تشخیص مولکولی

بخش عمده‌ای از شیمی، بیوشیمی و داروشناسی به تشکیل اختصاصی کمپلکس‌های غیر کووالانسی بین مولکول‌ها در محلول بستگی پیدا می‌کند.
قابلیت متصل کردن برخی مولکول‌ها به هم و نه به مولکول‌های دیگر، اساس فعالیت بسیاری از عامل‌های کی‌لیت‌ساز، کاتالیزورها، آنزیم‌ها، پادتن‌ها، داروها، و انواع دیگر مولکول‌ها است. گرچه اصول فیزیکی حاکم بر گزینش در این اتصال، از مدت‌ها پیش به خوبی درک شده است، ولی به تازگی توانسته‌ایم این پدیده‌های شناسایی را به نحوی سیستماتیک پیش‌بینی و معنی کنیم.
تحولات جدید در این زمینه، هم نشان‌دهندة پیشرفت‌هایی در نظریة اساسی بوده است و هم منعکس‌کنندة افزایش توان و قابلیت کامپیوترها. ویژگی فعالیت مولکولی را بیشتر اوقات می‌توان برحسب تفاوت‌های انرژی آزاد بیان کرد که محاسبة آن به روش‌های پریشیدگی انجام می‌شود. به عنوان مثال اتصال دو لیگاند L و M را به مولکول پذیرندة R، در یک حلّال در نظر می‌گیریم. لیگاندی که با بیشترین کاهش انرژی آزاد متناظر است، محکم‌تر به R متصل خواهد شد. اصولاً انرژی آزاد اتصال برای هر لیگاند را با کامپیوتر می‌توان محاسبه کرد، به این نحو که هر زوج لیگاند پذیرنده را در جریان شبیه‌سازی دینامیک مولکولی یا در شبیه‌سازی کامپیوتری مونت‌کارلو وادار به پیوستن به (یا گسستن از) یکدیگر کرد. در عمل آسان‌تر است که شبیه‌سازی "استحاله" یا اختلال از L به M انجام شود زیرا این کار تنها مستلزم تغییراتی نسبتاً موضعی در سیستم است. با توجه به چرخة ترمودینامیکی، دیده می‌شود که تفاوت انرژی‌های آزاد اتصال، برابر است با تفاوت انرژی‌های آزاد "استحاله" لیگاندهایی که به صورت کمپلکس در نیامده‌اند و لیگاندهایی که به صورت کمپلکس در آمده‌اند.
روش پریشیدگی چرخة ترمودینامیکی با موفقیت برای محاسبة انرژی‌های آزاد نسبی اتصال آنیون‌های هالیدهای مختلف به یک پذیرنة آلی اتصال بازدارنده‌های گوناگون به یک آنزیم، و نیز اتصال یک بازدارندة معین به آنزیم‌هایی که به روش‌های مهندسی ژنتیک ساخته شده‌اند، به کار برده شده است. این روش را می‌توان در انواع دیگر فعالیت‌های مولکولی نیز به کار برد، آهنگ واکنش‌ها را از راه محاسبة انرژی آزاد نسبی فعالسازی می‌توان مطالعه کرد. می‌توان شبیه ‌سازی‌ها را تجزیه و تحلیل کرد و به معانی فیزیکی خواص محاسبه شده دست یافت. به عنوان مثال معلوم شده است که میل ترکیبی نسبتاً ضعیف یک بازدارنده به یک آنزیم ناشی از دشواری خروج باز دارنده از حلال است نه مناسب نبودن آن برای آنزیم.
در مورد فرآیندهایی که به وسیلة پخش کنترل می‌شوند، تشخیص مولکولی ممکن است به صورت خاصیتی جنبشی نمایان شود و اثر برهم کنش‌های دوربرد را نشان دهد. به عنوان مثال، اگر برهم کنش‌های الکتروستاتیک، عوامل واکنش‌ده را (که در حال پخش شدن هستند) به سوی وضعیت‌های برتر برخورد سوق دهد، آهنگ واکنش‌های (که به وسیلة پخش کنترل می‌شوند) مولکول‌های باردار یا قطبی با یکدیگر افزایش خواهد یافت. ثابت‌های آهنگ واکنش را، در این واکنش‌ها می‌توان با تحلیل مسیر مولکول‌های واکنش‌ده، که به روش شبیه‌سازی دینامیک براونی تولید شده‌اند، محاسبه کرد. چنین محاسباتی نشان داده است که واکنش آنیون سوپراکسید کاتالیز شده به وسیلة آنزیم سوپر اکسید دیسمیوتاز، با سوق دادن الکتروستاتیکی آنیون‌ها به سوی مراکز فعال آنزیم، تسریع می‌شود.