Израелско проучване преодолява времевата бариера при химическите симулации | IT.dir.bg

17-11-2017 20-11-2018
Израелско проучване преодолява времевата бариера при химическите симулации
Снимка: Cornell University

Израелско проучване преодолява времевата бариера при химическите симулации

Очаква се откритията да проправят пътя към по-добро разбиране на зараждането на кристали и сгъването на протеини

| Редактор: Стоян Гогов 2 3243

Израелец откри, че известна практика в информационните технологии може да бъде приложена и в химията, което отваря вратите за научни пробиви в химията, геологията, фармацевтиката и разработването на нови материали, предаде израелската новинарска агенция ТПС, цитирана от БТА.

Изследователи от Университета в Тел Авив откриха, че за да се подобри извадката при химически симулации, може просто да се спре и да се стартира отново симулацията.

Изследването е ръководено от докторанта Офир Блумер в сътрудничество с професор Шломи Реувени и д-р Барак Хиршбер. Изследването е публикувано през януари в рецензираното научно списание "Nature Communications".

Симулациите на молекулярна динамика (MD) са изчислителни техники, използвани за изучаване на поведението и движението на атоми и молекули във времето. При тези симулации се използват принципите на класическата механика, като например законите за движение на Нютон, за да се проследят позициите и скоростите на отделните частици в дадена система. Чрез числено решаване на уравненията на движението симулациите на молекулярната динамика могат да дадат представа за динамичните свойства на молекулните системи в различни мащаби на дължина и време.

Симулациите, проследяващи движението на всички атоми в химични, физични и биологични системи като протеини, течности и кристали, могат да дадат представа за различни процеси и да имат различни технологични приложения, включително проектиране на лекарства.

Тези симулации обаче са ограничени до процеси, по-бавни от една милионна част от секундата. Симулациите не могат да симулират по-бързи процеси, които са ключови за други научни пробиви.

"В новото ни изследване показваме, че проблемът с времевата скала може да бъде преодолян чрез стохастично нулиране на симулациите", обяснява докторантът Офир Блумер.

Стохастичното нулиране се отнася до процес, при който една система, например случайно движеща се частица, внезапно се "нулира" или се връща в определена начална точка.

"На пръв поглед изглежда контраинтуитивно - как може симулациите да приключват по-бързо, когато се рестартират? И все пак се оказва, че времето за реакция се различава значително при различните симулации", казва Блумер. "В някои симулации реакциите протичат бързо, но други симулации се губят в междинни състояния за дълги периоди от време. Рестартирането не позволява на симулациите да заседнат в такива междинни състояния и съкращава средното време на симулацията."

Очаква се откритията да проправят пътя към по-добро разбиране на зараждането на кристали и сгъването на протеини.

Кристалното зараждане е процес, при който в разтвор, стопилка или пара се образуват малки, стабилни клъстери от атоми или молекули, които след това нарастват, за да образуват по-големи кристални структури. Скоростта и ефективността на кристалното зараждане играят важна роля при определянето на свойствата и характеристиките на получения кристал, включително неговия размер, форма, чистота и кристална структура. Разбирането и контролирането на кристалното зараждане е от съществено значение в различни области като материалознанието, химията, геологията и фармацевтиката.

Сгъването на белтъците е процесът, при който белтъчната структура придобива функционалната си триизмерна форма. Той може да бъде повлиян от фактори като температура, водороден показател (pH) и наличие на други молекули. Неправилното сгъване на белтъците може да доведе до различни заболявания, включително невродегенеративни разстройства като болестта на Алцхаймер и болестта на Паркинсон, както и до някои видове рак.

Израелско проучване преодолява времевата бариера при химическите симулации

Израелско проучване преодолява времевата бариера при химическите симулации

Очаква се откритията да проправят пътя към по-добро разбиране на зараждането на кристали и сгъването на протеини

| Редактор : Стоян Гогов 2 3243 Снимка: Cornell University

Израелец откри, че известна практика в информационните технологии може да бъде приложена и в химията, което отваря вратите за научни пробиви в химията, геологията, фармацевтиката и разработването на нови материали, предаде израелската новинарска агенция ТПС, цитирана от БТА.

Изследователи от Университета в Тел Авив откриха, че за да се подобри извадката при химически симулации, може просто да се спре и да се стартира отново симулацията.

Изследването е ръководено от докторанта Офир Блумер в сътрудничество с професор Шломи Реувени и д-р Барак Хиршбер. Изследването е публикувано през януари в рецензираното научно списание "Nature Communications".

Симулациите на молекулярна динамика (MD) са изчислителни техники, използвани за изучаване на поведението и движението на атоми и молекули във времето. При тези симулации се използват принципите на класическата механика, като например законите за движение на Нютон, за да се проследят позициите и скоростите на отделните частици в дадена система. Чрез числено решаване на уравненията на движението симулациите на молекулярната динамика могат да дадат представа за динамичните свойства на молекулните системи в различни мащаби на дължина и време.

Симулациите, проследяващи движението на всички атоми в химични, физични и биологични системи като протеини, течности и кристали, могат да дадат представа за различни процеси и да имат различни технологични приложения, включително проектиране на лекарства.

Тези симулации обаче са ограничени до процеси, по-бавни от една милионна част от секундата. Симулациите не могат да симулират по-бързи процеси, които са ключови за други научни пробиви.

"В новото ни изследване показваме, че проблемът с времевата скала може да бъде преодолян чрез стохастично нулиране на симулациите", обяснява докторантът Офир Блумер.

Стохастичното нулиране се отнася до процес, при който една система, например случайно движеща се частица, внезапно се "нулира" или се връща в определена начална точка.

"На пръв поглед изглежда контраинтуитивно - как може симулациите да приключват по-бързо, когато се рестартират? И все пак се оказва, че времето за реакция се различава значително при различните симулации", казва Блумер. "В някои симулации реакциите протичат бързо, но други симулации се губят в междинни състояния за дълги периоди от време. Рестартирането не позволява на симулациите да заседнат в такива междинни състояния и съкращава средното време на симулацията."

Очаква се откритията да проправят пътя към по-добро разбиране на зараждането на кристали и сгъването на протеини.

Кристалното зараждане е процес, при който в разтвор, стопилка или пара се образуват малки, стабилни клъстери от атоми или молекули, които след това нарастват, за да образуват по-големи кристални структури. Скоростта и ефективността на кристалното зараждане играят важна роля при определянето на свойствата и характеристиките на получения кристал, включително неговия размер, форма, чистота и кристална структура. Разбирането и контролирането на кристалното зараждане е от съществено значение в различни области като материалознанието, химията, геологията и фармацевтиката.

Сгъването на белтъците е процесът, при който белтъчната структура придобива функционалната си триизмерна форма. Той може да бъде повлиян от фактори като температура, водороден показател (pH) и наличие на други молекули. Неправилното сгъване на белтъците може да доведе до различни заболявания, включително невродегенеративни разстройства като болестта на Алцхаймер и болестта на Паркинсон, както и до някои видове рак.