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mw-headline" id="Grundlagen">Grundlagen[Bearbeiten | < Quelltext bearbeiten] Ob Chemotherapie, Chemininformatik, Chemotherapie oder Chemininformatik (Englisch: Chemotherapie, Chemininformatik, Chemieinformatik oder Chemiinformatik ) ist ein Fachgebiet, das das Fachgebiet Physik mit den Verfahren der Computerwissenschaften kombiniert, um Verfahren zur Bestimmung molekularer Eigenschaften zu erforschen und zu erproben. Die Bezeichnung "Chemoinformatik" ist verhältnismäßig neu, während sich die alten Begriffe Computerchemie (abgeleitet aus dem Englischen: Computational Chemistry) und Chemiegrafiktheorie auf das selbe Fachgebiet beziehen (Lit. : Bonchev/Rouvray, 1990).

Heute wird die Informatik vielmehr als ein Zweig der Theorie und Quantentheorie verstanden. Für viele Anwendungsfälle reicht bereits die sogenannte Verbindungstabelle, in der die Verbindungsart zwischen den Einzelatomen eines Moleküles gespeichert ist, als deren Darstellung aus. Letzteres ist vor allem dann erforderlich, wenn z.B. in der Medizinchemie Interaktionen mit Biomolekülen wie z. B. Eiweißen erforscht werden sollen.

Der theoretische Chemieraum aller pharmazeutisch wirksamen organischen Moleküle wird auf etwa 1060 Moleküle geschätz. Bei dieser Schätzung wurden nur Moleküle mit den Bestandteilen Carbon, Oxygen, Stickstoff y Sulphur und einer Molmasse von weniger als 500 g/mol unterstellt (Lit. : Bohacek, 1999). Die beiden theoretisch chemisch relevanten Bereiche übertreffen damit bei weitem die bisher synthetisierte Molekülmenge (Lit. : Lahana, 1999).

Computergestützte Verfahren können jedoch viele tausend Moleküle in silico ( "in silico") auswerten, ohne sie vorher für Labormessungen herstellen zu müssen. Bei einem großen Teil der Applikationen hat sich die Repräsentation als Verbindungstabelle auf Basis der Wertigkeitsstrukturtheorie etabliert. Ein Beispiel für eine Bindetabelle ist Acesulfam im Standard-Format Melfile von MDL.

In den Linien 5-14 sind die x-, y- und z-Koordinaten und die Elementkennungen der einzelnen Atomarten angegeben, in den Linien 15-24 die Bindetabelle mit den Anfangs- und Endeatomen jeder Verbindung und dem Bondtyp. Neben der Bindetabelle können 3D-Koordinaten für reale vorhandene Molekülstrukturen durch Röntgenstrukturanalysen bestimmt werden. Ist dies nicht möglich oder ist ein Molekülkörper physikalisch nicht vorhanden, können 3D-Koordinaten mindestens annähernd direkt aus der Bindetabelle durch wiederholte Energieminimierungsrechnungen für unterschiedliche Konfigurationen eines Molekülkörpers generiert werden.

Auch sie werden direkt aus der Bindetabelle nach allgemeingültigen Regeln des Chemikalienzeichens berechnet, spiegeln aber selten die realen Raumverhältnisse in einem Molekült. Methoden, die keine Erfahrungswerte erfordern, werden ab initio-Methoden genannt. Semi-pirische Prozeduren beinhalten Erfahrungswerte und andere semi-pirische Kenngrößen, die durch Theorieverfahren ermittelt wurden, sich aber nicht mehr auf messbare Kenngrößen beziehen.

Grundsätzlich sind ab initio-Methoden für kleine Moleküle anwendbar. Semi-pirische Techniken zeigen ihre Kraft in mittleren (100 Atome) Moleküle. Die semiempirischen Techniken sind beispielsweise MNDO und AM1. Wie gut Ab initio-Methoden die Moleküleigenschaften errechnen können, richtet sich im Kern nach dem Grundsatz der Atommenge, d.h. wie gut und mit wie vielen Einzelfunktionen die atomaren Orbitale repräsentiert werden.

Ein Beispiel für solche Vorgehensweisen sind: In semi-pirischen Methoden wird ein großer Teil der Integralen des Hartree - Fock-Formatums vernachlässigt, andere werden durch Spektralwerte, Kenngrößen oder parameterisierte Funktionalitäten approximiert. Zur Anwendung der Theorie auf chemikalische Fragen musste der bestehende Regularismus stark reduziert werden. Bei der Hückel' Annäherung handelt es sich um den einfachsten halbmpirischen Zugang, da sie überhaupt keine Ganzzahlen errechnet.

Bewährte und auch heute noch vielfach verwendete Techniken zählen zur Kategorie der NDDO-Approximation (Neglect of Diatomic Differential Overlap): MNDO (Modified Neglect of Differential Overlap), AM1 (Austin Model 1), PM3 (Parametrised Procedure 3). Bei kritischen Kalkulationen wurden semi-pirische Techniken mit CI und MCSCF verknüpft. Damit können Reaktionshemmnisse und ganze Energieströme von komplexen Reaktanden berechnet werden (MNDO/CI, MNDO/MCSCF).

Bei semiempirischen Verfahren liegt die Grenze in der Parametrisierung: Tatsächlich können mit den abgeschlossenen Verfahren nur solche Anlagen berechnet werden, die in gleicher Form im Parametrierdatensatz vorkamen. Computerunterstützte Repräsentation von Moleküle und die quantenmechanische Bestimmung ihrer physikalischen Größen. Verfahren zum Verständnis der Systematik der Interaktion zwischen molekularer Struktur und Stoffeigenschaften (QSPR).

Die Kodierung von Moleküle wird mit Hilfe von geeigneten Verfahren erarbeitet. Deshalb leistet die Chemieinformatik einen wesentlichen Beitrag zur Verbesserung der Führungsstrukturen in den Bereichen der Pharmachemie und der Medizinischen Chemie. Der Schwerpunkt liegt dabei auf der Verbesserung der Führungsstrukturen. Die technische Chemie nutzt Gruppenbeitragsverfahren, um Materialeigenschaften wie normale Siedepunkte, wichtige Parameter, Oberflächenspannungen und mehr zu schätzen. Molekularmodellierung befasst sich zum Beispiel mit der Erstellung von Mustern von unbekannten Makromolekülen aus Vorlagen von ähnlichen, bekannten Moleküle (Homologiemodellierung), der Interaktion zwischen kleinen und großen Moleküle (Rezeptordocking), die QSAR ermöglichen, der Molekulardynamik und der Ent-wicklung von energieminimierten 3D-Molekülstrukturen (Bergsteigeralgorithmus, Simulationsabkühlung, Molekularmechanik, etc.).

Ein enger Zusammenhang besteht zur Analyse- und Chemotherapie. Durch vergleichbare Arbeitsmethoden besteht ein enger Zusammenhang zur Informatik, wobei eine eindeutige Abgrenzung oft nicht klar ist. Das Computerchemieprogramm basiert auf unterschiedlichen quantentheoretischen Techniken zur Auflösung der Molekül-Gleichung Schrödinger. Semi-pirische und abstrakte Anleitungen. Sämtliche beschriebene Vorgehensweisen und Vorgehensweisen sind in handelsüblichen Software-Paketen bereitstellen.

Das ArgusLab ist als kostenloses Softwareprogramm für den Eintritt in die Informatik geeignet.

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