prof. Pavel Hobza

V chemii, fyzice a obzvláště v biovědách hrají nekovalentní interakce klíčovou roli. Podílejí se na vytváření struktury biomolekul (např. nukleových kyselin nebo bílkovin) a jsou také zodpovědné za procesy molekulového rozpoznávání. V buňce jsou nesmírně důležité při tvorbě funkčních komplexů biomolekul, přičemž schopnost jejich interakcí být vysoce specifické zprostředkovává život takový, jaký jej doposud známe.

Pochopení úlohy nekovalentních interackcí patří v dnešní době k významným úkolům moderní fyzikální chemie, biochemie a molekulární biologie. Je to však bezesporu náročný úkol, pomyslíme-li na extrémní složitost biomolekulových interakcí i na jejich křehkou rovnováhu.

Odrazovým můstkem teoretických studií, které si kladou za cíl popsat nekovalentní interakce např. stavebních kamenů biomolekulových komplexů, by měly být výpočty v plynné fázi, kdy vliv okolního rozpouštědla lze eliminovat. Kvantově-chemické výpočty nám mohou poskytnout úplný popis molekulových interakcí, čímž se zpřístupní informace o struktuře molekul, stabilizační energii, elektrických vlastnostech, IČ a UV/VIS spektroskopických datech atd. V některých případech mohou teoretické a numerické nároky, jakož i dynamická flexibilita molekul, vést k výpočetním problémům. Potom je potřeba přistoupit k ah hoc aproximacím teoretických modelů. Z nich se nejčastěji přistupuje k adiabatické separaci dynamických stupňů volnosti zahrnujících různý obsah energie.

Ve snaze plně porozumět úloze biomolekulových interakcí je nadále třeba do výpočetně-chemických metod zahrnout kvalitní a prověřené techniky pro popis solvatačních efektů. Zde molekulové simulace s explicitním popisem rozpouštědla zastupují „zlatý standard“ současného počítačového modelování. Tyto simulace nám poskytují detailní informace jak o zkoumané biomolekule (nebo biomolekulách), tak i o okolních molekulách vody, rozpuštěných iontech atd., a to vše během dějů odehrávajících se na pikosekundové až mikrosekundové časové škále.

Tento podrobný popis molekul v jejich přirozeném prostředí (voda, ionty atp.) nám také zpřístupňuje informace o změnách volné energie během biologicky relevantních procesů.