공간충전 모델

Space-filling model
이 기사는 화학에 관한 주제에 관한 것이다. 지오메트리의 공간 채우기 곡선은 공간 채우기 곡선을 참조하십시오.
n-옥탄의 space-filling 모델 직쇄(정상)탄화 수소 8탄소와 18인데로 구성된:CH3CH2(CH2)4CH2CH3orC8H18 식.참고, 그 담당자는 표시된 분자 중, 회전에 대한 carbon-carbon 채권에 대하여 낮은 기브스 에너지 장벽 때문에(이산화"차 한 인구 중 단일 형태"포즈를 취하다"이다.''대단한 유연성)에서는 일반적으로 매우 많은 수의 그러한 순응(예: 솔루션)으로 구성된다.
복합 분자의 3차원 공간 채우기 모델의 예로서 대마초에서 활성제인 THC.

화학에서, 칼로트 모델이라고도 알려진 공간 채우기 모델은 원자의 반지름에 비례하고 중심에서 중심까지의 거리가 원자핵 사이의 거리에 비례하는 구에 의해 원자가 표현되는 3차원(3D) 분자 모델의 일종이다. 다른 화학 원소의 원자는 보통 다른 색상의 구체로 표현된다.

공간을 채우는 칼로트 모델은 일정 기간 동안 모델링 개념을 유용한 형태로 발전시킨 화학자 로버트 코리, 리너스 폴링, 월터 콜툰의 이름을 따서 CPK 모델이라고도 불린다.[1] 그것들은 원자에 "전체 크기" 공간을 채우는 구를 사용함으로써 볼 앤 스틱 및 골격 모델과 같은 다른 3D 표현과 구별된다. 그것들은 분자의 효과적인 모양과 상대적인 치수, 그리고 주어진 정적 컨포머가 나타낼 수 있는 표면의 모양을 시각화하는 데 유용하다. 반면 이들 모델은 원자들 사이의 화학적 결합을 가리기 때문에 특정 포즈에서 시청자와 가장 가까운 원자에 의해 가려지는 분자의 구조를 보기 어렵게 만든다. 이러한 이유로, 그러한 모델들은 특히 복잡한 분자와 함께 사용될 때, 역동적으로 사용될 수 있다면, 더 큰 효용성을 갖는다(예를 들어, 회전하기 위해 THC 모델을 클릭했을 때 주어진 분자 모양을 더 잘 이해한다).

역사

공간을 채우는 모델은 분자가 존재하는 전자 표면을 반영하고, 분자가 상호작용하는 방법을 지시하는 방법으로 분자를 표현하고자 하는 욕망에서 비롯된다(또는 표면과 함께 또는 효소와 같은 고분자와 함께). 결정학적 데이터는 정적 분자 구조를 이해하기 위한 출발점이며, 이러한 데이터는 공간을 채우는 표현(예: 이러한 결정학적 모델 참조)을 생성하기 위해 엄격하게 필요한 정보를 포함하고 있다. 그러나 결정학자는 대부분 "열 엘"을 통해 결정학에서 파생된 원자의 위치를 제시한다.편리를 위해 컷오프 파라미터가 설정되는 "립소"는 원자 위치를 표시하거나(비등로피 포함), 공밸런트 결합 또는 원자 사이의 다른 상호작용을 선으로 나타낼 수 있도록 한다. 요컨대, 효용성의 이유로 역사적으로 결정학적 데이터가 볼앤스틱 모델에 가까운 프레젠테이션에 나타났다. 따라서 결정학적 데이터는 공간을 채우는 모델을 만들기 위한 정보를 포함하지만, 그것은 분자의 효과적인 정적 모양을 모델링하는 데 관심이 있는 개인들에게 남아있다. 그리고 그것이 점유한 공간, 그리고 그것이 다른 분자에게 표면을 제시하는 방법, 위에 나타난 형식주의를 발전시킨다.

1952년 로버트 코리와 리너스 폴링은 칼텍에서 만든 분자의 정확한 축척 모델을 설명했다.[1] 그들은 모델에서 분자의 표면이 분자의 각 원자의 반 데르 발스 반경에 의해 결정되는 것으로 상상했고, 각 원자의 반 데르 발스 반경에 비례하는 경질 나무 구로서 조작된 원자를 척도 1인치 = 1 å으로 상상했다. 원자 사이의 결합을 허용하기 위해 각 구의 일부를 잘라내어 일치하는 평면 쌍을 만들었고, 절단은 구 중심 사이의 거리가 화학 결합의 표준 유형에 비례하도록 치수를 조정했다.[1] 커넥터는 각 평평한 면의 중심에 있는 각 구체에 나사산이 들어가는 금속 부싱이 설계되었다. 그런 다음 두 구를 반대편 부싱의 쌍(나사로 고정)에 삽입한 금속 막대로 단단히 고정시켰다. 이 모델들은 수소 결합을 표현할 수 있는 특별한 기능도 가지고 있었다.[1][verification needed][2]

간단한 분자, 아황산가스의 3D 공간 채우기 모델의2 예로서, 정전기적 전위 표면을 보여주고 있으며, 계산 화학 도구의 스파르타 소프트웨어 제품군을 사용하여 분자에 대해 계산되었다. 전기적 영역은 파란색에서 전기적 영역은 빨간색으로 음영 처리된다. 표면은 일련의 이산 계산 단계에서 분자의 원자 및 결합 전자와 구면 점 양전하(예: 양성자, H+,)의 상호작용 에너지를 계산하여 생성되었다. 여기서 정전기 표면은 유황 원자의 전자 결핍을 강조하여, 유황 원자가 관여할 수 있는 상호작용과 그것이 겪을 수 있는 화학적 반응을 제시한다.
이 이미지에서 세포외 표면을 내려다보는 것처럼 보이는 매우 복잡한 고분자, 단백질, 세포막-스패닝 β2 아드레노레셉터의 3D 공간 채우기 모델의 예. 정전기 전위 표면은 결정학(PDB 코드 2RH1)에 의해 결정되는 원자 위치를 가진 모델에 적용되었다. 정전기 표면은 적응형 포아송-볼츠만 솔버(APBS) 프리웨어를 사용하여 계산되었다.[3] 전기적 영역은 다시 파란색으로 음영 처리되고 전기적 영역은 빨간색으로 표시된다. 노란색, 빨간색, 파란색으로 된 스틱 표현에서 수용체 상단의 홈에 있는 작은 분자 리간드가 그것에 결합되어 있으며, 이 결합을 통해 정상적인 리간드인 신경전달물질/호르몬 에피네프린의 결합에 대항하는 부분 역작용제인 카라졸롤이다. 이 수용체는 Bindingepinephrine에 반응하여 L형 칼슘 채널과 결합하여 원활한 근육 이완과 기관지 파괴와 같은 생리학적 반응을 매개한다. 이러한 모든 결합 상호작용과 신호전도에 있어서의 수용체의 기능은 정전기 효과에 의해 매개되며, 현대적인 구조 작업에서는 유사한 공간충전 모델을 사용하여 연구되는 경우가 많다.

1965년에 월터 L.Koltun 특허를 받고 이 간단하시스템과 발전을 위해 허용하는 Corey-Pauling system,[4][non-primary 공급원이 필요하][더 나은 공급원이 필요하]로 본질적으로 동일한 목표를 특별히 설계된 스냅의 연결기로 합류했던 다양한 색깔,의 성형 플라스틱 원자를 가진 단순한 시스템 디자인했다. 분자와에서 일하고 인기 있는 방법으로 모델. 교육 및 연구 환경 이러한 색상 코딩, 본드 길이 정의, 반데르 바알의 공간 채우기 모델은 현재 CPK 모델이라고 일반적으로 알려져 있는데, 이 세 가지 특정 개념의 개발자의 이름을 따왔다.

현대의 연구 노력에서, 분자 표면의 어떤 부분이 용제에 쉽게 접근할 수 있는지 또는 e가 어떻게 쉽게 접근할 수 있는지와 같은 추가 정보가 있는 단순하고 복잡한 분자의 공간을 채우는 모델을 제공하기 위해 전통적인 방법 및 새로운 계산 방법과 결합하여 데이터가 풍부한 결정학적 모델을 사용하게 되었다.공간 채우기 표현(CPK 사례에서 거의 완전히 상상에 맡겨진)의 강의 정적인 특성은 생성된 시각적 모델에 추가될 수 있다. 두 개의 닫힌 영상은 후자의 계산과 표현 유형, 그리고 그 효용성의 예를 보여준다.

참고 항목

참조

  1. ^ a b c d Corey, Robert B.; Pauling, Linus (1953). "Molecular models of amino acids, peptides, and proteins" (PDF). Review of Scientific Instruments. 8 (24): 621–627. Bibcode:1953RScI...24..621C. doi:10.1063/1.1770803. Retrieved 9 March 2020.
  2. ^ 같은 논문에서 코리와 폴링은 또한 1인치 = 2인치 크기의 고무와 같은 폴리비닐 플라스틱 구체와 스냅 파스너로 연결된 훨씬 단순하지만 덜 정확한 유형의 모델을 간략하게 설명한다. Corey & Pauling, 1953, op. cit.을 참조하십시오.
  3. ^ Baker, N.A., 9월, D., Joseph, S., Holst, M.J. & McCammon, J.A., 2001, "나노시스템 전기학: 미세관 및 리보솜에 응용" Proc. 나틀. 아카드. Sci. U.S.A. 98: 페이지 10037-10041, [1]을 참조하고 CS1 maint: 아카이브 사본을 제목(링크)으로, [2], 2015년 6월 23일에 접속했다.
  4. ^ Walter L. Koltun (1965), 분자 모델을 위한 원자 단위 및 커넥터 공간을 채운다. 미국 특허 3170246.[non-primary source needed][better source needed]

외부 링크

갤러리

시클로헥산의 공간충전 모델CH
6
12. 부분적으로 가면을 쓴 탄소 원자는 회색으로 되어 있고, 수소아톰은 백구로 나타난다.