مقايسۀ روش‌هاي اختلال انرژي آزاد و انتگرال گيري ترموديناميكي براي محاسبۀ تغييرات انرژي آزاد تعادلي

محاسبۀ تفاوت انرژي آزاد بين حالت اوليه و پاياني يك فرايند، از مهم ترين محاسبات در سامانه هاي زيستي است. فرايندهاي زيستي همراه با تغيير انرژي آزاد هستند. از جمله اين فرايندها مي توان به عبور داروها از غشاي سلول ها، واكنش هاي آنزيمي، برهمكنش هاي دارو-پروتئين، برهمكنش هاي ليگاند-گيرنده سلول ها و انتقال ساختاري از سيس به ترانس اشاره كرد. در پژوهش هاي دارويي، پيش بيني تأثيرات كلينيكي دارو بستگي به درك جزئيات برهمكنش هاي دارو با سامانه هاي زيستي دارد. براي اين منظور از محاسبۀ تفاوت انرژي آزاد، مي توان استفاده كرد. با دانستن تفاوت انرژي آزاد در چنين فرايندهايي، مي توان دركي از چگونگي برهمكنش ها داشت. از آنجايي كه درك جزئيات برهمكنش ها در ابعاد مولكولي معمولا با روش هاي آزمايشگاهي امكان پذير نيست، براي اين منظور از روش هاي محاسباتي مانند ديناميك مولكولي استفاده مي شود. در ميان روش هاي متفاوتي كه از سال 1935 تا به امروز ارائه شده اند، مي توان به نظريۀ اختلال در سال 1954 و روش انتگرال گيري ترموديناميكي در سال 1935 اشاره كرد. اولين شبيه سازي انجام شده با استفاده از روش اختلال، براي محاسبۀ تفاوت انرژي آزاد در فرايند تبديل متانول به اتان بوده است، كه اين تفاوت، 6/7 كيلوكالري بر مول محاسبه شده است. عدد آزمايشگاهي گزارش شده 9/6 كيلوكالري بر مول است. نزديكي بسيار زياد عددهاي محاسباتي و آزمايشگاهي نشان دهندۀ موفقيت اين روش محاسباتي است. هر چند روش اختلال انرژي آزاد و انتگرال گيري ترموديناميكي بسيار مشابه هستند، اما تفاوت هايي با يكديگر دارند. در اين مقاله به تفاوت هاي اين دو روش پركاربرد از ديدگاه دقت و هزينه محاسباتي مي پردازيم. همچنين، نشان خواهيم داد كه روش اختلال انرژي آزاد روشي سريع تر در مقايسه با روش انتگرال گيري ترموديناميكي است، در حالي كه روش انتگرال گيري ترموديناميكي روشي دقيق تر از نظر محاسبات است‏.