Fürdetés a számítógéppel

A vízben levô DNS- és fehérjemolekulák szimulációja olyan modelleken alapszik, amelyek leírják a vízmolekulák egymás közti és a vizsgált biomolekulákkal való kölcsönhatásait. "Ezek a modellek néha nagyon egyszerûek" mondja Jordan. "A víz–víz kölcsönhatást leíró modelleket általában azzal tesztelik, hogy megvizsgálják, hogyan írják le a nagy mennyiségû vízben fellépô tulajdonságokat – tudniillik ezeket a kísérletekbôl már elég jól ismerjük. De biológiai rendszerekben a víz többfajta környezetet is képviselhet. A fehérjétôl távol a víz úgy viselkedhet, mint ahogy azt nagy mennyiségû víz belsejében teszi. De a fehérje közelében a szerkezet teljesen különbözô lehet. A fehérjék közelében levô vízmolekulák átlagosan kevesebb hidrogénkötésben vesznek részt, mint azok, amelyek a víztömeg belsejében vannak. Ebben az értelemben az ilyen rendszerek hasonlítanak valamelyest a klaszterekre."

A kutatók már régóta tudják, hogy a víz-klaszterekkel tesztelni lehet az olyan vízmodelleket, amelyek a kölcsönhatásokat nem makroszkopikusan írják le. A kísérleti adatok hiánya és a megfelelô pontosságú kvantumkémiai számítások bonyolultsága azonban gátolta az elôrejutást. Jordan szerint a legtöbb modell úgy kezelte a két vízmolekula közti kölcsönhatást, mintha azok a többi molekulával való kölcsönhatástól függetlenek lennének, holott köztudott, hogy ezeknek a kölcsönhatásoknak igenis van egymásra hatásuk. Például egy három vízmolekulábol álló klaszterben a két molekula közti kölcsönhatás eltorzítja a harmadik elektroneloszlását, ami viszont visszahat az elsô kettô közti kölcsönhatásra. Ahhoz, hogy megbízható modellt készíthessünk, tudnunk kell, hogyan vegyük számításba ezt a zavaró hatást, az ún. polarizációt – és ez az a pont, ahol a kvantummechanikai számítások nagy szerepet játszanak.

Jordan egyike azon maroknyi kutatónak, akik a víz-klaszterek vizsgálatához kvantummechanikát használnak. Csak napjainkra készültek olyan számítógépek, amelyek kapacitása elegendô a kis klaszterek vizsgálatához. Az ilyen számítások eredményeként megkaphatjuk a molekulák geometriai adatait, a klaszteren belüli kötési energiákat, valamint más adatokat, amelyek fontosak lehetnek a víz-kölcsönhatási modell tesztelésekor. A pittsburghi CRAY C90 lehetôvé tette, hogy elvégezzék ezeket a számításokat, amelyekhez a GAUSSIAN 92 és a Molpro programcsomagokat használták fel.

Vissza