Posgrado
  1. Química Física  1.1. Termodinámica  1.1.1. Leyes de la Termodinámica  1.1.2. Entalpía y capacidad calorífica  1.1.3. Entropía y energía libre  1.1.4. Equilibrio de Fase  1.1.5. Termodinámica estadística  1.1.6. Ciclo termodinámico  1.1.7. Fugacidad y actividad  1.2. Química Cuántica  1.2.1. Principios de la mecánica cuántica  1.2.2. Ecuación de Schrödinger  1.2.3. Partícula en una caja  1.2.4. Operadores y valores propios  1.2.5. Orbitales atómicos  1.2.6. Teoría de orbitales moleculares  1.2.7. Teoría de perturbaciones  1.2.8. Teoría del enlace de valencia  1.2.9. Hibridación y enlace químico  1.3. Cinética química  1.3.1. Leyes de velocidad y mecanismos de reacción  1.3.2. Teoría de colisiones  1.3.3. Teoría del estado de transición  1.3.4. Cinética Enzimática  1.3.5. Reacciones en cadena y polimerización  1.3.6. Reacciones fotoquímicas  1.4. Mecánica estadística  1.4.1. Función de partición  1.4.2. Funciones de distribución molecular  1.4.3. Distribución de Boltzmann  1.4.4. Estadísticas de Bose–Einstein y Fermi–Dirac  1.5. Espectroscopía  1.5.1. Espectroscopía Rotacional  1.5.2. Espectroscopia Vibracional  1.5.3. Espectroscopía Electrónica  1.5.4. Espectroscopia de resonancia magnética nuclear  1.5.5. Espectrometría de Masas  1.5.6. Espectroscopía Raman  1.5.7. Espectroscopía de resonancia paramagnética electrónica  1.6. Química de superficies y coloides  1.6.1. Isoterma de absorción  1.6.2. Tensión superficial y mojado  1.6.3. Estabilidad Coloidal  1.6.4. Catalisis  1.6.5. Emulsiones y micelas  1.7. Electroquímica  1.7.1. Ecuación de Nernst  1.7.2. Células electroquímicas  1.7.3. Conductividad y movilidad  1.7.4. Guerra  1.7.5. Celdas de combustible  1.7.6. Electrólisis
  2. Química orgánica  2.1. Mecanismo de reacción  2.1.1. Reacciones de sustitución nucleofílica  2.1.2. Reacciones de adición electrofílica  2.1.3. Reacciones de eliminación  2.1.4. Reacciones de reordenamiento  2.1.5. Reacciones radicales  2.1.6. Reacciones pericíclicas  2.2. Espectroscopia y determinación estructural  2.2.1. Espectroscopía UV-Vis  2.2.2. Espectroscopia IR  2.2.3. Espectroscopía de RMN  2.2.4. Espectrometría de Masa  2.2.5. Cristalografía de rayos X  2.3. Estereoscópico  2.3.1. Quiralidad y actividad óptica  2.3.2. Análisis estructural  2.3.3. Isomería geométrica  2.3.4. Estereoquímica Dinámica  2.4. Química Organometálica  2.4.1. Reactivos de organolitio y organomagnesio  2.4.2. Reacciones de acoplamiento cruzado catalizadas por paladio  2.4.3. Complejos de metales de transición  2.4.4. Enlace metal-carbono  2.5. Química de polímeros  2.5.1. Mecanismo de polimerización  2.5.2. Características de los Polímeros  2.5.3. Polímero Biodegradable  2.5.4. Polímero conductor  2.5.5. Polímeros supramoleculares  2.6. Química medicinal  2.6.1. Diseño y desarrollo de fármacos  2.6.2. Farmacocinética y farmacodinámica  2.6.3. Relaciones estructura-actividad  2.6.4. Acoplamiento molecular y selección de fármacos
  3. Química inorgánica  3.1. Química de coordinación  3.1.1. Teoría del campo cristalino  3.1.2. Teoría del campo de ligandos  3.1.3. Serie espectroquímica  3.1.4. Quelación y estabilidad  3.2. Química Organometálica  3.2.1. Carbonilos Metálicos  3.2.2. Catalysis por complejos organometálicos  3.2.3. Metalocenos  3.3. Química bioinorgánica  3.3.1. Metaloproteínas y enzimas  3.3.2. El rol de los metales en los sistemas biológicos  3.3.3. Transporte y almacenamiento de iones metálicos  3.4. Química del estado sólido  3.4.1. Estructuras Cristalinas  3.4.2. Teoría de bandas de los sólidos  3.4.3. Superconductors  3.4.4. Defectos en el cristal  3.5. Lantánidos y Actínidos  3.5.1. Configuración electrónica en lantánidos y actínidos  3.5.2. Química de coordinación de los lantánidos  3.5.3. Propiedades Magnéticas de los Lantánidos
  4. Química analítica  4.1. Cromatografía  4.1.1. Cromatografía de Gases  4.1.2. Cromatografía Líquida de Alta Resolución  4.1.3. Cromatografía en Capa Fina  4.2. Técnicas Espectroscópicas  4.2.1. Espectroscopía de absorción atómica  4.2.2. Difracción de rayos X  4.2.3. Espectroscopía de plasma acoplado inductivamente  4.3. Métodos electroanalíticos  4.3.1. Potenciometría  4.3.2. Voltametría  4.3.3. Colometría  4.4. Espectrometría de masas  4.4.1. Técnica de Ionización  4.4.2. Patrón de Fragmentación  4.5. Chemometría  4.5.1. Análisis multidisciplinario  4.5.2. Aprendizaje Automático en Química
  5. Química Teórica y Computacional  5.1. Simulación de dinámica molecular  5.1.1. Force fields and energy minimization  5.1.2. Simulación de Monte Carlo en simulaciones de dinámica molecular  5.2. Métodos químicos cuánticos  5.2.1. Teoría de Hartree–Fock  5.2.2. Teoría del funcional de la densidad  5.2.3. Métodos semiempíricos  5.3. Diseño computacional de fármacos  5.3.1. Alineamiento Molecular  5.3.2. Modelado QSAR  5.3.3. Tamizaje Virtual
  6. Bioquímica  6.1. Enzyme Kinetics  6.1.1. Cinética de Michaelis-Menten  6.1.2. Mecanismo de inhibición  6.2. Metabolismo y Bioenergética  6.2.1. Glicólisis  6.2.2. Ciclo del ácido cítrico  6.2.3. Cadena de transporte de electrones  6.3. Biología Molecular  6.3.1. Replicación y reparación del ADN  6.3.2. La síntesis de proteínas  6.3.3. Regulación Génica  6.4. Bioquímica Estructural  6.4.1. Plegado de proteínas  6.4.2. Biofísica de Membranas
  7. Química Ambiental  7.1. Química Atmosférica  7.1.1. Gases de efecto invernadero  7.1.2. Agotamiento del ozono  7.1.3. Contaminantes del aire y humo  7.2. Química del Agua  7.2.1. pH y dureza del agua  7.2.2. Tratamiento de aguas residuales  7.2.3. Química Acuática  7.3. Química del Suelo  7.3.1. Contaminación por metales pesados  7.3.2. pH del Suelo y Amortiguación  7.3.3. Ciclo de nutrientes  7.4. Toxicología y Seguridad Química  7.4.1. Toxicocinética  7.4.2. Evaluación de Riesgos en Toxicología y Seguridad Química en Química Ambiental  7.4.3. Efectos de los contaminantes en el medio ambiente

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Alineamiento Molecular


El alineamiento molecular es una técnica importante en el diseño computacional de medicamentos. Implica estudiar cómo las moléculas, como los fármacos, interactúan con objetivos biológicos, a menudo proteínas. El objetivo principal del alineamiento molecular es predecir con precisión qué tipo de estructura asume una pequeña molécula al unirse a una proteína y comprender la fuerza y el tipo de enlace. Este entendimiento puede ayudar a diseñar nuevos medicamentos que sean más efectivos y tengan menos efectos secundarios.

Introducción al alineamiento molecular

El alineamiento molecular se ha convertido en la base del diseño de fármacos basado en estructuras. Ayuda a los investigadores a simular la interacción entre dos moléculas: un receptor, que generalmente es una proteína, y un ligando, que suele ser una pequeña molécula o candidato a medicamento.

El propósito principal del alineamiento es predecir la orientación preferida del ligando que le permite unirse al receptor. La fuerza de esta unión o afinidad de unión se calcula luego para predecir la potencia eficaz del ligando como posible medicamento.

Pasos del alineamiento molecular

El proceso de alineamiento molecular puede dividirse en tres pasos principales:

  • Preparación: Esto implica preparar la estructura de la proteína y el ligando. Esto incluye limpiar las estructuras, agregar hidrógenos, elegir los estados de oxidación correctos e incluso, a veces, minimizar la energía.
  • Alineamiento: Muestreo actual de diferentes poses del ligando en el sitio activo de una proteína, manteniendo la flexibilidad del ligando y, a veces, también de la proteína.
  • Puntuación: Estas poses se evalúan con un algoritmo específico para estimar su afinidad de unión. La mejor 'pose' u orientación se elige luego en función de estas puntuaciones.

Bioinformática y alineamiento molecular

El alineamiento molecular está profundamente entrelazado con la bioinformática. Se necesita potencia computacional para simular con precisión los procesos de unión. Además, bases de datos como el Banco de Datos de Proteínas (PDB) brindan información valiosa sobre las estructuras utilizadas en las simulaciones de alineamiento.

Métodos de alineamiento molecular

Se utilizan varios métodos en aplicaciones de alineamiento:

  • Alineamiento rígido: suponiendo que tanto el ligando como la proteína son rígidos. Este método es computacionalmente menos costoso, pero a menudo es menos preciso porque no tiene en cuenta la flexibilidad observada en ambientes biológicos.
  • Alineamiento semiflexible: Aquí, el receptor o el ligando pueden cambiar ligeramente su conformación durante el proceso de alineamiento, lo que lo hace más preciso pero requiere más recursos computacionales.
  • Alineamiento flexible: Este incorpora ambos elementos de manera flexible. Si bien esto proporciona resultados más realistas, también impone mayores demandas sobre las instalaciones de computación.

Función de puntuación

La parte clave del alineamiento molecular es la función de puntuación. Son métodos matemáticos utilizados para predecir y clasificar el 'ajuste' o afinidad de unión entre un receptor y un ligando.

Algunos tipos comunes de funciones de puntuación son:

  • Basadas en campos de fuerza: Estas consideran los campos de fuerza de mecánica molecular para evaluar la interacción entre el ligando y el receptor. La minimización de energía juega un papel importante aquí.
  • Empíricas: Desarrolladas al ajustar relaciones estadísticas entre datos experimentales de alta resolución y precisión, estas son relativamente rápidas pero requieren muchos parámetros.
  • Basadas en conocimiento: utilizan el análisis estadístico de complejos receptor-ligando conocidos para obtener una función de puntuación.

Aplicaciones del alineamiento molecular

El alineamiento molecular se utiliza en varias etapas del descubrimiento de fármacos:

  • Optimización de líderes: Esto permite afinar las moléculas líderes identificadas a partir de cribado de alto rendimiento.
  • Entendimiento de mecanismos: Ayuda a comprender los mecanismos de unión y las vías biológicas al proporcionar información sobre las interacciones receptor-ligando.
  • Cribado virtual: Se puede realizar cribado virtual de millones de compuestos para identificar posibles aciertos que puedan mostrar actividad biológica prometedora.

Desafíos en el alineamiento molecular

A pesar de su utilidad, el alineamiento molecular enfrenta varios desafíos:

  • Flexibilidad de la proteína: Los sistemas biológicos son altamente dinámicos. El modelado preciso de la flexibilidad del receptor sigue siendo difícil.
  • Moléculas de agua: El papel del agua sigue siendo complejo. A veces median las interacciones entre ligandos y receptores, agregando complejidad al proceso de modelado.
  • Cálculos de energía precisos: Predecir la energía libre y las afinidades conlleva dificultades computacionales.

Fundamentos teóricos

En su esencia, el alineamiento es un problema de optimización. El paisaje de la función de puntuación puede verse como un espacio multidimensional en el que los picos representan sitios de unión favorables. Los algoritmos navegan por este paisaje para encontrar el sitio de unión óptimo, conocido como el óptimo global.

Representación visual

A continuación se muestra una ilustración simplificada de un ligando encajando en el sitio activo de una proteína:

        
            
                
                
                Proteína
                
                Ligando

El futuro del alineamiento molecular

El futuro del alineamiento molecular depende de superar los desafíos existentes y utilizar tecnologías emergentes como el aprendizaje automático para hacer el alineamiento más eficiente y preciso. Los avances en computación cuántica también podrían revolucionar el campo al permitir simulaciones más complejas con mayor precisión.

Conclusión

El alineamiento molecular sigue siendo una herramienta indispensable en el descubrimiento de fármacos, la investigación farmacéutica y la comprensión de procesos biológicos. A medida que aumentan las capacidades computacionales, también lo hace el potencial para predicciones más precisas y un desarrollo de medicamentos más eficiente.


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