مزایای روشهای محاسباتی و مدلسازی:

 

– نظر منفی روشهای محاسباتی قاطع است.

نظر مثبت روشهای محاسباتی به معنی شاید است!

– این روشها سریع ترین و کم هزینه ترین روشها نسبت به سایر روشها می باشند.

شیمی محاسباتی :

 

استفاده از روشهای ریاضی، آماری، محاسبات عددی و رایانه‌ای در حل معادلات تعادلی و معادلات حرکتی مربوط به پدیده‌های فیزیکی و شیمیایی

ابزار شیمی محاسباتی را می توان به چهار دسته کلی تقسیم کرد که عبارتند از :

                           

1- روشهای مکانیک مولکولی  (MM) :

 

فقط هسته اتم ها را در نظر می گیریم و هدفمان پیدا کردن صورتبندی است که کمترین انرژی پتانسیل را دارد مثلا به کمک برنامه   Hyperche                         

 2- روش مونت کارلو(MC):

 

 انتخاب محتملترین توزیع ها از بین توزیع کاتوره ای ذرات در فضا

3–روشهای دینامیک مولکولی (MD)

 فقط هسته اتم ها را در نظر می گیریم و هدف بررسی تغییرات هندسه سیستم در طول زمان  و بر اساس مکانیک کلاسیک وحل عددی قانون دوم نیوتن می باشد. 

 

 4- روشهای ساختار الکترونی: هر دوی الکترون ها و هسته اتم ها در نظر می گیریم به بررسی توزیع  الکترونها را در یک مولکول می پردازد و متکی بر حل معادله شرودینگر است و سه بخش آن عبارتند از :

 

 روشهای از آغاز (ab  inititio)،

 

روشهای نیمه تجربی((Semiemperical  و نظریه تابعیتی چگالی Density function theory))          

 

    مثلا به کمک برنامه گوسین یا برنامه Games یا برنامه Orca  یا …

 

 5- روشهای هیبریدی مکانیک مولکولی-کوانتوم مکانیک(Molecular Mechanic- Quntum Mechanic )

مدل برای مولکول: 

 از گلوله ( اتم) و فنر( پیوند)  تشکیل شده است

 

با کشیدن و جمع شدن پیوند ها انرژی پتانسیل مولکول تغییر می کند

 

پیوند های مولکول همیشه در حال ارتعاش هستند بنابراین مولکول همیشه دارای انرژی پتانسیل و جنبشی می باشد

 

( انرژی نقطه صفر ZPE= انرژی جنبشی مولکول در اثر ارتعاش پیوند ها در صفر کلوین )

 

– مولکولها در حالت طبیعی طول پیوندها و یا فاصله اتم ها را از هم طوری تعیین می کنند که مولکول در کمترین انرژی

 

 پتانسیل قرار بگیرد ، البته مولکول های واقعی بعلت ارتعاش دائمی پیوند ها در کمترین انرژی پتانسیل قرار نمی گیرند بلکه

 

 در نزدیکی آن قرار می گیرند و شماری از تراز های انرژی را اشغال می کنند.

 

با تغییر همزمان همه پیوند ها در یک مولکول یک سطح چند بعدی بدست می آید که به آن سطح انرژی پتانسیل می گویند

 

میدان نیرو(Force field):

عبارت ریاضی برای انواع بر هم کنش های موجود در یک سامانه که میدان نیروسنگ بنای شبیه سازی رایانه ای است..

تابع پتانسیل را به چند قسمت می توان تقسیم کرد:

پتانسیل های پیوندی

پتانسیل های غیر پیوندی

پتانسیل های ترکیبی

 پتانسیل های ویژه

 

پتانسیل کشش پیوند:

 

تابعی از طول پیوند و ثابت پیوند می باشد

 

– پتانسیل  هامونیک یا هماهنگ یا هوک

 

پتانسیل خمش زوایا:

 بستگی به زاویه بین دو اتم دارد و بر اساس قانون هوک است 

زوایه چرخشی یا  دیهدرال  :

زاویه  بین صفحه  ABC و صفحه BCD یا زاویه حاصل از چرخش پیوند کووالانسی BC که تعیین کننده  ساختار پروتئین ها (صورتبندی یا کونفورماسیون )

پتانسیل های ترکیبی

از ترکیب دو نوع پتانسیل پیوندی بوجود می آید ، مثل کشش – کشش، کشش-خمش،  کشش- پیچش و .. در بعضی از میدانهای نیرو از جمله های ترکیبی نیز استفاده می کنند

 

روش محاسبه بار (q)  یک اسید آمینه یا یک پروتئین

بار یک اسید آمینه =  محیط Pka-pH

 

pH  ایزوالکتریک یک اسید آمینه =

pH ایزو الکتریک یک پروتئین  (PI)    :

 pH  ای که بار پروتئین در آن صفر می شود و رسوب می کند و در میدان الکنریکی متوقف می شود

 

pH بهینه یک پروتئین  =

pH ای که در آن رزیدو های اکتیو سایت و رزیدو های سطح پروتئین بار مناسبی دارندو آنزیم حداکثر فعالیت خود را دارا می باشد

مزاج غذا ها ، طبع انسان ، الکالوز ، اسیدروز

 

محاسبه ثابت دی الکتریک موثر محیط:

 

محاسبه جهش در یکی از رزیدو های کلیدی اکتیو سایت   :

 

 تغییر  pH  بهینه عملکرد پروتئین :

 

محاسبه پتانسیل  الکتریکی القاء شده  توسط جهش : محاسبه ثابت دی الکتریک موثر محیط

 

 

هنگرد های ترمودینامیکی:

 

تمام خواص ترمودینامیکی یک سامانه  تابع موقعیت اتم های آن و اندازه حرکت( سرعت) اتم های آن مولکول می باشد

 

فضای فاز : فضای چند بعدی که هر نقطه از آن یک موقعیت و سرعت خاص برای یکی از اتم های سامانه می باشد.

 

برای یک سامانه N اتمی فضای فاز N6 بعدی است. در دینامیک مولکولی از فضای فاز نمونه برداری می کنیم.

 

هنگردهای آماری متداول:

 

کانونی کوچک ( بندادی) طا کانونیکال:   NVE

 

2- کانونی:  NVT

 

3- هم دما –هم فشار : NPT

4- کانونی بزرگ :