Войти
Модель заполнения пространства н-октаном, прямая цепь (нормальная) углеводород, состоящий из 8 атомов углерода и 18 атомов водорода, формулы: CH 3CH2(CH 2)4CH2CH3или C. 8H. 18. Обратите внимание, что показанный представитель имеет единственную конформационную «позицию» Популяция молекул, которая из-за низкой энергии Гиббса препятствует вращению вокруг своих углерод-углеродных связей (что придает углеродной «цепи» большую гибкость), обычно состоит из очень большого числа различных таких конформаций ( например, в растворе). 
Пример трехмерной модели, заполняющей пространство сложной молекулы, THC, активного агента в марихуане. В химии, модель заполнения пространства, также известная как модель Калота, представляет собой тип трехмерной (3D) молекулярной модели, где атомы представлены сферами, радиусы которых пропорциональны радиусам атомов, а расстояние от центра к центру r расстояния пропорциональны расстояниям между атомными ядрами , все в одном масштабе. Атомы разных химических элементов обычно представлены сферами разного цвета.
Модели калот, заполняющие пространство, также называются CPK-моделями в честь химиков Роберта Кори, Линуса Полинга, и кто в течение некоторого времени развил концепцию моделирования в полезную форму. Они отличаются от других трехмерных представлений, таких как шарообразная и скелетная модели, использованием для атомов «полноразмерных» сфер, заполняющих пространство. Они полезны для визуализации эффективной формы и относительных размеров молекулы, а также форм поверхности, которую может представлять данный статический конформер. С другой стороны, эти модели маскируют химические связи между атомами и затрудняют просмотр структуры молекулы, скрытой атомами, ближайшими к наблюдателю в той или иной позе. По этой причине такие модели более полезны, если их можно использовать динамически, особенно при использовании со сложными молекулами (например, см. Лучшее понимание формы молекул, которое дается при нажатии на модель THC для поворота).
Модели, заполняющие пространство, возникают из желания для представления молекул способами, которые отражают электронные поверхности, которые присутствуют в молекулах, которые определяют, как они взаимодействуют друг с другом (или с поверхностями, или макромолекулами, такими как ферменты и т. д.). Кристаллографические данные являются отправной точкой для понимания статической молекулярной структуры, и эти данные содержат информацию, строго необходимую для создания представлений, заполняющих пространство (например, см. эти кристаллографические модели ); однако чаще всего кристаллографы представляют местоположения атомов, полученные из кристаллографии, с помощью «тепловых эллипсоидов », параметры отсечки которых установлены для удобства, как для отображения местоположений атомов (с анизотропией ), а также для представления ковалентных связей или других взаимодействий между атомами в виде линий. Короче говоря, из соображений полезности кристаллографические данные исторически появлялись в презентациях, более близких к шарнирным моделям. Следовательно, хотя кристаллографические данные содержат информацию для создания моделей заполнения пространства, они оставались для людей, заинтересованных в моделировании эффективной статической формы молекулы, пространства, которое она занимала, и способов, которыми она могла бы представить поверхность другой молекуле. развить формализм, показанный выше.
В 1952 году Роберт Кори и Линус Полинг описали точные масштабные модели молекул, которые они построили в Калтехе. В своих моделях они предполагали, что поверхность молекулы определяется ван-дер-ваальсовым радиусом каждого атома молекулы, и создали атомы в виде деревянных сфер с диаметром, пропорциональным каждому атому. ван-дер-ваальсовый радиус атома в масштабе 1 дюйм = 1 Å. Чтобы обеспечить связи между атомами, часть каждой сферы была вырезана, чтобы создать пару совпадающих плоских граней, с размерами вырезов таким образом, чтобы расстояние между центрами сфер было пропорционально длинам стандартных типов химических связей. Был разработан соединитель - металлическая втулка , которая ввинчивалась в каждую сферу в центре каждой плоской поверхности. Затем две сферы прочно удерживались вместе металлическим стержнем, вставленным в пару противоположных втулок (с закреплением винтами). Модели также имели специальные функции, позволяющие представить водородные связи.
Пример трехмерной модели, заполняющей пространство простой молекулы, диоксида серы, SO 2, показывающая поверхность электростатического потенциала, вычисленную для молекулы с использованием программного пакета Spartan инструментов вычислительной химии. Он закрашен от синего для электроположительных областей до красного для электроотрицательных областей. Поверхность была создана путем вычисления энергии взаимодействия сферического точечного положительного заряда (например, протона H) с атомами молекулы и связывающими электронами в серии дискретных вычислительных шагов. Здесь электростатическая поверхность подчеркивает недостаток электронов у атома серы, предполагая взаимодействия, в которых он может участвовать, и химические реакции, в которых он может проходить. 
Пример трехмерной модели, заполняющей пространство очень сложная макромолекула, белок, клеточная мембрана, охватывающая β2-адренорецептор, рецептор, связанный с G-белком на этом изображении, если смотреть сверху на внеклеточную поверхность. Поверхность с электростатическим потенциалом применялась к модели с положениями атомов, определенными кристаллографией (PDB код 2RH1); электростатическая поверхность была рассчитана с помощью бесплатного программного обеспечения Adaptive Poisson-Boltzmann Solver (APBS). Он снова закрашен синим для электроположительных областей и красным для электроотрицательных областей. В некоторой степени очевидно, в желтом, красном и синем изображении в виде палочки в канавке наверху рецептора, это небольшая молекула лиганда , связанная с ним, агент каразолол, частичный обратный агонист, который посредством этого связывания противодействует связыванию нормального лиганда, нейромедиатора / гормона эпинефрина. В ответ на связывание адреналина, этот рецептор в сочетании с кальциевым каналом L-типа опосредует физиологические реакции, такие как расслабление гладких мышц и бронходилатация. Все такие связывающие взаимодействия и функция рецептора в передаче сигнала опосредуются электростатическими эффектами, и в современных структурных исследованиях они часто изучаются с использованием аналогичных моделей заполнения пространства. В 1965 году разработан и запатентован упрощенная система с формованными пластиковыми атомами различных цветов, соединенных специально разработанными защелками; эта более простая система достигла тех же целей, что и система Кори-Полинга, и позволила разработать модели как популярный способ работы с молекулами в учебных и исследовательских средах. Такие модели заполнения пространства типа Ван-дер-Ваала с цветовой кодировкой и определенной длиной скрепления теперь широко известны как модели CPK после этих трех разработчиков конкретной концепции.
В современных исследованиях внимание вернулось к использованию богатых данными кристаллографических моделей в сочетании с традиционными и новыми вычислительными методами для создания моделей, заполняющих пространство молекул, как простых, так и сложных, куда добавлялась информация, например, какие части поверхности молекулы были легко доступны для растворителя, или как электростатические характеристики представления, заполняющего пространство - которое в случае CPK почти полностью оставлено на усмотрение - можно добавить к визуальным моделям создан. Два заключительных изображения дают примеры последнего типа вычислений и представления, а также его полезность.
Модель, заполняющая пространство циклогексаном C. 6H. 12. атомами углерода, частично замаскированные, выделены серым цветом, а атомы водорода представлены в виде белых сфер. 