Química Computacional

Apresentação do conceito de Química Computacional; a sua importância e as suas principais aplicações, incluindo o desenvolvimento de novos fármacos (…)

Conceito de Química Computacional

A química computacional é uma disciplina da química que aplica ferramentas computacionais (i.e. software especializado) para estudar as características e comportamento da matéria. Este software recorre a métodos matemáticos para calcular propriedades como energia potencial, energia livre, estruturas geométricas de equilíbrio e de estados de transição, momento dipolar, espectro vibracional, distribuição electrónica e carga. É possível também simular o seu comportamento, p.e., a difusão de fármacos na membrana celular, dissolução de sais em água, formação de cristais de gelo, reacção entre dois ou mais reagentes, etc.

A química computacional permite realizar um elevado volume de cálculos em pouco tempo. Portanto, é extremamente valiosa para o desenvolvimento de novos fármacos permitindo em poucas horas testar, de entre milhões de moléculas, quais as que melhor se ajustam na cavidade de um receptor celular, tarefa que seria impraticável no contexto laboratorial. É ainda útil quando pretendemos estudar sistemas difíceis de reproduzir, como as reacções de fusão que ocorrem no interior das estrelas, materiais muito caros ou perigosos e estados de transição entre reacções químicas, que têm uma duração temporal na escala nos nanosegundos.  Além de tudo isto, os métodos computacionais oferecem um estudo mais detalhado, ecológico e económico do que o estudo laboratorial. No entanto, não pretendem substituir os ensaios laboratoriais, antes os complementam, por exemplo, auxiliando na interpretação de espectros vibracionais obtidos em laboratório.

A maior parte destes cálculos e simulações baseiam-se na equação de Schrödinger, um modelo da física quântica que descreve, através de algoritmos matemáticos, o comportamento dos electrões num sistema químico (p.e. numa molécula). Os modelos quânticos são aqueles que representam a realidade com maior exactidão e detalhe, no entanto são muito exigentes em termos computacionais, isto é, um cálculo simples exige um elevado número de operações matemáticas. Por esta razão os métodos quânticos, quando aplicados a grandes sistemas, como uma hormona, requerem a utilização de clusters de computadores. Mesmo tendo acesso a um supercomputador, não é prático estudar sistemas gigantes, como proteínas ou membranas celulares, utilizando apenas métodos quânticos. Nestes casos recorre-se, total ou parcialmente, a métodos mais expeditos mas menos exactos, como a mecânica molecular, baseada na física clássica, para descrever,total ou parcialmente, estes sistemas.

 

Saber mais:

http://www.shodor.org/chemviz/overview/ccbasics.html

Cramer, C., Essentials of Computational Chemistry: Theories and Models. 2nd ed2004: Wiley.

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