Αρχές Υπολογιστικής Χημείας

Abstract

Σε αυτό το βιβλίο, ορίζονται το πεδίο έρευνας της Μοριακής Μοντελοποίησης και η επικουρία πληροφοριών που παρέχει στα πειραματικά αποτελέσματα (Κεφάλαιο 1). Αναπτύσσεται η σημασία της διαμορφωτικής ανάλυσης στον Ορθολογικό Σχεδιασμό Νέων Φαρμάκων, καθώς και η σύζευξή της με πειραματικά δεδομένα (Κεφάλαιο 3) και οι διαμορφωτικές μέθοδοι ανάλυσης. Συγκεκριμένα, συζητείται η συνεισφορά της Μοριακής Δυναμικής, Εξονυχιστικής Ανάλυσης, Ελαχιστοποίησης ενέργειας (Κεφάλαιο 4) και Monte Carlo (Κεφάλαιο 8). Περιλαμβάνονται προσεγγίσεις της Κβαντομηχανικής (Κεφάλαιο 6) και Μοριακής Μηχανικής (Κεφάλαιο 8) για τον υπολογισμό της ενέργειας και της διαμορφωτικής ανάλυσης των μορίων. Οι δυνάμεις που συνεισφέρουν στην αλληλεπίδραση φαρμακευτικών μορίων με τα κέντρα δράσης τους αποτελούν κεφάλαιο ουσιώδους σημασίας. Στο ίδιο κεφάλαιο αναπτύσσονται και οι αρχές που διέπουν τους αναπτυσσόμενους αλγορίθμους (Κεφάλαιο 7). Ο πεπτιδομιμητισμός αποτελεί ένα ειδικό κεφάλαιο, λόγω της τεράστιας σημασίας του στον σχεδιασμό και στη σύνθεση καινοτόμων φαρμακευτικών μορίων. Ως παράδειγμα παρατίθεται η ιστορία ανάπτυξης πεπτιδομιμητικών φαρμάκων στο σύστημα ρενίνης–αγγειοτασίνης (Κεφάλαιο 5). Το βιβλίο συμπεριλαμβάνει ένα ειδικό κεφάλαιο το οποίο αναφέρεται στη μοντελοποίηση των λιποειδών διπλοστιβάδων και διαμεμβρανικών υποδοχέων, καθώς αυτά αποτελούν κέντρα στόχους των Φαρμακευτικών Μορίων (Κεφάλαια 2 & 9). Τέλος, στο Κεφάλαιο 10 παρατίθενται ορισμένα γενικά συμπεράσματα και μελλοντικές προοπτικές για τον κλάδο της Μοριακής Μοντελοποίησης. Τα κεφάλαια συνοδεύονται από αρκετές ερωτήσεις, ασκήσεις και κριτήρια αξιολόγησης, ώστε να εμπεδωθεί επαρκώς η περιεχόμενη ύλη. Σε κάποιες από τις ερωτήσεις παρέχονται απαντήσεις με σκοπό τον έλεγχο του βαθμού κατανόησης της ύλης που αναλύεται στα κεφάλαια. Είμαστε πεπεισμένοι ότι ο μεγάλος αριθμός ερωτήσεων, παραδειγμάτων και ασκήσεων βοηθά τόσο τους καθηγητές όσο και τους φοιτητές στην κατανόηση των πτυχών της Μοριακής Μοντελοποίησης οι οποίες αναπτύσσονται.

In this book, the research sector of Molecular Modeling is defined and its contribution to experimental chemistry is extensively analyzed (Chapter 1). Moreover, the importance of computational analysis in the Rational Drug Design of novel compounds is described, as well as its role in complementing the experimental results (Chapter 3). In particular, the contribution of Molecular Dynamics, Extended analysis, Energy Minimization (Chapter 4), and Monte Carlo methods (Chapter 8) to the drug design process is thoroughly discussed. Quantum (Chapter 6) and Molecular mechanical approaches (Chapter 8) are analyzed for the energy calculation and the conformational search of chemical compounds. Furthermore, the forces that govern the interactions of the pharmaceutical molecules with their macromolecule targets are discussed. In the same chapter, the developing algorithms which are used to describe molecular binding are illustrated (Chapter 7). Peptidomimetics is a separate chapter because of its major importance in synthesizing and designing new pharmaceutical molecules. The main example in the history of peptidomimetics resides in the renin-angiotensin system (Chapter 5). In addition, the book includes a specific chapter for the molecular modeling of lipid bilayers and transmembrane receptors, since they act as potent targets for a variety of different drugs (Chapters 2 & 9). Finally, Chapter 10 illustrates some general examples and future insights for the Molecular Modeling research sector. The chapters are accompanied by many questions, exercises, and tests, so the students can understand computational chemistry concepts. Answers are also offered for some of the questions, to aid the students understand the studying material of each chapter. We are sure that the adequate number of questions, examples, and exercises is quite helpful for both the professors and the students in understanding the concepts of Computational Chemistry and Molecular Modeling.