Компьютеры молекулярные

Итак, если линейную информационную макромолекулу ДНК сравнить с длинными полосами лент, которые использовали в первых компьютерах, то ДНК хромосом можно представить как последовательность миллионов букв (оснований). В этих последовательностях закодирован весь набор инструкций, представляющих генетический материал всех живых клеток на Земле. Проект Геном человека поставил целью определить порядок этих букв во всех 22 парах аутосом и в двух половых хромосомах человека. Этой работой занимается целый ряд специализированных лабораторий мира, владеющих методами клонирования и секвенирования генов. В общедоступных базах данных и в персональных компьютерах молекулярных биологов хранятся сотни файлов, содержащих информацию о тысячах (может быть, миллионах) последовательностей ДНК. Достижения компьютерных технологий дают возможность биологам манипулировать последовательностями (например, искать определенную последовательность, разрезать ее или вставлять дополнительную информацию). Можно смело утверждать, что для появления ряда новых открытий молекулярной биологии было необходимо развитие современных компьютерных технологий (табл. 2.1). [c.50]

Область применения метода молекулярных орбиталей очень широка. Этот метод дает самый общий подход ко всем химическим соединениям. Метод незаменим для описания систем с нелокализованными связями, для объяснения свойств разнообразных комплексов (см. стр. 122). В настоящее время теория молекулярных орбиталей является доминирующей в теории химической связи и в теоретической химии вообще. Ее математический аппарат наиболее удобен для проведения количественных расчетов на компьютерах. [c.102]

Вся компьютерная техника связана с передачей и перекодировкой информационных сообщений. В принципе возможны компьютеры, построенные на молекулярно-биологической основе — использующие молекулы белков и нуклеиновых кислот для запасания, передачи и перекодировки информации. Это ведь и реализуется в живой природе. Построение искусственных молекулярных, а не транзисторных компьютеров — дело будущего. [c.306]

При переходе к нефтяным остаткам значительно возрастает сложность их исследования и методы выражения группового состава по следующим принципиальным причинам — большое разнообразие в структуре компонентов, их значительные молекулярные массы, способность к ассоциации и ограниченность получаемой количественной информации. Только благодаря успехам, достигнутым по фракционированию на относительно узкие фракции близких по структуре и молекулярной массе веществ, развитием чувствительности спектральных методов, наличию высокоразвитых компьютеров появилась возможность разработать систематический метод, который учитывает не только состав, но и структуру вещества. Его название — интегральный структурный анализ, он дает возможность получить средние структурные параметры сложных органических смесей, для которых невозможен детальный анализ, полностью основанный на [c.451]

Развитие методов квантовой химии, молекулярной механики и молекулярного моделирования, а также огромные возможности современных компьютеров способствовали созданию компьютерной химии (вычислительной химии) как самостоятельного раздела химической науки. Вычислительные возможности квантовой химии в настоящее время практически неограничены. Рассчитаны не только самые сложные отдельные молекулы мономерной структуры, но и олигомерные, и полимерные структуры, в частности структуры ряда белков. Например, опубликованы результаты неэмпирических расчетов электронной плотности инсулина коровы (содержит 773 атома), белка бактериофага (содержащего более 1000 атомов) и протеазы вируса ВИЧ. [c.531]

Создание и совершенствование в последние десятилетия мощных ЭВМ облегчило и ускорило вычислительную работу во многих областях науки квантовая химия, молекулярная механика, планирование химического - синтеза с помощью компьютера — это лишь некоторые типичные примеры. Дальнейшее увеличение вклада ЭВМ в развитие химии связано с появлением персональных компьютеров с высокими эксплуатационными свойствами. Благодаря их относительно низкой цене и доступности такое оборудование стало обычным в большинстве химических лабораторий мира. Цель этой книги состоит в том, чтобы показать химикам на некоторых специально выбранных примерах, какую бесценную помощь может оказать эта новая и вполне доступная техника. [c.7]

Даже для неопытного человека преимущества молекулярного моделирования на компьютере огромны изображаемая структура и данные находятся в прямом однозначном соответствии, и совсем несложно строить, обрабатывать, изменять или сохранять в [c.139]

До настоящего времени не решен следующий вопрос может ли компьютер провести самостоятельно весь анализ, или, другими словами, нужен ли все еще человеческий интеллект для изучения структур небольших соединений Компьютер незаменим нри управлении дифрактометром. Однако некоторые проблемы не могут быть решены ЭВМ без участия человека, например, окончательное определение пространственной симметрии группы. Следовательно, компьютер должен работать под контролем квалифицированного оператора. Работа оператора особенно важна для у.меньшения неточностей при определении элементарной ячейки, для обеспечения оптимальной точности при измерении интенсивности. Для молекулы средних раз.меров, содержащей 50—100 атомов, определение структуры в основном осуществляется прямыми методами. При этом компьютер может вычислять фазы для нормализованных структурных факторов, суммировать ряды Фурье и выводить результаты в виде списка максимальных пиков -карт, но он не может превратить эти данные непосредственно в изображение молекулярной структуры. Такая интерпретация требует некоторого воображения и интуиции, чего пока не может дать ни одно програм.мное обеспечение. Это должен сделать химик, который старается построить молекулу, соотнося каждый пик с определенным атомом таки.м образо.м, чтобы воображаемая молекула соответствовала законам химии и ее структура в итоге могла быть полностью решена при помощи Фурье-синтеза и тщательного уточнения. Ключевая роль оператора становится особенно заметной, когда речь идет о более сложной молекуле и в некоторых особых случаях, например, при решении структуры функцией Паттерсона, в случае разупорядоченных молекул и т. д. [c.270]

Следующие два десятилетия внесут значительные изменения в используемые нами материалы, которые определяют наш быт. Возникнут новые отрасли промышленности. Вспомните, что с появлением полимеров началось промышленное производство синтетических тканей, разработка люминофоров привела к созданию телевидения, а полупроводники привели к компьютерам. Металлы будут использоваться реже, так как в традиционных областях их применения специально сконструированные материалы имеют лучшие характеристики. Роль химических наук при этом, несомненно, возрастет, поскольку именно химики способны осуществлять такое конструирование и, следовательно, управлять свойствами новых материалов. В конечном итоге управление свойствами базируется на данных о составе, характере связей и геометрии материалов на атом-но-молекулярном уровне, а это — традиционная сфера специфических интересов химика. [c.92]

Миниатюризация электрических устройств — один из важнейших факторов поразительно быстрых успехов, обеспечивших реализацию современного компьютера. В современных чипах компоненты цепей имеют размеры порядка микрона, т.е. в пределах 10 ООО А. Однако похоже, что изготовление микроскопических схем на основе кремния и с использованием других методов полупроводниковой технологии уже начинает наталкиваться на естественные барьеры, которые ограничивают возможности создания еще меньших устройств. Далее потребуются коренные перемены. К чему мы обратимся, когда будут исчерпаны возможности современных технологий Чтобы преодолеть барьер в 10 ООО А, нам неизбежно придется подумать о молекулярных элементах цепей. Мы подходим к мысли о компьютерном устройстве, в котором хранение и обработка информации осуществляется отдельными молекулами или молекулярными агрегатами, т.е. к идее молекулярного компьютера. [c.136]

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ КОМПЬЮТЕР РАБОТАЕТ. [c.137]

Теперь началась новая эра. Химическая теория, опирающаяся на мощные современные компьютеры, вышла из стадии эмпирического моделирования. Появились также и новые экспериментальные методы, которые открыли путь для исследования протекания химических превращений во временной шкале. В последующие 30 лет мы станем свидетелями столь же значительных успехов в понимании химической кинетики, какие произошли в понимании молекулярного строения в предшествовавшие 30 лет. [c.141]

Рентгеноструктурный анализ стал необходимым методом в неорганическом, металлоорганическом и органическом синтезе. Любое неизвестное соединение, которое можно закристаллизовать, лучше всего подвергнуть рентгеноструктурному исследованию для идентификации, определения молекулярной структуры и конформации. Сложность молекулярной структуры не представляет сейчас препятствия для автоматизированных систем расшифровки рентгенограмм с помощью современных компьютеров. Пожалуй, главным препятствием, сужающим область применения рентгеноструктурного анализа, является сейчас требование иметь изучаемое вещество в виде монокристалла. Однако если монокристалл удается получить, то исследовать можно даже самые сложные биомолекулы. [c.231]

Стоимость спектрометра, приспособленного для работы в он-лайновом режиме, как правило, примерно в десять раз превыщает стоимость предназначенного для этой цели газового хроматографа. Кроме того, для надежной эксплуатации системы хроматограф/спектрометр/компьютер требуется несравненно более высокая квалификация обслуживающего персонала, чем при использовании отдельных хроматографов. Все это препятствует распространению в ближайшем будущем он-лайновых систем подобного рода. Поэтому, несмотря на все преимущества он-лайновых систем и дальнейшее техническое совершенствование приборов, использование измерительной техники в офф-лайновом режиме нельзя, по-видимому, считать утратившим актуальность. Сочетание микропрепаративной техники с соответствующими методами подготовки образцов, как и прежде, остается актуальным, а зачастую и просто необходимым, в особенности когда требуется идентифицировать всего лишь несколько пиков в сложной смеси или провести надежную идентификацию и выполнить структурное исследование анализируемых соединений с одновременным привлечением нескольких спектральных методов с целью получения наиболее полной информации. Так, масс-спектрометрия дает возможность сделать выводы о молекулярной массе и структурных элементах исследуемого соединения с помощью ИК-спектроскопии осуществляют отнесение функциональных групп УФ-спектроскопия предоставляет информацию о я-электронной системе в молекуле, а методы ядерного магнитного резонанса позволяют получить сведения о строении молекул и их стереохи-мических характеристиках. [c.248]

Современная квантовая химия, или теория молекулярных (и атомных) электронных волновых функций (в борн-оппенгеймеров-ском приближении фиксированных ядер), переживает новый период интенсивного развития, связанный с применением больших электронно-вычислительных машин. Однако, как это замечают и авторы книги, наблюдаемое иногда бездумное использование компьютеров для квантовомеханических расчетов скорее ведет к хаотическому накоплению малосущественных данных и не способствует реальному прогрессу. [c.5]

Выше было сказано, что для работы с комхаютером нужно дать ответ на два вопроса что такое молекула и что значит ее исследовать Оказалось, что ответ на первый вопрос не определен, но, как ни странно, это не мешает вполне точно ответить на второй Ответ будет следующим исследовать молекулу — это значит построить на количественном уровне совокупность ее моделей разного уровня иерархии Полнота исследований характеризуется степенью сложности и информативности моделей, параметры которых и подлежат определению в результате подходящих экспериментов и последующей обработке результатов измерений Вот на таком языке уже можно объясняться даже с компьютером, и он все поймет Итак, со строгой, математической (логической) точки зрения, единственно понятной компьютеру, исследовать молекулу — это значит найти числовые значения параметров, характеризующих ту или иную модель Но ведь вообще не существует методов непосредственного измерения, например, длин связей или зарядов на атомах молекулы Можно измерить спектры молекул, наблюдать дифракционную картину при рассеянии электронов на молекулах итд Другими словами, всю информацию о числовых значениях параметров молекулярных моделей приходится получать на основании не прямых (как измерение длины стола линейкой, например), а косвенных наблюдений Это, в свою очередь, возможно только тогда, когда установлена физическая связь между моделью и ее проявлением (отображением) на множестве тех величин, которые уже поддаются непосредственному измерению Если обратиться к спектральному анализу молекул, то это означает, что должна быть установлена связь между, например, значением упругости валентного угла и положением частот полос поглощения в инфракрасном спектре [c.92]

Наряду с экспериментальными методами, я в ряде случаев и в сочетании с ними, для изучения пространственной структуры биополимеров начинают использовать расчетные методы, применение которых стало возможным в результате появления сверхмощных компьютеров. Их разделяют на методы молекулярной механики и молекулярной динамики, которые ис.чодят из возможности количественно описать энергию каждого атома в биополимере как функцию внутренних координат его ядер. При этом электроны в явном виде вообще не рассматриваются. Таким образом, просто допускается, что электроны оптимальным образом распределены в пространстве вокруг ядер. Функция, описывающая зависимость энергии от ядерных координат, рассматривается как многомерная поверхность, которую называют поверхностью потенциальной энергии. [c.318]

Молекулярная электроника представляет собой новую область технологии материалов для электронной техники. Одной из ее задач является создание электронных элементов с размерами, характерными для молекул. Полагают, что в недалеком будущем такие элементы найдут многочисленные области применения. Самым очевидным среди них следует назвать дальнейшую миниатюризацию компьютеров. Эту проблему предполагается решить путем создания электронного нанокомпьютера, в котором все проводящие элементы и переключатели будут представлять собой органические молекулы. Молекулярные переключатели и нанопроводники будут формировать соответствующие логические цепи и контуры памяти. Эти цепи и контуры должны взаимодействовать между собой, создавая соответствующие ансамбли и в конце концов - вычислительную систему. [c.576]

Конструкция специализированного мультипроцессорного компьютера под названием NEWTON описана в работе [62]. Эта машина предназначена в помощь специалистам в области химии и молекулярной биологии при исследовании молекулярной динамики, структуры и кинетических характеристик больших биомолекул. Компьютер проводит определение набора силовых функций, описывающих зависимость межатомных взаимодействий от положения атомов в N-атомной системе N может быть очень большим числом). Эти функции входят в уравнения состояния химической системы, решение которых за разумное время требует высокой скорости вычислений (быстродействие компьютера NEWTON составляет около 100 MIPS). [c.199]

В начале развития квантовой механики компьютеры были недоступны, но основные уравнения, связывающие гамильтонианы и волновые функции, уже были поняты. Было также ясно, что если описывающий молекулу водорода гамильтониан легко написать, то вычислить волновую функцию не так просто. Некоторые исследователи надеялись, что прогресс в компьютерной технике устранит эти затруднения. Другие разыграли иную карту и начали разрабатывать приближенные методы расчета, начиная с метода молекулярных орбиталей Хюккеля (МОХ) через полуэмпири-ческие к более и более сложным методам. Интересно отметить, что в этой истории исследователь, достигший наибольшего успеха, был не тот, кто использовал наибольшее количество машинного времени... В результате при решении некоторых проблем вполне правдоподобные заключения делаются с помощью метода МОХ, для других проблем приходится использовать более сложные расчеты. Читатель поймет, что программа SOS, приспособленная для работы на микрокомпьютере [174], сравнима с методом МОХ. Следует помнить, что программа LHASA, занимающая по своим требованиям к компьютеру промежуточное положение, реализована на компьютере VAX-11/750, цена которого около 95 ООО долларов, в то время как программа SOS работает на Apple II, стоившем примерно в 90 раз меньше. В защиту полу-эмпирических расчетов сошлемся также на мнение Дьюара [346], что метод MNDO дает результаты, за немногими исключениями сравнимые с результатами, полученными наиболее сложными из известных методов, требующих по крайней мере в 1000 раз больше машинного времени. [c.76]

Множество проблем, касающихся хранения и выдачи данных, можно решать с использованием имеющихся в продаже программ общего назначения, таких, как PFS Report [14]. Они достаточно гибки и могут быть приспособлены к решению многочисленных и разнообразных проблем. Такие задачи, как компьютерная обработка литературных ссылок или данных о физических и химических свойствах, создание банков химических данных и файлов студенческой информации (списки, оценки, ход выполнения лабораторной работы и т. д.), могут быть решены с использованием программ этой категории. Для специфических проблем могут быть написаны специальные программы. Например, для компьютера Apple II была написана программа для сопоставления масс-спектров с библиотекой из 1800 спектров, записанных на диск [15]. Тысячу соединений в библиотеке можно сравнить с неизвестным соединением примерно за 1 с. По завершении поиска программа распечатывает три наиболее вероятных соединения, их молекулярные массы и степень подобия их масс-спектров с масс-спектром неизвестного соединения. [c.90]

В качестве элементов поиска используют предпочтительное название реферата (N), молекулярную формулу (MF), дескриптор кольца (RSD), число колец (xURS), вводимые базовым компьютером коды. Используются также синонимы (SYNM) и коммерческие названия. Химические названия могут включать обозначение класса (Р), заместителей (S) и фрагментов (RF, NF, MFF). Невозможно достаточно полно описать здесь химические словари, но примеры, приведенные ниже, помогут читателю понять, как можно использовать словари для разных поисков. [c.321]

Фантастические проекты, естественно, всегда встречают резкую критику. Однако нападки самых изощренных противников идеи лишаются остроты (опровергаются ) тем обстоятельством, что сами их аргументы генерируются в человеческом мозге, т.е. реально работающем компьютере со структурой, которая ставится этой аргументацией под сомнение. В век машинного синтеза сегментов ДНК и лабораторного конструйрования искусственных ферментов было бы неоправданной робостью говорить о неосуществимости имитации тех элегантных цепей, которые позволяют нам читать и воспринимать эти печатные строки. Всего несколько десятилетий назад предположение, что человек когда-нибудь полетит на Луну, что воспроизводство можно контролировать, принимая пилюли, что структура ДНК будет разгадана, могло показаться научной фантастикой. И поскольку мы знаем, что молекулярные компьютеры — это обычные устройства, которыми наделены все животные от мыши до зебры, было бы разумно ставить вопрос не о том, появятся или не появятся изготовленные человеком аналоги этих устройств, а о том, когда они появятся и кто будет лидировать в их разработке. Когда Зависит от фундаментальных исследований в области химии. Кто Тот (та страна), кто вложит необходимые средста и изобретательность в поиск. [c.137]

Метод Рутана в начале 50-х годов, когда эра компьютеров только начиналась, в приложении к молекулярным объектам оказался, однако, слишком сложным. Поэтому были разработаны его различные полуэмпирические варианты, из которых наибольшей популярностью пользуется метод ППП — по именам его создателей — Па-ризера и Парра (1953) и Попла (1954). Попл, собственно, и применил этот метод для расчета структурных характеристик (в том числе распределения электронной плотности) в молекулах и органических ионах. За исключением отбрасывания межэлектронного взаимодействия в этом также полуэмпирическом методе были сохранены все допущения простой теории Хюккеля, в том числе и пренебрежение дифференциальным перекрыванием (частичным перекрыванием атомных орбиталей соседних атомов в молекуле). [c.92]

Уникальной особенностью масс-спектров низкого разрешения является то, что массовые числа молекулярных и осколочных ионов принадлежат к ряду натуральных чисел и, следовательно, для их интерпретации могут быть использованы некоторые положения теории чисел (понятия о классах вычетов и операциях с ними, о сравнениях по заданному модулю и т. д.). Основанные на этих понятиях новые подходы к интерпретации масс-спектров позволяют значительно упорядочить и упростить методику групповой идентификации органических соединений и использовать для этой цели простейшие ЭВМ (вплоть до карманных калькуляторов и персональных компьютеров). Именно на основе положений теории чисел становится ясной целесообразность введения че-тырнадцатиричной системы счисления массовых чисел в спектрах низкого разрешения. Открываются также новые возможности упрощения расчета брутто-формул по интенсивностям изотопных пиков и данным спектров высокого разрешения, а также привлечения других методов исследования для уточнения отнесения неизвестных веществ к соответствующим гомологическим рядам. Используемое в перечисленных случаях понятие о гомологических инкрементах аддитивных свойств также связано с четырнадцатиричной системой счисления массовых чисел. [c.5]

Рис. 22-5. Масс-спектры дикетопиперазина при ионизации ЭУ и ХИ метаном в качестве газа-реагента. Обратите внимание на высокую интенсивность пика (M-fH)+, обозначенного QM+ для квазимолекулярного иона. Пик при 225 соответствует продукту присоединения С2Н5+ к молекулярному иону и подтверждает, что молекулярный ион должен быть 196. Это пример спектра, полученного с помощью компьютера (Finnigan orporation).

С помощью компьютеров третьего поколения должно стать возможным проведение приемлемых по стоимости полуэмпири-ческих приближенных расчетов молекулярных систем средней величины, т.е. многоатомных молекул, содержащих примерно 100 электронов. Результатом расчетов должно быть предсказание спектроскопических, структурных и других свойств, а также реакционной способности молекул. Вычисленные квантовохимичесди дипольные и квадрупольные моменты двухатомных молекул совпадают с экспериментальными данными в пределах ошибки до 5-10% ( ). Удовлетворительное приближение имелось также при расчете энергии ионизации. Вообще оказалось возможным вычислить все энергии ионизации, необходимые для удаления любых электронов. Для химиков, конечно, наиболее интересны расчеты энергии связей (диссоциации). Правда, при этом хорошего соответствия между теорией и практикой не достигнуто. Иногда получались в 2 раза меньшие величины, чем должны бы- [c.112]

Смотреть страницы где упоминается термин Компьютеры молекулярные: [c.207] [c.468] [c.102] [c.11] [c.199] [c.179] [c.188] [c.143] [c.468] [c.143] [c.378] [c.33] [c.56] [c.136] [c.137] [c.231] [c.339] [c.40] [c.339] [c.112] [c.44]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология