Χημειοπληροφορική

Η χημειοπληροφορική είναι διεπιστημονικό γνωστικό πεδίο, το οποίο ασχολείται με τον σχεδιασμό νέων μορίων με βελτιωμένα χαρακτηριστικά, με την χρήση σύγχρονων υπολογιστικών μεθόδων και συστημάτων. Στόχος της είναι η αυτοματοποίηση της διαδικασίας προσδιορισμού και σχεδιασμού νέων μορίων με επιθυμητές ιδιότητες, ελαχιστοποιώντας, έτσι, τον παράγοντα τύχη και τα χρονοβόρα και δαπανηρά πειράματα.

Ο προσδιορισμός της δραστικότητας, της τοξικότητας και των ιδιοτήτων των ενώσεων από τη δομή τους και χωρίς να είναι απαραίτητη η πειραματική σύνθεσή τους υπήρξε ανέκαθεν μια πρόκληση για την υπολογιστική Χημεία. Οι τιμές της δραστικότητας και των υπόλοιπων ιδιοτήτων είναι χρήσιμες για το σχεδιασμό, τον έλεγχο και την κατανόηση των χημικών αντιδράσεων, την πρόβλεψη της τοξικότητας και τις επιπτώσεις των χημικών ουσιών, τόσο στον ανθρώπινο οργανισμό όσο και στο περιβάλλον. Υπάρχει, λοιπόν, ανάγκη για αξιόπιστες μεθόδους πρόβλεψης της δραστικότητας και των ιδιοτήτων καθώς και ανάγκη σχεδιασμού νέων μοριακών δομών με επιθυμητά χαρακτηριστικά. Στη βιβλιογραφία δεν υπάρχουν διαθέσιμες τιμές δραστικότητας/ιδιοτήτων για όλες τις χημικές ενώσεις, ενώ ο πειραματικός προσδιορισμός τους, τις περισσότερες φορές, απαιτεί υψηλό κόστος και σημαντικό χρόνο. Αυτό σημαίνει πως είναι επιτακτική ανάγκη για κατευθυνόμενη σύνθεση προς συγκεκριμένα μόρια, που έχουν σημαντική πιθανότητα να παρουσιάσουν αξιόλογες τιμές δραστικότητας / ιδιοτήτων.

Μελετώντας τη δραστικότητα κάποιων ουσιών σε συνάρτηση με τα δομικά τους χαρακτηριστικά μπορούμε να παρατηρήσουμε πως ενώσεις με παρόμοια δομή εμφανίζουν γενικά και παρόμοιες τιμές δραστικότητας/ιδιοτήτων. Οι διαφορές που προκαλούνται στη δραστικότητα/ιδιότητες όταν κάποια δομικά χαρακτηριστικά μεταβάλλονται μπορούν να συσχετιστούν θεωρητικά με κάποιες ποιοτικές σχέσεις δομής – δραστικότητας. Τέτοιου είδους σχέσεις μπορούν να εξαχθούν μελετώντας το βασικό σκελετό ενός μορίου, τη δραστικότητά/ιδιότητές του και τις μεταβολές σε αυτήν που μπορεί να προκληθούν αλλάζοντας κάποια δομικά χαρακτηριστικά όπως για παράδειγμα με την εισαγωγή στο μόριο διαφορετικών υποκαταστατών. Μια τέτοια μελέτη θα μπορούσε να προσδιορίσει για παράδειγμα ποιος υποκαταστάτης ή ποιος συνδυασμός υποκαταστατών είναι υπεύθυνος για την αύξηση ή και μείωση της δραστικότητας και σε τι βαθμό. Μια τέτοια πληροφορία θα ήταν ιδιαίτερα χρήσιμη στο σχεδιασμό ενός νέου φαρμάκου αφού με κατάλληλο σχεδιασμό της δομής θα ήταν δυνατό να επιτύχουμε συνδυασμό μεγιστοποίησης της δραστικότητας και ελαχιστοποίησης των ανεπιθύμητων ενεργειών.

Η προσπάθεια για ποσοτικοποίηση και ερμηνεία των συσχετίσεων αυτών είναι ενδεδειγμένη, προκειμένου για την συστηματικότερη μαθηματική επεξεργασία των δεδομένων, η οποία θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια επίσης πιο συστηματική αξιοποίηση των αποτελεσμάτων.

Εξωτερικοί σύνδεσμοι

• Πολυμέσα σχετικά με το θέμα Computational chemistry στο Wikimedia Commons