Química

Modelado molecular en el diseño de fármacos


Mecánica molecular (cálculo del campo de fuerza)

A diferencia de los métodos QSAR comparativos, los métodos de campo de fuerza (mecánica molecular) son métodos empíricos para calcular la geometría de una molécula y la energía molecular resultante. El cálculo del campo de fuerza determina la estructura 3D energéticamente más favorable de una molécula o complejo. La mecánica molecular asume que tanto las longitudes de enlace como los ángulos de enlace generalmente asumen valores estándar. Modificar mediante fuerzas repulsivas (interacción de Van der Waals). Los cálculos del campo de fuerza se basan en algunos supuestos que, por un lado, simplifican los cálculos y, por otro, limitan las posibilidades. No se consideran los átomos reales, que consisten en núcleos y electrones, sino puntos de masa que interactúan entre sí. El programador supone que existen enlaces entre los átomos de una molécula y que estos enlaces tienen longitudes y ángulos naturales. Se supone que las moléculas ajustan su geometría de tal manera que las desviaciones de estos valores ideales sean lo más pequeñas posible. Si esto no es posible, la geometría local se deforma y se acumula energía de tensión, que se puede calcular.

En pocas palabras, uno imagina una molécula como una colección de núcleos de masa que están conectados entre sí por resortes helicoidales. En este modelo, los núcleos atómicos corresponden a los puntos de masa y los resortes helicoidales a los enlaces. Los electrones se ignoran en los cálculos, ya que se supone que siempre tienen la disposición óptima alrededor de los núcleos, esta suposición se basa en la aproximación de Born-Oppenheimer a la ecuación de Schrödinger. De esto se deduce que los núcleos atómicos son mucho más pesados ​​que los electrones y, por lo tanto, se mueven mucho más lentamente. Los movimientos, vibraciones y rotaciones de los núcleos se pueden estudiar independientemente de los electrones, ya que los electrones se mueven tan rápido que se adaptan a cualquier movimiento de los núcleos.

El campo de fuerza más simple que mejor representa la idea de un químico de las fuerzas dentro de una molécula es lo que se conoce como campo de fuerza de valencia. Esto se formula con coordenadas internas, es decir, generalmente las longitudes de enlace, los ángulos y los ángulos de torsión. Este campo de fuerza se puede refinar aún más considerando interacciones no covalentes y otras interacciones.

Las constantes de fuerza y ​​las cantidades de equilibrio utilizadas en los cálculos se determinan empíricamente mediante análisis de la estructura de rayos X o espectroscopía de RMN, infrarrojos, microondas y Raman o, en teoría, mediante la mecánica cuántica (ab initio) Cálculos ganados. Los cálculos de campo de fuerza son particularmente adecuados para estimar propiedades moleculares no eléctricas como geometría, barreras de rotación, espectros de vibración, calor de formación y cálculos de estabilidad. Dado que los cálculos suelen ser muy rápidos, la mecánica molecular se puede utilizar para modelar sistemas con miles de átomos involucrados. Sin embargo, la precisión de la mecánica molecular depende de la disponibilidad de los resultados de la medición; por lo tanto, el cálculo de nuevas estructuras moleculares puede ser completamente engañoso. El cálculo del campo de fuerza desarrolla su fuerza junto con otros métodos. Si también se aplican ciertos métodos numéricos, se puede estudiar el curso temporal del comportamiento dinámico de las moléculas (dinámica molecular) y describir la flexibilidad de las conformaciones (análisis de conformación).


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