Сибирские ученые промоделировали на суперкомпьютере процесс роста кристаллов серотонина, известного как «гормон счастья»

Химикам из Сибирского отделения РАН удалось сделать серьёзный ход к пониманию того, по каким законам выстраиваются молекулы в кристаллах, выращенных из разных сред. Их изучение размещено в издании Computational and Theoretical Chemistry (COMPTC), работа производилась при помощи Российского научного фонда (РНФ).

Как вылечить перелом в 4 раза стремительнее

По какой причине переломы заживают так же продолжительно, как и сто лет назад, как нанотехнологии и титановый сплав смогут это поменять, как клетка кости выбирает собственную…

Грант РНФ разрешил совершить трехлетнее изучение роли жидкостей в превращениях с участием кристаллов разных веществ при большом давлении и при обычных условиях. Эта работа — часть этого проекта. Без соответствующей помощи Российского научного фонда не было бы возможности не только совершить последовательность экспериментов и расчётов в данной области, но и по большому счету заняться столь увлекательной и перспективной темой, интенсивно развивающейся за границей. Достаточно заявить, что самим своим существованием коллектив исполнителей в его настоящем виде обязан поэтому данному гранту — большинство участников проекта привлечена к работе по нему в Университете химии механохимии и твёрдого тела (ИХТТМ) СО РАН в качестве совместителей из вторых организаций.

Сравнительно не так давно были опубликованы результаты международного «слепого теста» — соревнования, в котором разные научные группы пробовали угадать экспериментальную кристаллическую структуру, применяя лишь суперкомпьютеры и соответствующие расчетные способы.

Каждому участнику присылалась молекулярная формула вещества, по окончании чего он должен был выдать координаты атомов трехмерной структуры. Ответ данной поразительно непростой задачи означало бы, что кристаллическую структуру любого вещества возможно взять, не прибегая к особым (и весьма дорогим) устройствам, легко «сидя за компьютером».

Результаты соревнований кристаллографов из раза в раз постоянно совершенствуются, однако на сегодня нельзя сказать, что предсказаниям кристаллической структуры программными способами возможно абсолютно доверять, поскольку процент неточностей все еще высок. Обстановка кроме этого усложняется тем, что для того чтобы рода расчеты применяют огромные временные и вычислительные ресурсы.

Но основная неприятность содержится кроме того не в этом. Учеными продемонстрировано, что, не обращая внимания на важную предсказательную силу программ, сейчас ни одна из них не опирается на способы получения предсказанных структур в настоящих условиях.

Витамины от рака

Про то, какие конкретно наночастицы смогут превращать инфракрасное излучение в ультрафиолетовое, что оказывает помощь витамину В2 (рибофлавину) концентрироваться в…

Иначе говоря кроме того зная, какая кристаллическая структура обязана появиться, ученые до сих пор не смогут конкретно сообщить, как поэтому взять ее в лаборатории.

«Угадать структуру кристалла до начала опыта на сегодня весьма сложно», — пояснил «Газете.Ru» научный сотрудник Университета химии механохимии и твёрдого тела (ИХТТМ) СО РАН и Новосибирского национального университета Денис Рычков, отметив, что сложнее всего дело обстоит с предсказанием структуры кристаллов органических молекул, которое бы учитывало настоящие условия их кристаллизации, в частности природу растворителя.

Рычков с сотрудниками решил узнать, по каким законам растут кристаллы солей серотонина, известного «гормона счастья», имеющего громадное значение для биологических процессов и для фармацевтики.

Совершив математическое моделирование, на которое ушло около месяца машинного времени, ученые заключили , что геометрия молекулы серотонина и кристаллическая структура солей зависят от метода получения кристалла. При помощи суперкомпьютера они изучили поведение молекулы серотонина в водном растворе и сравнили с поведением той же молекулы в вакууме. Химики выяснили, как энергия молекулы зависит от ее пространственного строения в тех либо иных случаях.

«Несложнее говоря, стало известно, что геометрия оказавшейся молекулы в кристалле весьма близка к преимущественной геометрии в растворе, из которого его выращивали», — растолковал Рычков. Он утвержает, что до этого влияние растворителей никак не учитывалось учеными при предсказании структур выращенных кристаллов.

«Не вызывает чувств только одно слово — «бобовый»

Какие конкретно чувства вызывают у людей слова «вкусный», «перегарный», «цветущий» и возможно ли измерить эти эмоции…

«"наверное," его нужно учитывать, в силу того, что строение кристалла зависит не только от того, какие конкретно в нем молекулы и как они взаимодействуют, но и от того, как происходила кристаллизация из раствора», — добавил ученый.

Авторы предполагают, что это утверждение справедливо не только для молекул серотонина, но и для большинства кристаллов, выращенных из раствора. Полученный вывод внесет вклад в развитие предсказательных способов кристаллографии и окажет помощь сократить разрыв между теоретически предсказанными кристаллическими их получением и структурами в лаборатории.

Как мы знаем, что одинаковые химические вещества смогут существовать в разных полиморфных модификациях (к примеру, бриллиант, графен, графит), образуя разные кристаллические упаковки. Так, при постоянном химическом составе кристаллы владеют разными особенностями. Это же свойство отмечается у органических кристаллов, довольно часто используемых в молекулярных материалах, к примеру в фармацевтике. От обоюдной ориентации молекул смогут зависеть такие ответственные особенности лекарств, как растворимость, свойство прессоваться и другие.

«В этом мост между локальной проблемой и задачами фармацевтики предсказания структуры кристаллов», — пояснил Рычков.

Эта работа проводилась в научной группе Елены Болдыревой (ИХТТМ СО РАН) при тесном сотрудничестве с Сибирским суперкомпьютерным центром, Университетом катализа (ИК СО РАН), Университетом химической биологии и фундаментальной медицины (ИХБФМ СО РАН) и Университетом Эдинбурга (Англия).

Случайное видео:


Интересные записи