
В целом, вычислительная химия – это важная область современной химии, использующая математику, вычисления и статистику для изучения и анализа поведения молекул на атомном уровне. Она имеет широкий спектр применения и является бесценным инструментом для исследователей как в промышленных, так и в академических условиях.
Ученые НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива научились управлять свойствами пиридохиназолинов – веществ, которые могут стать основой лекарств против опухоли мозга. Результаты исследования опубликованы в высокорейтинговом научном журнале «Cancers».
Сегодня большинство лекарств создаются, как правило, методом практического подбора химических соединений, проявляющих нужные свойства. Но если научиться «приспосабливать» молекулы к молекулярным механизмам болезни, ученые смогли бы разрабатывать лекарства осознанно, а не только эмпирически.
Сотрудники Лаборатории хемоинформатики и молекулярного моделирования Института интеллектуальных кибернетических систем НИЯУ МИФИ поставили перед собой задачу научиться управлять свойствами химических соединений, которые могли бы стать основой противоопухолевых лекарств, сообщил соруководитель лаборатории Александр Штиль.
В сотрудничестве с исследователями университета г. Клермон-Ферран (Франция) ученые НИЯУ МИФИ изучили свойства пиридохиназолинов – соединений, зарекомендовавших себя как активных блокаторов белков двух семейств, важных для жизнеспособности опасной опухоли мозга – глиобластомы.
Белки, которые блокируются пиридохиназолинами, управляют транскрипцией генов. Поэтому блокировать транскрипцию – шанс убить глиобластому, пояснил Александр Штиль.
«Мы установили, что одна-единственная химическая замена в молекуле пиридохиназолина изменяет спектр белков-мишеней: предпочтение получают другие мишени, и у лекарства появляются новые свойства. Следовательно, можно будет прицельно выбирать кандидата из серии веществ-“заготовок”», – отметил он.
Для решения этой задачи соруководитель лаборатории София Борисевич и научный сотрудник Маргарита Ильина провели масштабные теоретические расчеты с применением методов современной вычислительной химии. Они выяснили, как можно объяснить «смену предпочтений» белка-мишени, а значит, управлять механизмом действия лекарства-кандидата.
Экспериментальное подтверждение расчетов выполнили сотрудники Института биоорганической химии им. акад. М.М. Шемякина и Ю.А. Овчинникова РАН. Используя высокопроизводительные методы молекулярного анализа, они изучили взаимодействие лекарства-кандидата с клетками глиобластомы пациентов.
Ранее авторы исследования в составе международного научного коллектива установили возможность продления жизни лабораторных мышей с трансплантированной опухолью мозга, которым вводили исследуемое соединение (см. doi.org/10.1038/s41556-022-00994-w).
Источник информации: Национальный исследовательский ядерный университет МИФИ
Автор: Наталья Сафронова
Источник: https://scientificrussia.ru/
