Предложен новый подход к определению размера атомов
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
15 статей
Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования «Национальный исследовательский университет ИТМО» — первое неклассическое высшее учебное заведение Санкт-Петербурга, один из национальных исследовательских университетов России.
Вчера, 18:07
10 минут
София Жаботинская

Таковы итоги первой фазы клинических испытаний, проведенных исследователями из Китая. Ученые уже развернули вторую фазу тестов, результаты которой станут известны через шесть месяцев.

Вчера, 20:43
5 минут
София Жаботинская

Вирусы, живущие в клетках протобактерий SAR11, могут помогать разным штаммам этих микроорганизмов обмениваться генетическим материалом и получать конкурентное преимущество.

4 часа назад
33 минуты
Александр Березин

Александр Мясников, глава Информационного центра по мониторингу ситуации с коронавирусом, заявил, что «вирус как бы фильтруется через наши иммунные силы, <...> каждый раз, попадая в очередной организм, дальше идет немного ослабленный». В связи с этим он ожидает отступления волны заражения «самой по себе». Однако целый ряд научных исследований — да и опыт пандемии «испанки» — указывают на другой, менее благостный сценарий. Попробуем разобраться, что считает наука по поводу некоторого спада в числе зараженных в России: почему он идет и когда ситуация может развернуться вспять.

Позавчера, 08:19
4 минуты
София Жаботинская

Внутрикорабельные костюмы членов экипажа Crew Dragon неудобны и выдерживают меньшие перегрузки, чем российские аналоги.

27 мая
37 минут
Александр Березин

После очень долгого перерыва США вновь пытаются запустить человека в космос своими силами. Но если с ракетами и кораблем у них сейчас все лучше, чем у стран-конкурентов, то со скафандрами не все так гладко. Они заметно неудобнее и тяжелее — что приводит к большим проблемам, вплоть до отваливающихся ногтей на пальцах астронавтов. Почему так вышло — в интервью Naked Science рассказал конструктор скафандров Николай Моисеев.

25 мая
4 минуты
София Жаботинская

Создатели препарата добровольно ввели себе собственную разработку и, как сообщает руководитель центра имени Гамалеи, добились успеха.

14 мая
6 минут
София Жаботинская

Две-три чашки кофе в день обеспечивают уменьшение как подкожного, так и висцерального жира у женщин — по сравнению с теми, кто пьет кофе реже или не пьет совсем.

18 мая
47 минут
Александр Березин

«Новая газета» обратила внимание, что в статистике столицы — эпицентра коронавирусной эпидемии в России — в апреле 2020 года виден аномальный всплеск смертей. Он в разы превышает официальные цифры гибели людей от Covid-19. Власти опять скрывают? Naked Science внимательно присмотрелся к ситуации и обнаружил, что дело совсем в другом факторе, никак не связанном с новой болезнью. Рассказываем, о чем речь.

2 мая
40 минут
Александр Березин

Криптовалюты защищены от инфляции, обесценивающей даже доллар всемеро за полвека. Их второе поколение – пока состоящее из одного только дуровского грама – еще и сможет быть повседневным средством платежей, что недоступно для биткойна. Вроде бы, все хорошо, но на самом деле внедрение конкретно этой новой технологии обещает большие потрясения всем экономикам мира. Если, конечно, Штаты не остановят этот чрезмерно амбициозный проект. Попробуем разобраться, какой из этих вариантов вероятнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

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

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: