Kiehtovaa kemiaa tietokoneella

Miten molekyylimallinnusta tehdään?

Molekyylimallinnuksessa on kolme työskentelyvaihetta:

1. Valitaan kemiallinen malli, joka kuvaa tutkittavaa ilmiötä.

Ennen varsinaista mallinnusta on päätettävä, minkä tyyppistä tietoa ilmiöstä halutaan. Samalla valitaan sopiva malli kuvaamaan tutkittavaa systeemiä. Esimerkiksi haluttaessa pienestä molekyylistä tarkkaa tietoa, niin silloin on valittava mahdollisimman tarkka teoreettinen malli käytettäväksi. Tällaisia mallitusmenetelmiä sanotaan kvanttikemiallisiksi laskentamenetelmiksi, sillä niillä saadaan tarkkaa tietoa molekyylien elektronisissa ominaisuuksissa tapahtuvista muutoksista, esim. sidoksen katkeamisesta tai muodostumisesta.

Isoja biomolekyylejä tutkittaessa on tyydyttävä epätarkempiin malleihin, jotka perustuvat voimakenttiin eli tunnettuihin vuorovaikutuksiin atomien tai molekyylien välillä. Näillä malleilla ei voida saada tietoa sidoksen katkeamisesta tai muodostumisesta mutta niillä voidaan kuvata suurien molekyylijoukkojen käyttäytymistä kun esim. lämpötilaa tai painetta muutetaan.

2. Laskennallinen työ

Kun on päätetty, mitä halutaan mallintaa ja valittu tähän tarkoitukseen sopiva teoreettinen malli, on aika päästää tietokone irti. Riippuen tutkittavasta kemiallisesta systeemistä ja mallin tarkkuudesta, tietokoneen käyttämä laskuaika voi olla muutamista sekunneista viikkoihin ja kuukausiin.

3. Tulosten analysointi

Molekyylimallinnuksen kolmas vaihe on lähes yhtä tärkeä kuin vaihe 1. Jotta molekyylimallinnus tuottaisi kemiallisen ymmärryksen hedelmää, on kemistin osattava arvioida laskun tuloksen oikeellisuutta ja järkevyyttä. Tietokone on mallinnuksen suhteen tyhmä - se ei erota väärää laskua oikeasta laskusta. Tästä syystä mallintajan ammattitaitoon kuuluu erottaa mielekkäät tulokset vääristä. Samalla oikeat tulokset muutetaan ymmärrettävään muotoon kuten kuviksi ja kaavioiksi, jotka kuvaavat kemiallisen ilmiön syitä ja seurauksia.