6. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài
1.2.2.1. Hàm đánh giá dựa vào trường lực
Trường lực đã dần dần được công nhận là một công cụ mạnh mẽ trong việc mô phỏng các đại phân tử sinh học kể từ khi các công trình tiên phong của Martin Karplus và đồng nghiệp trong những năm 1970 [35]. SF dựa vào trường lực được phát triển dựa trên các tương tác vật lý, bao gồm tương tác Van der Walls, tương tác tĩnh điện và sự kéo dãn/ uốn/ xoắn các liên kết. Các trường lực và tham số thường được lấy từ cả dữ liệu thực nghiệm và tính toán cơ học lượng tử theo các nguyên lý vật lý. Thách thức lớn trong SF dựa vào trường lực là làm thế nào để xử lý dung môi.
Một số SF dựa vào trường lực cổ điển trong docking có thể kể đến là phiên bản đầu của SF được sử dụng trong DOCK và AutoDock, có các tham
số được lấy từ các trường lực AMBER, đánh giá năng lượng liên kết bằng cách tính tổng của các tương tác không mang bản chất liên kết (tương tác tĩnh điện và tương tác Van der Walls), trong đó có xem xét sự đóng góp của enthalpy cho năng lượng:
E = ∑ ∑ ( AIJ rij12 −Bij rij6 + qiqj ε(rij)rij j i )
Trong đó: E là năng lượng của hệ đang xét,
rij là khoảng cách giữa nguyên tử protein i và nguyên tử phối tử j,
Aij và Bij là các tham số van der Waals, qi và qj là các điện tích nguyên tử.
Năng lượng tương tác tĩnh điện được tính theo công thức định luật Coulomb. Vì vấn đề khó khăn trong việc mô phỏng môi trường thực của protein, nên hằng số điện môi sẽ phụ thuộc vào khoảng cách, giúp điều chỉnh sự đóng góp của các tương tác tĩnh điện. Mặc dù đem lại hiệu quả trong tính toán nhưng sự phụ thuộc vào khoảng cách của hằng số điện môi không thể giải thích cho hiệu ứng hòa tan, một hiệu ứng quan trọng, khi các nhóm tích điện ưu tiên môi trường nước trong khi các nhóm không phân cực có xu hướng tan trong môi trường không phải nước. Năng lượng hòa tan là tương tác chính của một số hệ, năng lượng này phụ thuộc vào cấu trúc hình học và môi trường xung quanh của các phân tử chất tan. Vì bỏ qua hiệu ứng entropy và dung môi, SF sẽ chịu ảnh hưởng của tương tác tĩnh điện Coulomb và do đó có xu hướng chọn phối tử có điện tích cao, dẫn đến hiệu quả của SF dựa trên trường lực là không đủ tốt.
Sau này, người ta mở rộng xem xét các đánh giá dựa trên trường lực đối các liên kết hydrogen, sự hoà tan và đóng góp entropy. Do đó biểu thức tính toán năng lượng sau được áp dụng rộng rãi hơn:
∆Gbinding= ∆EvanderWalls + ∆Eelectronstatic+ [∆EH−bond] + ∆Gdesolvation Trong đó: ∆Gbindinglà năng lượng tự do của liên kết.
∆EVan der Wallslà năng lượng các tương tác Van der Walls.
∆EH-bondlà năng lượng liên kết hydrogen.
∆Gdesolvationnăng lượng tự do của quá trình hòa tan.
Các chương trình phần mềm như DOCK, GOLD (dựa trên trường lực Tripos) và AutoDock (dựa trên trường lực AMBER) cung cấp cho người dùng các SF như vậy. Chúng có một số khác biệt trong việc xử lý các liên kết hydrogen, dạng hàm năng lượng, … Hơn nữa, kết quả của việc mở rộng các đánh giá dựa trên trường lực có thể được cải tiến thêm bằng các kỹ thuật khác, như năng lượng tương tác tuyến tính và phương pháp nhiễu loạn năng lượng tự do (FEP) để cải thiện độ chính xác trong việc dự đoán năng lượng liên kết. Nhìn chung, SF dựa vào trường lực có thể khảo sát sự tương tác giữa các nguyên tử của protein và phối tử; thích hợp để tính toán năng lượng liên kết giữa protein và phối tử với độ chính xác tốt hơn các loại SF khác do sự xem xét của enthalpy, sự hoà tan và entropy.