Molekulová grafika

Molekulová grafika je vedecká disciplína, ktorá sa zaoberá štúdiom molekúl a ich vlastností prostredníctvom grafických reprezentácií.

Vytváranie syntetických obrazov počítačom má významnú úlohu pri molekulovom modelovaní. Vyvinuli sa postupy interaktívnej grafiky, t.j. techniky, ktorá umožňuje užívateľovi priamo tvoriť syntetické obrazy a modifikovať ich v reálnom čase.

Táto technika sa výhodne používa pri znázornení jemných zmien trojrozmernej štruktúry chemického systému vytvorených simulačnými programami pri štúdiu dynamických procesov a pod. Počítačové metódy molekulovej grafiky a molekulového modelovania sa spočiatku vyvíjali v dvoch odlišných vedeckých disciplínach.

 Prvou oblasťou bol farmaceutický priemysel s cieľom pochopiť vzťah medzi štruktúrou ligandu a jeho účinkom v procese projektovania nových liečiv. Táto požiadavka nasmerovala výskum do oblasti vývoja nových metód pre modelovanie receptorov, vzťahov štruktúra - aktivita, podobnosti molekúl a práce s 3D databázami.

 Druhou disciplínou, ktorá sa podieľala na vývoji molekulovej grafiky, bola kryštalografia proteínov. Pri analýze experimentálnych údajov bolo potrebné vyvinúť metódy, ktoré by umožňovali fitovanie a optimalizáciu molekulovej štruktúry z experimentálnych máp elektrónovej hustoty a následnou analýzou 3D štruktúry proteínov. Od roku 1988 tieto dve oblasti splynuli do jedného spoločného odvetvia farmaceutického výskumu projektovania ligandov na základe znalosti 3D štruktúry. V rovnakom čase nastáva prudký rast aplikácií metód molekulovej grafiky a molekulového modelovania vo väčšine prírodných vied, včítane modelovania makromolekúl a materiálov.

Metódy molekulovej grafiky a modelovania v súčasnosti predstavujú mohutný nástroj vedeckého výskumu. Je to dané tak ich fenomenologickou vyspelosťou, ako aj množstvom používaných metód a techník. Užívatelia môžu tieto metódy aplikovať v oblastiach, ako je organizácia génov a ich biologická funkcia, kryštálová štruktúrna analýza alebo spracovanie NMR údajov, syntetická organická chémia, molekulová a kvantová mechanika.

Cieľom molekulového modelovania je hľadanie a pochopenie funkcie molekuly. Je zrejmé, že celá oblasť aplikácií predstavuje veľmi vzrušujúce výskumné prostredie s každodennými výzvami na nové objavy. V pozadí tohto pokroku je dramatický vývoj hardvéru pre molekulovú grafiku a molekulovomodelovacieho softvéru a v neposlednom rade aj dramatický pokles cien takýchto systémov. Výsledkom vývoja je ľahká dostupnosť systémov pre výskumné laboratóriá, ktoré sú schopné efektívne znázorňovať a spracúvať skúmané štruktúry. Využívanie molekulovej grafiky sa stalo bežnou a niekedy aj hlavnou zložkou procesu spojeného s molekulovým projektovaním. Molekulová grafika sa svojím výsledkom môže porovnať s mikroskopom s veľmi vysokou rozlišovacou schopnosťou, pričom nejde o reálne zväčšenie molekúl, ale o molekuly zostavené počítačom. Hlavným prínosom molekulovej grafiky, okrem „vizualizácie“ molekúl, je trojrozmerná znázornenie van der Waalsových objemov a priestorových elektrostatických potenciálov zlúčenín.

Referencie 

Molekulárna fyzika
Vedecké modelovanie
Počítačová grafika