مقایسه روش های اختلال انرژی آزاد و انتگرال گیری ترمودینامیکی برای محاسبه تغییرات انرژی آزاد تعادلی

محاسبه تفاوت انرژی آزاد بین حالت اولیه و پایانی یک فرایند، از مهم­ترین محاسبات در سامانه­های زیستی است. فرایندهای زیستی همراه با تغییر انرژی آزاد هستند. از جمله این فرایندها می­توان به عبور داروها از غشای سلول­ها، واکنش­های آنزیمی، برهمکنش­های دارو-پروتئین، برهمکنش­های لیگاند-گیرنده سلول­ها و انتقال ساختاری از سیس به ترانس اشاره کرد. در پژوهش­های دارویی، پیش­بینی تاثیرات کلینیکی دارو بستگی به درک جزئیات برهمکنش­های دارو با سامانه­های زیستی دارد. برای این منظور از محاسبه تفاوت انرژی آزاد، می­توان استفاده کرد. با دانستن تفاوت انرژی آزاد در چنین فرایندهایی، می­توان درکی از چگونگی برهمکنش­ها داشت. از آنجایی که درک جزئیات برهمکنش­ها در ابعاد مولکولی معمولا با روش­های آزمایشگاهی امکان­پذیر نیست، برای این منظور از روش­های محاسباتی مانند دینامیک مولکولی استفاده می­شود. در میان روش­های متفاوتی که از سال ۱۹۳۵ تا به امروز ارائه شده­اند، می­توان به نظریه اختلال در سال ۱۹۵۴ و روش انتگرال گیری ترمودینامیکی در سال ۱۹۳۵ اشاره کرد. اولین شبیه سازی انجام­شده با استفاده از روش اختلال، برای محاسبه تفاوت انرژی آزاد در فرایند تبدیل متانول به اتان بوده است، که این تفاوت، ۶/۷ کیلوکالری بر مول محاسبه شده است. عدد آزمایشگاهی گزارش شده ۹/۶ کیلوکالری بر مول است. نزدیکی بسیار زیاد عددهای محاسباتی و آزمایشگاهی نشان دهنده موفقیت این روش محاسباتی است. هر چند روش اختلال انرژی آزاد و انتگرال­گیری ترمودینامیکی بسیار مشابه هستند، اما تفاوت­هایی با یکدیگر دارند. در این مقاله به تفاوت­های این دو روش پرکاربرد از دیدگاه دقت و هزینه محاسباتی می­پردازیم. همچنین، نشان خواهیم داد که روش اختلال انرژی آزاد روشی سریع­تر در مقایسه با روش انتگرال­گیری ترمودینامیکی است، در حالی که روش انتگرال­گیری ترمودینامیکی روشی دقیق­تر از نظر محاسبات است.

کلیدواژه ها:

تفاوت انرژی آزاد ، شبیه سازی دینامیک مولکولی ، روش اختلال ، روش انتگرال گیری ترمودینامیکی ، اثر حلال بر انرژی آزاد ، داروی پکلیتکسل