Kood: FKKM 04.001

Aineprogramm: KVANTBIOLOOGIA JA KVANTFARMAKOLOOGIA

QUANTUM BIOLOGY AND QUANTUM PHARMACOLOGY

Aste: MAGISTRIÕPE
Loenguid: 15 x 1h = 15h
Suunatud: valik
Harjutusi, seminare: 5 x 3h = 15h
Ainepunkte: 2.5 AP
Praktilisi töid: -
Kontrolli vorm: arvestus
Kontrolltöid: 1
Seminaritöid, referaate: 30 x 1 = 30h
 
Eeldusained:
kohustuslikud: Teoreetiline keemia (kood FKKM 04.002)
soovitatavad: Teoreetilise keemia tarkvara (kood FKKM 04.009)
 
Programmi koostas: professor MATI KARELSON
 

Annotatsioon:

Kursuses käsitletakse kaasaegseid teoreetilise keemia rakendusi bioloogias ja biomeditsiinis.

Programm:

Sissejuhatus:

Kaasaegsed teoreetilise keemia meetodid võimaldavad arvutada rahuldava täpsusega üsnagi suurte molekulide mitmesuguseid omadusi. Seetõttu kasutatakse nimetatud meetodeid laialdaselt mitmesuguste bioloogiliselt aktiivsete madal-molekulaarsete ühendite ja biopolümeeride omaduste ning vastasmõju kirjeldamiseks. Käesolevas kursuses käsitletakse tähtsamaid teoreetilise keemia bioloogilisi ja biomeditsiinilisi rakendusi. Tutvutakse mitmesuguste metoodiliste lähenemiste ning vastava arvutitarkvaraga.

Molekulide omaduste kvantkeemiline arvutus. Molekulidevahelise vastasmõju elektrostaatilised ja kvantkeemilised mudelid. Vastasmõju laengu ja dipooli, dipooli ja dipooli vahel ning molekulidevaheline dispersioonvastasmõju. Molekulide reaktsiooni-võime teoreetilised karakteristikud. Reaktsiooniteede arvutus mudelsüsteemides.

Kvantitatiivsete sõltuvuste leidmine molekulide struktuuri ja nende bioloogilise aktiivsuse vahel. Empiiriline ja teoreetiline lähenemine kvantitatiivsetele struktuur-aktiivsus sõltuvustele (QSAR). Vaba energia lineaarsused. Keemiliste ühendite elektroonsed ja steerilised substituendikonstandid ja solvendi parameetrid. Keemiliste ühendite teoreetilised konstitutsioonilised, geomeetrilised ja topoloogilised molekulaar-deskriptorid. QSAR leidmine suurte deskriptorbaaside korral. Kvantkeemilised deskriptorid, nende geneetiline ja füüsikaline klassifikatsioon. Keskkonna mõju lahustunud aine geomeetrilisele ja elektronstruktuurile ning molekulaardeskriptoritele. Teoreetiline lineaarne solvatatsioonienergiate sõltuvus (TLSER).

Molekulaarmehhaanika põhiprintsiibid. Globaalse ja lokaalsete miinimumide leidmine molekuli potentsiaalse energia pinnal. Molekulide tõenäoseima konformatsiooni genereerimise meetodid - dünaamiliselt optimeeritud Monte Carlo meetodid ja simulated annealing. Molekulide jõuväljade teoreetiline ja empiiriline konstrueerimine. Jõuväljad kondenseeritud keskkondades.

Molekulide konformatsioonjaotuse leidmine bioloogilistes keskkondades molekulaardünaamika meetodite abil. Klassikaline (Newton-Euleri) ja kvantmolekulaar-dünaamika. Valkude ja nukleiinhapete tertsiaarse struktuuri genereerimine projektsioon-meetodite ja neurovõrkude abil. Molekulide elektrostaatiliste väljade võrdlev analüüs (ComFA).

Vastasmõjud retseptori ja ligandide vahel, nende uurimine kombineeritud kvantmehhanika ja molekulaardünaamika meetodite abil. Aktiivtsentri kvantmehhaaniline uurimine. Vesinikside bioloogilistes süsteemides. Retseptori ja ligandi vahelise vastasmõju teoreetilise analüüsi kasutamine uute bioloogiliselt aktiivsete preparaatide väljatöötamisel.

Elektronide ülekanne bioloogilistes süsteemides. Vabade radikaalide omadused bioloogilistes keskkondades. Merostabilisatsioon. Fotosünteesi detailse mehhanismi tähtsamad iseärasused. Molekulide ergastatud olekud. Fotodünaamilise teraapia alused, fotodünaamiliste terapeutiliste agentide teoreetiline molekulaardisain.

Mutageensete keemiliste ühendite toime teoreetiline käsitlus. Mutageenste ühendite ja nukleiinhapete vastasmõju kvantmehhaniline ja molekulaardünaamiline uurimine. Nukleotiidide ja nukleiinhapete alusete tautomeeria. Mutageneesi tautomeerne mehhanism. Tautomeerste tasakaalude teoreetiline arvutus kondenseeritud (bioloogilistes) keskkondades.

Kirjandus

1 E. Clementi and C. Corongiu, Methods and Techniques in Computational Chemistry: METECC-95, STEF, Cagliari, 1995

2. E. Clementi, Methods and Techniques in Computational Chemistry: METECC-94, , vol. C, STEF, Cagliari, 1994

3. Proceedings of the International Symposium on Quantum Biology and Quantum Pharmacology, Int. J. Quant. Chem. 1990, No. 17.

4. Proceedings of the International Symposium on Quantum Biology and Quantum Pharmacology, Int. J. Quant. Chem. 1991, No. 18.

5. Proceedings of the International Symposium on the Application of Fundamental Theory to Biology and Pharmacology, Int. J. Quant. Chem. 1992, No. 19.

6. Proceedings of the International Symposium on the Application of Fundamental Theory to Biology and Pharmacology, Int. J. Quant. Chem. 1993, No. 20.

7. Proceedings of the International Symposium on the Application of Fundamental Theory to Biology and Pharmacology, Int. J. Quant. Chem. 1994, No. 21.

8. Proceedings of the International Symposium on the Application of Fundamental Theory to Biology and Pharmacology, Int. J. Quant. Chem. 1995, No. 22.

9. Proceedings of the International Symposium on the Application of Fundamental Theory to Biology and Pharmacology, Int. J. Quant. Chem. 1996, No. 23.

10. Proceedings of the International Symposium on the Application of Fundamental Theory to Biology and Pharmacology, Int. J. Quant. Chem. 1997, No. 24.

11. Proceedings of the International Symposium on the Application of Fundamental Theory to Biology and Pharmacology, Int. J. Quant. Chem. 1998, No. 25.