Trong nghiên cứu enzym, để tìm được các điều kiện hoạt động tối ưu nhằm thu được hiệu suất cao đòi hỏi cần phải nắm vững cơ chế hoá học cũng như cơ chế động học của phản ứng. Muốn vậy phải sử dụng những công cụ nghiên cứu lí thuyết và thực nghiệm một cách phù hợp với đối tượng nghiên cứu. Tin học và toán học là hai công cụ quan trọng giúp các nhà khoa học nhanh chóng đạt được mục đích nghiên cứu.
1.3.3.1- ứng dụng tin học trong hoá học lượng tử để giải thích cơ chế phản ứng
Ngày nay, muốn hiểu được những vấn đề về bản chất của hoá học hiện đại chúng ta không thể không biết dến cấu tạo nguyên tử và phân tử mà nền móng của nó là hoá học lượng tử. Những năm gần đây, các phương pháp tính lượng tử đã chứng tỏ nó là một phương pháp hữu hiệu không thể thiếu được trong nhiều lĩnh vực hoá học. Về nguyên tắc các phương pháp tính đều dựa vào việc giải phương trình Schrödinger:
HH' = EH'
Trotìíi đố : - ỉỉ: toán tửHaminton.
- là hàm sóng.
-E: là năng lượng.
Nhưng việc giải phương trình này chỉ chính xác được cho nguyên tử hidro, còn đối với các hệ phức tạp chúng ta đều phải sử dụng các phương pháp tính gần đúng [3]. Các phương pháp tính gần đúng lượng tử có thể cung cấp mọi thông tin cần thiết về hệ nghiên cứu miễn là chọn được phương pháp tiếp cận thích hợp cho từng đối tượng xem xét.
Những năm gần đây, nhất là những năm đầu thập kỷ cuối cùng của thế kỷ 20, sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật máy tính cùng với sự ra đời các chương trình tính lượng tử khác nhau như: Quanta, Sybyl, Alchemy, Hyperchem, Gaussian... [2]; đã cho phép người ta tiến hành các nghiên cứu lý thuyết về cấu trúc phân tử, khả năng và cơ chế xảy ra phản ứng để dự đoán các quá trình hoá học. Kết quả các chương trình tính toán này có ưu điểm là đưa ra một bức tranh tổng thể về hợp chất nghiên cứu mang tính định lượng như: mật độ điện tử, độ dài liên kết, nhiệt hình thành phân tử, momen lưỡng cực và cấu trúc lập thể của phân tử... Từ các dữ liệu này có thể dự đoán được hướng và khả năng tương tác của các tiểu phân trong môi trường phản ứng đổng thời xác định được các yếu tố có thể ảnh hưởng đến quá trình phản ứng. Như vậy, kết quả của các chương trình tính gần đúng lượng tử sẽ là cơ sở định hướng cho các mô hình kế hoạch hoá thực nghiệm, từ đó có thể giảm được số thí nghiệm.
4.1.2- ứng dụng toán học trong hoá học thực nghiệm
Toán học từ lâu đã là công cụ không thể thiếu được đối với các nhà khoa học thực nghiệm. Đặc biệt gần đây xuất hiện rất nhiều phương pháp toán học để giải các bài toán về qui hoạch hoá thực nghiệm và xử lý số liệu như: Phương pháp đơn hình, phương pháp qui hoạch hoá thực nghiệm theo ma trận bậc, theo đường dốc nhất,... Ở đây chúng tôi xin đề cập đến một phương pháp hay được sử dụng trong thực nghiệm đó là phương pháp đơn hình.
Quỵ tắc ỉ
Phải loại bỏ thực nghiệm nào mà cho giá trị hàm mục tiêu nhỏ nhất và thay thế thí nghiệm đó bằng một thí nghiệm khác, đối xứng qua trọng tâm của k đỉnh còn lại. Khi đó đơn hình mới được xác định bằng k đỉnh cũ và đỉnh thực nghiệm mới. Ọuá trình như vậy được lặp đi lặp lại cho đến khi không tìm được giá trị hàm mục tiêu mong muốn nào tốt hơn
(hình 1.3).
Quy tắc 2: Trong trường hợp khi áp dụng hai lần liên tiếp quy tắc một thì lại được đỉnh trước đây đã bỏ đi, khi đó ta áp dụng qui tắc một cho đỉnh có giá trị hàm mục tiêu nhỏ thứ hai của đơn hình trước đây.
Tối ưu hoá thực nghiệm theo phương pháp đơn hình rất phù hợp với các phương pháp phân tích enzym đặc biệt là các nghiên cứu có lượng mẫu ít. Nó cho phép tìm được điểm tối ưu với số lần thực nghiệm nhỏ nhất. Tuy nhiên nó có nhược điểm là phương pháp mò nên sau đó khó rút ra được các ảnh hưởng của từng nhân tố lên kết quả thực nghiệm. Nguyên nhân là do điều kiện tiến hành phản ứng thay đổi
liên tục và điều kiện phản ứng của lần thí nghiệm sau phụ thuộc hoàn toàn vào kết quà và điều kiện phản ứng của lần thí nghiệm trước trừ đơn hình gốc. Ngoài ra số thí nghiệm và điểm tối ưu bị phụ thuộc nhiều vào đơn hình ban đầu cùng với bước nhảy cúa các điều kiện thực nghiệm; Nếu bước nhảy nhỏ thì sẽ phải làm quá nhiều thực nghiệm và nếu bước nhảy lớn thì dễ bỏ qua điểm tối ưu. Vì thế để khắc phục tình trạng này Nelder và Mead đã cải tiến theo phương pháp thu hẹp ngoài và thu hẹp trong và được gọi là đơn hình mềm dẻo [5].
Tóm lai: ANAE đã và đang là đề tài thu hút nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm. Lĩnh vực ứng dụng ANAE trong y học ngày càng rộng rãi không chỉ ở mức độ chẩn đoán, điều trị, dự phòng mà còn là cơ sở trong việc nghiên cứu các bệnh lý phân tử. Ngày nay nhuộm phát hiện ANAE đã được công nhận là một tiêu chuẩn tham chiếu chính thức trong các phòng thí nghiệm và là một kỹ thuật đơn giản, có độ nhạy và độ đặc hiệu gần như tương đương với các kỹ thuật miễn dịch và di truyền. Phương pháp nghiên cứu enzym nói chung và ANAE nói riêng cần phải tìm hiểu được bản chất, cơ chế phản ứng và sử dụng các công cụ nghiên cứu thích hợp.
CHƯƠNG 2: ĐỐI TƯỢNG VÀ PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN cứu