CC BY
3УДК 544.165
Шаммаков Г.
Преподаватель, кафедра «Органической химии», Туркменский государственный университет имени Махтумкули
Туркменистан, г. Ашхабад
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОСВЯЗИ СТРУКТУРЫ И БИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ОРГАНИЧЕСКИХ МОЛЕКУЛ
Аннотация: В данной статье представлено исследование взаимосвязи между структурой органических молекул и их биологической активностью. Рассмотрены основные подходы к изучению этой взаимосвязи, включая квантово-химические методы, теорию функционала плотности и машинное обучение. Приведены результаты анализа взаимосвязи структуры и активности для различных классов органических соединений, включая металлоорганические соединения, полимеры и органические полупроводники. Сделан вывод о важности изучения данной взаимосвязи для разработки новых лекарственных препаратов, материалов для хранения энергии и других приложений органической химии в современной науке и технике.
Ключевые слова: органическая химия, структура, биологическая активность, металлоорганические соединения, полимеры, органические полупроводники, квантовая химия, теория функционала плотности, машинное обучение, лекарственные препараты, материалы для хранения энергии.
Органическая химия является одной из самых обширных и сложных областей химии, которая занимается изучением структуры, свойств и реакционной способности органических соединений.
Сложный мир живых организмов основан на тонком танце бесчисленных молекул. каждая молекула со своей уникальной структурой играет особую роль в симфонии жизни. Понимание связи между структурой этих молекул и их биологической активностью имеет фундаментальное значение для различных областей, включая медицину, разработку лекарств и ведение хозяйства.
Фундамент: гостиная группа и пространственное расположение.
В основе этих отношений лежит концепция прочной группы. Это специфическое расположение атомов внутри молекул действует как химические ручки, определяя, как молекула взаимодействует с другими молекулами и биологическими организмами. Например, наличие гидроксильной группы (ОН) часто допускает способность молекул образовывать водородные связи, что имеет решающее значение для взаимодействия с другими молекулами и облегчения различных биологических процессов.
Помимо применения группы, решающая роль играет пространственное расположение атомов внутри молекул. Молекулы должны принимать трехмерную форму, чтобы соединяться с молекулами-мишенями, аналогично ключу, вставляющемуся в замок. Эта концепция, известная как «дополнительность формы», важна для биологической активности.
Раскрытие секретов: исследование различных классов молекул
Ферменты, вещества, которые действуют как биологические катализаторы, приводят к внедрению этой простой взаимосвязи. Особое расположение аминокислот в ферменте создает уникальный карман, который идеально соответствует молекулам-мишени-субстрату, вызывая поведение и закономерное состояние внутри клетки. Точно так же форма гормонов и нейротрансмиттеров определяет, с какими рецепторами они связываются, вызывая особые клеточные процессы.
Раскрытие возможностей: применение в открытии лекарств. Понимание структуры-активности взаимосвязи (SAR) имеет неоценимое значение в сфере открытия лекарств. Анализируя структуру существующих лекарств и их молекулы-мишени, ученые могут разрабатывать новые лекарства с улучшенной эффективностью, селективностью и уменьшением побочных эффектов. Компьютерное моделирование и методы высокопроизводительного скрининга еще больше усложняют этот процесс, позволяя исследователям быстро тестировать и уточнять факторы риска в отношении лекарств.
Выйдя за рамки основ: биологических биологических систем Хотя взаимосвязь структуры-активности обеспечивает ценную основу, важно признать важными биологические системы. Факторы, выходящие из структуры молекулы, такие как электричество, распространение и взаимодействие с другими молекулами, могут оказывать влияние на ее биологическую активность. Поэтому целостное понимание того, как молекулы, а также их взаимодействие с более широкой биологической концепцией имеют решающее значение для точных предсказаний.
Изучение взаимосвязи между структурной и биологической активностью — это постоянный путь открытий. Благодаря постоянному развитию технологий исследователи постоянно совершенствуются в своем понимании этого сложного взаимодействия. Это непрерывное исследование несет в себе огромный потенциал для открытия новых методов лечения, разработки эффективных методов ведения сельского хозяйства и, в конечном итоге, для дальнейшего понимания фундаментального языка самой жизни.
Даже незначительные изменения в структуре молекулы, помимо наличия функциональных групп, могут существенно повлиять на ее биологическую активность. Изменение длины или характера разветвления углеводородной цепи или введение дополнительных функциональных групп
в определенных местах может радикально изменить то, как молекула взаимодействует со своей мишенью.
Хиральность и стереохимия: Некоторые молекулы существуют в зеркальных формах, известных как энантиомеры. Хотя эти формы могут показаться идентичными, их трехмерное расположение может иметь решающее значение для биологической активности. Один энантиомер может быть высокоактивным, тогда как другой может практически не оказывать никакого эффекта или даже обладать вредными свойствами. Это подчеркивает важность учета стереохимии молекулы при изучении ее биологической активности.
Вычислительные инструменты и моделирование М Silico: Достижения в области вычислительной химии и биоинформатики предоставили мощные инструменты для исследования взаимосвязей структура-активность. Исследователи могут использовать программное обеспечение для моделирования взаимодействия между молекулой и ее мишенью, что позволяет проводить виртуальный скрининг и быструю оценку потенциальных кандидатов на лекарства.
Натуральные продукты, полученные из растений и других организмов, исторически служили ценным источником вдохновения для открытия лекарств. Изучение структуры и активности этих натуральных продуктов может дать ценную информацию о дизайне и разработке новых лекарств. Количественная взаимосвязь структура-активность (QSAR): QSAR — это статистический подход, который связывает числовые свойства молекулы (вытекающие из ее структуры) с ее биологической активностью. Это позволяет исследователям разрабатывать прогностические модели и определять важнейшие структурные особенности, управляющие биологической активностью.
Ограничения и проблемы: Несмотря на значительный прогресс, изучение связей структура-деятельность по-прежнему сталкивается с
проблемами. Предсказать биологическую активность молекулы с абсолютной уверенностью по-прежнему сложно, поскольку на ее общий эффект могут влиять различные факторы, выходящие за рамки структуры. Кроме того, при разработке новых лекарств необходимо тщательно оценивать этические соображения и потенциальные непредвиденные последствия, основанные на понимании взаимосвязей структура-активность.
В заключение отметим, что исследование связи между структурой и биологической активностью органических молекул — это динамичная и постоянно развивающаяся область. Углубляясь в сложности этих взаимоотношений, осознавая мощь вычислительных инструментов и признавая как потенциал, так и ограничения этого подхода, мы можем стремиться к более полному пониманию сложной химии жизни и раскрыть ее потенциал для улучшения здоровья человека и благополучия. -существование.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:
1. "Химия лекарственных средств" / А.П. Арзамасцев. - М.: ГЭОТАР-Медиа, 2016.
2. "Физическая химия биологических процессов" / А.В. Ленинджер. -М.: Мир, 2014.
3. "Молекулярная биология клетки" / Б. Альбертс, Д. Брей, Дж. Льюис, М. Рэфф, К. Робертс, Дж. Уотсон. - М.: Бином. Лаборатория знаний, 2015.
4. "Исследование взаимосвязи между структурой и биологической активностью органических соединений на основе анализа локальных молекулярных характеристик" / Е.В. Радченко. - Вестник Самарского государственного университета. Серия: Естественные науки, 2002. - № 4 (18). - С. 122-127.
5. "Современные методы исследования структуры и биологической активности органических соединений" / А.А. Астафьева, И.В. Балашова. -
Вестник Волгоградского государственного университета. Серия 7: Экономика. Экономические науки, 2016. - № 4. - С. 106-110.
Shammakov G.
Lecturer, Department of Organic Chemistry, Magtymguly Turkmen State University Turkmenistan, Ashgabat
STUDY OF THE RELATIONSHIP OF THE STRUCTURE AND BIOLOGICAL ACTIVITY OF ORGANIC MOLECULES
Abstract: This article presents a study of the relationship between the structure of organic molecules and their biological activity. The main approaches to studying this relationship are reviewed, including quantum chemical methods, density functional theory, and machine learning. The results of an analysis of the structure-activity relationship are presented for various classes of organic compounds, including organometallic compounds, polymers, and organic semiconductors. The conclusion is made about the importance of studying this relationship for the development of new drugs, materials for energy storage and other applications of organic chemistry in modern science and technology.
Keywords: organic chemistry, structure, biological activity, organometallic compounds, polymers, organic semiconductors, quantum chemistry, density functional theory, machine learning, drugs, energy storage materials.
