Особенности программной реализации методики трансформации молекулярных систем

В статье проведен анализ проблемы трансформации моделей молекулярных систем (МС) относительно любого элемента этой системы, где под моделью молекулярной системы понимается формализованное компьютерное представление геометрических координат атомов молекулы. Анализ показал, что существующее программное обеспечение, используемое в процессе моделирования молекулярных взаимодействий, не позволяет проводить трансформации МС. При этом процесс трансформации МС значительно усложняется с увеличением количества элементов в рассматриваемых системах. В работе авторами предложена новая методика трансформации МС, основанная на преобразовании МС в молекулярный граф, где под преобразованием понимается перестроение графа относительно новой вершины. Обоснована необходимость автоматизации процесса анализа и обработки формализованного представления трансформируемой МС. Кроме того, описан алгоритм работы программного модуля, основанный на методике трансформации. Приведена демонстрация разработанного программного продукта на примере трансформации молекулы метионина, получены молекулярный граф и трансформированная МС. Программный продукт позволил значительно сократить время, затраченное на трансформацию МС. Кроме того, полученное программное обеспечение позволяет сохранять формализованное компьютерное представление структуры трансформированной молекулы. Повторное использование ранее трансформированного представления структуры молекулы метионина в дальнейшем позволит повысить эффективность и увеличить скорость при моделировании взаимодействия метионина с другими молекулярными системами.

1. Алыков Н.М., Жарких Л.И., Сиротин А.Н. Математическое моделирование процессов воздействия молекул зарина, зомана и табуна на структурные компоненты клеточной мембраны. Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. Научно-технический журнал. 2013;21(1):71–77.

2. Старикова А. А., Самотруева М. А., Золотарева Н. В. [и др.] Изучение взаимосвязи антимикробной и гипогликемической активности новых хиназолинонов методами математического моделирования. Прикаспийский вестник медицины и фармации. 2023;4(1):63–70.

3. Старикова А.А., Жарких Л.И., Смирнова Ю.А. Математическое моделирование взаимодействия нового производного хиназолинона с D-аланином тейхоевых кислот клеточной мембраны бактерий. Вестник Пермской государственной фармацевтической академии: Сборник материалов научно-практической конференции с международным участием. 2021;1:77–81.

4. Соловьев М.Е. Компьютерная химия. М.: СОЛОН-Пресс; 2005. 536 с.

5. Математическое моделирование в химических науках. URL: https://postnauka.ru/video/84371 (дата обращения: 15.09.2023).

6. Программный комплекс GAMESS. URL: https://www.msg.chem.iastate.edu/gamess (дата обращения: 15.09.2023).

7. Программный комплекс HyperChem. URL: http://www.hypercubeusa.com/ (дата обращения: 15.09.2023).

8. Интерпретатор ChemCraft. URL: https://www.chemcraftprog.com/download.html (дата обращения: 15.09.2023).

9. Шницер Т., Вантомм Г. Синтез сложных молекулярных систем – предполагаемая роль химиков-органиков. 2020. URL: https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/33274282 (дата обращения: 15.09.2023).

10. Игнатов С.К. Учебное Пособие. Квантово-химическое моделирование атомно-молекулярных процессов. Нижний Новгород; 2019. URL: http://www.qchem.unn.ru/files/2020/02/IgnatovSK-QCmodeling2019.pdf (дата обращения: 05.09.2023).

11. Смирнова Ю.А., Головацкая Л.И. Разработка алгоритма и метода трансформации записи атомно-молекулярных систем. Прикаспийский журнал: управление и высокие технологии. 2022;58(2):61–67.

12. Макаров Л.И. Оценки положения подграфов в молекулярных графах и особенности их общих подграфов. Журнал структурной химии. 2005;46(4):759–763.

13. Мельников А.А., Мельников В.А., Палюлин Я.С. Генерация молекулярных графов для QSAR-исследований. Доклады Академии наук. 2005;402(3):348–352.