1.a Estructura tridimensional: 2D a 3D

Construir la estructura tridimensional de un compuesto químico

Cuando vamos a trabajar con modelado de procesos ya sea químicos o biológicos en los que intervengan sustratos, se debe tener en cuenta que vamos a necesitar un modelo tridimensional de nuestra molécula de interés. En la mayoría de las ocasiones vamos a partir de un esquema químico de nuestro caso de estudio. Sin embargo, debemos estar preparados en el caso de que solo tengamos el nombre del compuesto. En este tutorial se abordara en forma breve y concisa uno de los caminos que existen para obtener un modelo tridimensional de un sustrato químico.

1.- Vamos a utilizar una molécula como ejemplo, en este caso la molécula se conoce como PRA y su esquema se puede observar en la figura de abajo.

2.- El primer paso para construir nuestro modelo 3D partiendo del esquema de arriba es obtener el programa Molden, con este programa vamos a poder construir moléculas átomo por átomo. Una vez que instalamos el programa nos aparecera una pantalla en negro y un menú, en el menú seleccionamos el botón que dice Zmat editor, este menú nos permite comenzar la construcción de nuestra molécula partiendo de cero.

3.- Ahora nos aparece otro menú, en este seleccionaremos el botón add line, este botón nos permite agregar los átomos que vamos a utilizar para crear nuestro modelo, en este caso si nuestro modelo es PRA vamos a utilizar C,H,O,N. Basándonos en el esquema construimos el modelo 3D, teniendo muy presente la química de los átomos,(cuantos enlaces puede formar, carga final del sistema,aromaticidad,etc.) La imagen de abajo muestra nuestro modelo en 3D y como se ve en la interfaz de Molden.

4.- Una vez que tenemos nuestro modelo 3D en la interfaz, simplemente presionamos el botón write y ahí podemos guardar nuestro modelo en el formato que mejor nos convenga (Mol2,PDB,XYZ). Teniendo nuestro modelo en el formato que deseamos podemos comenzar un proceso de refinamiento del modelo.

5.- En la imagen podemos observar que nuestro modelo es el mismo que esta en el esquema, aunque se debe resaltar que es muy recomendable buscar en la bibliografía los parámetros de nuestra molécula como son (distancias de enlace, ángulos de enlace, ángulos diedros, etc). Esto se hace con el propósito de obtener un modelo lo más cercano a la realidad posible. Sin embargo, aun contando con esta información se recomienda llevar a cabo un cálculo de minimización de energía(optimización), esto quiere decir que a través de un programa de química computacional se realiza un proceso de búsqueda de un mínimo local en la superficie de la energía potencial. El resultado de esta cálculo nos va a dar una estructura más confiable que la inicial. Este proceso se explica en el punto 1b de este tutorial.