Предложен новый подход к определению размера атомов — Naked Science
8 минут
Университет ИТМО

Предложен новый подход к определению размера атомов

5.1

Современные методы квантовой химии не позволяли полностью и точно описывать характеристики межмолекулярных взаимодействий, что затрудняло эффективность тех или иных разработок — например, в лекарственной терапии. Но ученые из Университета ИТМО и их коллеги из РАН предложили новый метод статистического анализа силы этих взаимодействий и размеров атомов.

Предложен новый подход к определению размера атомов / ©harp-seversk.ru

Сегодня, когда новые лекарства разрабатывают на суперкомпьютерах, когда электроника работает в наномасштабе, ученым важно понимать, как ведут себя соседние молекулы по отношению друг к другу. Для этого нужно максимально точно знать эффективный размер атомов. Современные методы квантовой химии могут помочь в этом, однако их ответы либо недостаточно точны, либо их получение занимает месяцы работы суперкомпьютеров. Ученые Университета ИТМО и их коллеги из РАН предложили новый метод статистического анализа силы межмолекулярных взаимодействий и размеров атомов. Их работа попала на обложку журнала ChemPhysChem. 

С точки зрения химии все мы живем в мире постоянных межмолекулярных взаимодействий. Процесс заварки чая, переваривание еды в нашем организме, жесткость нового вида пластика – все это зависит от характера взаимодействий отдельных молекул между собой. Проблема в том, что современные методы квантовой химии не позволяют полностью и точно описывать характеристики межмолекулярных взаимодействий.

Между тем, на современном уровне науки ученым важно понимать, какова энергия межмолекулярных взаимодействий. Исследователям надо точно знать, как взаимодействуют молекулы лекарства с клетками организма, или как упакованы молекулы в новом органическом полупроводниковом материале. Небольшие изменения в характере взаимодействия между молекулами могут сделать разработку очень эффективной, или наоборот крайне неконкурентоспособной.

Химики нашли выход – чтобы определять, насколько межмолекулярные взаимодействия определяют свойства химической системы, они стали использовать принцип эффективного размера атомов, или, как их называют, Ван-дер-Ваальсовых радиусов. В этой концепции предполагается, что сближение атомов из разных молекул на расстояние меньше некоторого свидетельствует о важности соответствующего взаимодействия, в противном случае им можно пренебречь.

Однако из-за особенностей методики определения вандерваальсовых радиусов их значения оказываются занижены на 10-15 процентов. В результате в анализ химических систем зачастую закрадываются ошибки – многие важные взаимодействия отбрасываются как незначительные, что делает работу исследователей менее эффективной. Группа ученых Университета ИТМО в сотрудничестве с сотрудниками ИнЭОС РАН предложила новый метод статистического анализа, который позволяет точнее определять размер атомов.

«Как обычно рассчитывается эффективный размер атомов, – рассказывает научный сотрудник Университета ИТМО Иван Чернышов, – у нас есть данные о всех возможных вариантах взаимодействия некоторых двух атомов. Если построить на их основе график распределения межатомных дистанций, то из него можно будет увидеть усредненное расстояние, соответствующее анализируемому взаимодействию.

Однако возможно это не всегда, поэтому вместо наиболее вероятной дистанции из графика достается другая, приближенная величина. Мы смогли обойти эту проблему, придумав способ отсеивания случайных контактов от «прямых» взаимодействий, в которых на «линии взгляда» между центрами двух атомов не находятся другие, экранирующие атомы», – поясняет соавтор исследования.

Несмотря на то, что российские ученые предложили для решения сложнейшей задачи из мира квантовой химии сравнительно простой статистический метод, он позволяет получать достаточно точные данные, необходимые для оценки размеров атомов, молекул, для оценки характера межмолекулярных взаимодействий, что очень важно для современных приложений.

«Сейчас активно исследуются взаимодействия между лекарствами и белками в организме, – поясняет Чернышов, – У вас есть хорошая молекула, которая показала свою эффективность, но для реального применения ее нужно улучшить, усилив связывания с активным центром. Для этого вы берете данные об эффективных размерах атомов, и смотрите, какие из наблюдаемых вами в структуре связанного белка взаимодействия важны, а какими можно пренебречь.

Те значения, которые до настоящего момента брались, определялись эмпирически и не имели конкретного физического смысла. Наш метод позволит значительно увеличить точность расчетов, особенно для новых, не изучавшихся ранее систем».

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Университет ИТМО (Санкт-Петербург) — национальный исследовательский университет, ведущий вуз России в области информационных и фотонных технологий. Альма-матер победителей международных соревнований по программированию: ICPC (единственный в мире семикратный чемпион), Google Code Jam, Facebook Hacker Cup, Яндекс.Алгоритм, Russian Code Cup, Topcoder Open и др. Приоритетные направления: IT, фотоника, робототехника, квантовые коммуникации, трансляционная медицина, урбанистика, Art&Science, Science Communication.
Сегодня, 11:25
55 минут
Александр Березин

Два миллиона лет назад планета вошла в состояние крайне необычной неустойчивости. Раз за разом она стирала экосистемы Африки с лица земли, отчего наши предки снова и снова оказывались в сложном положении. Семьдесят тысяч лет назад их число сократилось в десять раз — ударил другой, совершенно неожиданный фактор. Пару сотен тысяч лет назад не только человечество, но вообще все наземные виды могли погибнуть от еще более разрушительной силы. 12,9 тысячи лет назад множество людей умерли и миллионы квадратных километров полностью выгорели из-за взрывов в атмосфере и огненного дождя. Как именно наш вид пережил все это?

Позавчера, 10:26
9 минут
НИУ ВШЭ

Психолингвисты из Центра языка и мозга НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Городского университета Нью-Йорка и Университета Штутгарта выяснили, чем отличается чтение на русском языке у разных групп читателей. Для этого они впервые использовали новый для билингвизма метод сравнения движения глаз взрослых носителей русского языка, русскоязычных детей и взрослых билингвов с разным уровнем владения языком.

10 часов назад
5 минут
Илья Ведмеденко

Снимки демонстрируют интерьер новой российской атомной многоцелевой субмарины — К-561 «Казань», принадлежащей к проекту 885М «Ясень-М».

15 июня
4 минуты
Сергей Васильев

Галактические нити крупномасштабной структуры Вселенной тянутся на сотни миллионов световых лет — и, как оказалось, вращаются, увлекая в движение все свои галактики.

Позавчера, 10:26
9 минут
НИУ ВШЭ

Психолингвисты из Центра языка и мозга НИУ ВШЭ совместно с коллегами из Городского университета Нью-Йорка и Университета Штутгарта выяснили, чем отличается чтение на русском языке у разных групп читателей. Для этого они впервые использовали новый для билингвизма метод сравнения движения глаз взрослых носителей русского языка, русскоязычных детей и взрослых билингвов с разным уровнем владения языком.

Позавчера, 16:35
9 минут
Мария Азарова

Шотландские исследователи провели когортный анализ: они сравнили риск госпитализации при заражении индийским и британским штаммами коронавируса, а также определили, кого вариант из Индии поражает чаще всего.

24 мая
23 минуты
Ольга Иванова

«Сексуальную революцию совершили задние сиденья автомобилей», – заявил в свое время американский общественный деятель Джерри Рубин. И ошибся. Раскрепощение нравов происходило задолго до появления машин, причем много раз. Оно напоминает движение маятника. Как и почему вершились «секшал революшнс» и стоим ли мы на пороге нового витка сексуальности или же нас ждет ужесточение морали? Об этом – в нашем материале.

9 июня
4 минуты
Ольга Иванова

Международная команда исследователей изучила геологию и условия существования самого большого моря в истории планеты — Паратетиса.

27 мая
51 минута
Александр Березин

Хотя в прессе много пишут об исключительно редких «побочках» от вакцин, практика показывает, что бояться надо совсем другого. Самым страшным врагом привитого остается... коронавирус. Даже после вакцин Pfizer или Moderna от него иногда умирают — и подобных случаев уже сотни. Разумеется, среди непривитых таких на порядки больше, но погибшим и членам их семей от этого не легче. Еще хуже то, что две из трех российских вакцин, похоже, защищают от ковида намного слабее Pfizer и Moderna. Это довольно странно с учетом того, что третий российский препарат в этом плане не уступает западным аналогам. Почему российские власти финансируют миллионные тиражи слабой вакцины, имея в распоряжении вполне полноценную?

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: