Kompüter simulyasiyaları material alimlərinə və biokimyaçılara makromolekulların hərəkətini öyrənməyə kömək edir, yeni dərmanların və dayanıqlı materialların inkişafını inkişaf etdirir. Bununla belə, bu simulyasiyalar hətta ən güclü superkompüterlər üçün də problem yaradır.

Oreqon Universitetinin aspirantı zülallar, nuklein turşuları və plastik kimi sintetik materiallar kimi böyük molekulların hərəkətini və davranışını öyrənmək üçün istifadə edilən sadələşdirilmiş kompüter modellərinin dəqiqliyini əhəmiyyətli dərəcədə yaxşılaşdıran yeni riyazi tənlik hazırlayıb.

Keçən ay Physical Review Letters jurnalında dərc edilən sıçrayış tədqiqatçıların DNT replikasiyası kimi mürəkkəb bioloji proseslərdə böyük molekulların hərəkətini araşdırmaq qabiliyyətini artırır. O, bu cür təkrarlamada səhvlərlə əlaqəli xəstəlikləri başa düşməyə kömək edə bilər və potensial olaraq yeni diaqnostik və müalicə strategiyalarına səbəb ola bilər.

Yeni modeli hazırlamaq üçün nəzəri fiziki kimya professoru Marina Quenza ilə birlikdə işləyən fizika üzrə doktorluq namizədi Jesse Hall, “Biz molekulların necə hərəkət etdiyini, büküldüyünü və fəaliyyət göstərdiyini anlamaq istəyirik” dedi. “Bu yeni tənlik ilə biz daha böyük protein komplekslərini simulyasiya edə və bu molekulyar maşınların bədəndə necə işlədiyinə dair daha dərin fikir əldə edə bilərik.”

Hall tədqiqatları hesablama alimlərinin 50 ildən artıqdır üzərində çalışdıqları problem üzərində irəliləyiş əldə etdi: onların xaotik, özlü mühitində sürtünmə biomolekullarının təcrübəsini necə dəqiq hesablamaq olar.

Biomolekullar – zülallar kimi canlı orqanizm tərəfindən istehsal olunan molekullar – digər zülallar, nuklein turşuları və digər növ molekullarla birlikdə minlərlə su molekulu ilə əhatə olunmuşdur. Bu mühitdə onlar daimi hərəkətdədirlər; onlar qatlanır, açılır və nuklein turşularına və digər zülallara bağlanır.

https://googleads.g.doubleclick.net/pagead/ads?client=ca-pub-0536483524803400&output=html&h=280&slotname=8188791252&adk=1645945215&adf=4054963813&pi=t.ma~as.8188791252&w=750&abgtt=6&fwrn=4&fwrnh=0&lmt=1747047383&rafmt=1&armr=3&format=750×280&url=https%3A%2F%2Fphys.org%2Fnews%2F2025-05-mathematical-approach-simulations-large-molecule.html&fwr=0&rpe=1&resp_fmts=3&wgl=1&uach=WyJXaW5kb3dzIiwiMTkuMC4wIiwieDg2IiwiIiwiMTM2LjAuNzEwMy45MyIsbnVsbCwwLG51bGwsIjY0IixbWyJDaHJvbWl1bSIsIjEzNi4wLjcxMDMuOTMiXSxbIkdvb2dsZSBDaHJvbWUiLCIxMzYuMC43MTAzLjkzIl0sWyJOb3QuQS9CcmFuZCIsIjk5LjAuMC4wIl1dLDBd&dt=1747047383510&bpp=3&bdt=158&idt=3&shv=r20250507&mjsv=m202505060101&ptt=9&saldr=aa&abxe=1&cookie=ID%3Df22668bce9793ae4%3AT%3D1735196613%3ART%3D1747047357%3AS%3DALNI_Mb4Xpwl1SO1AcvqroR6xccDm_sheQ&gpic=UID%3D00000f7c5320f40b%3AT%3D1735196613%3ART%3D1747047357%3AS%3DALNI_Mb1dz_DHiT2yDzXLMaB9CDkQl4XGg&eo_id_str=ID%3Dcdf7f2f01784f52d%3AT%3D1735196613%3ART%3D1747047357%3AS%3DAA-Afjb8kbeupLLyQ0QHQmZxpM4v&prev_fmts=0x0&nras=1&correlator=5009669743145&frm=20&pv=1&rplot=4&u_tz=240&u_his=4&u_h=1080&u_w=1920&u_ah=1032&u_aw=1920&u_cd=24&u_sd=1&dmc=8&adx=448&ady=1934&biw=1905&bih=945&scr_x=0&scr_y=0&eid=31092370%2C95354564%2C95359265&oid=2&pvsid=5322744922318856&tmod=1568226261&uas=0&nvt=1&ref=https%3A%2F%2Fphys.org%2F&fc=1920&brdim=0%2C0%2C0%2C0%2C1920%2C0%2C1920%2C1032%2C1920%2C945&vis=1&rsz=%7C%7CpeEbr%7C&abl=CS&pfx=0&fu=128&bc=31&bz=1&td=1&tdf=2&psd=W251bGwsbnVsbCxudWxsLDNd&nt=1&ifi=2&uci=a!2&btvi=1&fsb=1&dtd=6

Hall, “Onlar orada dolaşırlar və etdiklərinin mexanikası DNT replikasiyasının necə işlədiyini başa düşmək və ya müəyyən bir mexanizmi hədəfləmək üçün dərmanlar hazırlamaq üçün çox vacibdir” dedi.

Tədqiq etmək üçün fiziki nümunələri sintez etmək əvəzinə, elm adamları kompüter modellərini virtual laboratoriya kimi istifadə edirlər. Bu, onlara kodlarını dəyişdirərək təhlil etdikləri molekulları dəyişdirməyə imkan verir ki, sonra dəyişikliyin təsirlərini öyrənə bilsinlər.

Tədqiqatın həmmüəllifi Guenza, “Yaxşı, qaba dənəli modeliniz olduqda, böyük sistemləri simulyasiya edə bilərsiniz” dedi. “Məsələn, molekulların necə birlikdə hərəkət etdiyini, yenidən təşkil edildiyini, birləşdiyini və bir maşın kimi fəaliyyət göstərdiyini görə bilərsiniz. Bir amin turşusunu dəyişdirə və mutasiyanın molekulların bioloji funksiyalarını yerinə yetirməsinə necə təsir etdiyini görə bilərsiniz.”

Biomolekulyar sistemlər çox böyük və mürəkkəb olduğundan, tədqiqatçılar hər bir atomu təsvir etmədən molekulyar hərəkətləri simulyasiya edən iri dənəli riyazi modellərə etibar edirlər. Bu, hesablamaları sürətləndirərkən hesablama xərclərini aşağı salmağa kömək edir.

Guenza dedi ki, lakin elm adamları sürtünmənin dəyərini dəqiq hesablamaq üçün onilliklər ərzində mübarizə apardılar, bu, qaba dənəli simulyasiyalar apararkən istifadə olunan məlumatların bir hissəsidir.

Molekullar mayenin içindən hərəkət etdikcə, yaranan sürtünmə həm onların daxili dalğalanmalarına, həm də xarici hərəkətlərinə təsir edən sürtünmə effekti yaradır.

“Zülalın necə hərəkət etdiyini təsvir etmək üçün müxtəlif qüvvələri tarazlamalısınız: özlü qüvvələr, ətrafdakı molekullarla toqquşma nəticəsində yaranan təsadüfi qüvvələr və molekulu bir yerdə saxlayan daxili qüvvələr” dedi Quenza.

Gündəlik anlayışlar üçün Phys.org-a etibar edən 100.000-dən çox abunəçi ilə elm, texnologiya və kosmosda ən son yenilikləri kəşf edin . Pulsuz xəbər bülleteni üçün qeydiyyatdan keçin və mühüm nailiyyətlər, yeniliklər və tədqiqatlar haqqında gündəlik və ya həftəlik yeniləmələr əldə edin .Abunə ol

Digər tədqiqatçılar zərrəciyin diffuziyası və ya onun nə qədər sürətlə yayılması ilə onun hərəkətliliyi və ya nə qədər asan yerdəyişməsi arasındakı əlaqəni təyin edən “Eynşteyn əlaqəsi” kimi tanınan düsturdan başlayaraq riyazi həllər hazırlayıblar. Lakin bu həllərin öz həddi var.

“Zülalın hərəkətinin bir aspektini təsvir etmək üçün orada çoxlu yaxşı iş var, lakin bir anda zülalın hərəkətinin bir neçə aspektini təsvir edə bilən daha tam modellərə ehtiyacımız var” dedi Hall. “Biz, əsasən, Eynşteyn münasibətinin daha ümumi formasını tapdıq, bu, daha çox seçim və azadlıq təklif edir. Bu, bizə hesablamalarımızı çevik şəkildə müəyyən bir sistemə uyğunlaşdırmağa və daha etibarlı nəticələr əldə etməyə imkan verir.”

Guenza dedi ki, Holl tənliyi həm molekulun daxili dalğalanmaları, həm də onun maye vasitəsilə xarici diffuziyası üçün sürtünməni eyni vaxtda təsvir edən ilk tənlikdir.

“Bu, parlaq bir həlldir” dedi. “Jessenin işi həm sadə, həm də mürəkkəb molekulyar sistemlərə tətbiq oluna bilən yüksək dəqiqlikli bir alət təqdim edir, bu böyük sistemlərin simulyasiyalarını həm daha sürətli, həm də daha dəqiq edir.”

Uzun illərdir ki, Guenza qrupu molekulyar simulyasiyaları sürətləndirən dəqiq nəzəri vasitələrin, yeni polimer əsaslı materialların layihələndirilməsi və replikasiya zamanı zülalların DNT ilə necə qarşılıqlı əlaqədə olduğunu öyrənmək üçün vacib olan alətlərin hazırlanmasına diqqət yetirir. DNT replikasındakı səhvlər xərçəngin inkişafında rol oynayır və geniş spektrli genetik pozğunluqlara səbəb ola bilər.

“Biz başa düşdük ki, həqiqətən dəqiq, dəqiq riyazi modellər əldə etmək üçün daha çox alət yaratmalıyıq” dedi Hall.

Onun tədqiqatı əsasən nəzəri olsa da, “biz daha sonra istifadə edə biləcəyimiz daha praktik alətlər üzərində qururuq” dedi Hall. “Ümid edirəm ki, bu, digər insanların ağlıma belə gəlməyən layihələr üzərində işləmək üçün istifadə edə biləcəyi bir vasitədir.”

Daha çox məlumat: JM Hall et al, Molekulyar Trayektoriyalardan Markovian Sürtünmə Əmsalları üçün Ümumiləşdirilmiş Eynşteyn Münasibətləri, Fiziki İcmal Məktubları (2025). DOI: 10.1103/PhysRevLett.134.147101

Jurnal məlumatı: Fiziki baxış məktubları 

Oreqon Universiteti tərəfindən təmin edilmişdir