Proteinler, bir veya daha fazla uzun amino asit artık zincirini içeren büyük biyomoleküller ve makromolekül'lerdir. Proteinler organizmalar içinde, hücrelere yapı ve organizmalar sağlayarak ve molekülleri bir konumdan diğerine taşıyarak metabolik reaksiyonları katalizleme, DNA kopyalama, uyaranlara yanıt verme dahil olmak üzere çok çeşitli işlevler gerçekleştirir. Proteinler, genlerinin nükleotit dizisi tarafından dikte edilen ve genellikle faaliyetini belirleyen özel 3D yapıya protein katlanmasıyla sonuçlanan amino asit dizilimlerinde birbirlerinden farklıdır.
Moleküler biyolojide bir transkripsiyon faktörü genlerin transkripsiyonunu düzenlemek için DNA üzerinde belli bir diziye bağlanabilen bir proteindir. Bunlar diziye-özgün DNA bağlanma proteini olarak da adlandırılır. Transkripsiyon faktörleri tek başına veya bir komplekste yer alan başka proteinlerle beraber, RNA polimeraz tarafından bir genin transkripsiyonunu ya kolaylaştırırlar veya engeller.
Biyokimyada reseptör veya almaç, birbiriyle kısmen örtüşen iki anlama karşılık gelir.
Ligand ya da ligant, bir biyomoleküle bağlanarak bir kompleks oluşturan bir bileşiktir. Genelde, iyonik bağlar, hidrojen bağları veya Van der Waals güçleri ile hedef bir proteindeki bağlanma yerine bağlanır. Ligand molekülün bağlanma yerine yanaşması genelde tersinir, yani birleşme ve ayrışma arasında bir denge vardır. Biyolojik sistemlerde bir ligandın hedef molekülü ile tersinmez kovalent bağlanması enderdir. İnorganik kimyadaki ligand tanımından farklı olarak, ligandın mutlaka bir metale bağlanması şart değildir. Sinyal reseptörlerine bir ligand bağlanınca reseptör proteinin üç boyutlu şekli değişebilir, bu da onun işlevsel özelliğini değiştirir. Bağlanma eğilimi veya gücüne "afinite" denir. Ligand tipleri arasında substratlar, inhibitörler, aktivatörler ve nörotransmitterler sayılabilir. Radyoligandlar, radyoizotopla işaretlenmiş bileşiklerdir, ligand bağlanma ölçümlerinde kullanılırlar.
Moleküler tanıma, iki veya daha çok molekül arasında kovalent olmayan bağlanma yoluyla spesifik etkileşime değinmek için kullanılan bir terimdir. Moleküler tanımada konak ve konuk moleküler tamamlayıcılık gösterirler.
Enzim inhibitörü, bir enzime bağlanan ve onun etkinliğini azaltan bir moleküldür. Bir enzimin aktivitesini engellemek, bir patojeni öldürebildiği veya bir metabolik dengesizliği düzeltebildiği için, çoğu ilaç aslında birer enzim inhibitörüdür. Ayrıca herbisit ve pestisit olarak da kullanılırlar. Enzimlere bağlanan her molekül inhibitör değildir; enzim aktivatörleri enzimlere bağlanıp onların enzim aktivitesini artırırlar.
G proteinleri hücrenin dışından gelen sinyalleri hücre içine ileten ve hücre içinde değişiklikler oluşturan bir protein ailesidir.Birçok hormonlar,nörotransmitterler ve diğer sinyal iletim molekülleri sinyallerini hücre içine bu yolla iletir.
Hücre yüzeyi reseptörleri, hücre ile hücre dışı ortam arasındaki iletişimde görev alan özelleşmiş integral membran proteinleridir. Ekstrasellüler sinyal molekülleri reseptöre bağlanırlar. Bu bağlanma ile membranın intrasellüler tarafında bazı kimyasal değişiklikler meydana gelir. Böylece reseptör özgün bir rol oynamış ve hücre içinde bir takım değişiklikler tetiklenmiş olur. Bu süreç sinyal transdüksiyonu olarak adlandırılır.
Moleküler dinamik (MD), atomların ve moleküllerin fiziksel hareketlerini incelemek için bir bilgisayar simülasyon yöntemidir. Atomların ve moleküllerin sabit bir süre boyunca etkileşime girmesine izin verilir ve bu da sistemin dinamik evrimi hakkında bilgi verir. En yaygın versiyonda, atomların ve moleküllerin yörüngeleri, parçacıklar ve bunların potansiyel enerjileri arasındaki kuvvetlerin çoğu zaman atomlararası potansiyeller veya moleküler mekanik kuvvet alanları kullanılarak hesaplandığı, etkileşen parçacıkların bir sistemi için Newton'un hareket denklemlerinin sayısal olarak çözülmesiyle belirlenir. Metot ilk olarak 1950'lerin sonunda teorik fizik alanında geliştirildi, ancak günümüzde çoğunlukla kimyasal fizik, malzeme bilimi ve biyomoleküllerin modellenmesinde uygulanmaktadır.
Hesaplamalı kimya, kimya problemlerini çözmeye yardımcı olmak için bilgisayar simülasyonunu kullanan bir kimya dalıdır. Moleküllerin, katıların yapı ve özelliklerini hesaplamak için verimli bilgisayar programlarına dahil edilmiş teorik kimya yöntemlerini kullanır. Bu yöntemlerin kullanılmasının nedeni, hidrojen moleküler iyonu ile ilgili nispeten yeni sonuçlar dışında, kuantum çok-gövdeli(many-body) problemlerin analitik olarak çözülemez oluşudur. Hesaplama sonuçları normal olarak kimyasal deneylerle elde edilen bilgileri tamamlarken, bazı durumlarda gözlemlenmeyen kimyasal olayları da tahmin edebilmektedir. Yeni ilaç ve materyallerin tasarımında yaygın olarak kullanılmaktadır.
G proteini kenetli reseptörler (GPCR) veya yedi transmembran parçalı yapıda olan reseptörler, geniş bir almaç ailesidir. Hücre dışı bileşikleri algılayarak hücre içi sinyal iletimi (transdüksiyon) yollarını etkinleştirirler. Hücre içinde G proteinlerine bağlanırlar. Hücre zarından kıvrılarak yedi kez geçtiklerinden "yedi transmembran parçalı" (7TM) adlandırmasına da sahiptirler.
Moleküler evrim, nesiller boyu aktarılacak şekilde, DNA, RNA ve protein gibi hücresel moleküllerin diziliminin değiştirilmesi işlemidir ya da bununla ilgilenen bilim dalıdır. Moleküler evrimin alanı, bu değişimlerdeki kalıpları açıklamak için evrimsel biyoloji ve popülasyon genetiği ilkelerini kullanır. Moleküler evrim başlıca, nükleotid değişimlerinin oranları ve etkilerini, nötr evrimi, doğal seçilimi, yeni genlerin kökenlerini, karmaşık özelliklerin genetik yapısını, türleşmenin genetik temelini, gelişim evrimini ve evrimin genomik ve fenotipik değişikliklere neden olan etkilerini inceler.
AutoDock moleküler modelleme simülasyon yazılımıdır. Protein-ligand yanaştırma için özellikle etkilidir. AutoDock 4, GNU Genel Kamu Lisansı altındadır. AutoDock, araştırma topluluğunda en çok alıntı yapılan yanaştırma yazılımı uygulamalarından biridir. Bu program aynı zamanda World Community Grid tarafından yürütülen FightAIDS@Home projesi için bir üstür. Şubat 2007'de, ISI Atıf Dizini'nde yapılan bir araştırma, birincil AutoDock yöntem kağıtları kullanılarak 1.100'den fazla yayınının Autodock'a atıfta bulunduğunu gösterdi. 2009 itibarıyla bu sayı 1.200'ü aştı.
Protein–ligand yanaştırma bir moleküler modelleme tekniğidir. Protein–ligand yanaştırmanın amacı, bir ligandın bir protein reseptörüne veya enzime bağlandığındaki konumunu ve oryantasyonunu tahmin etmektir. Farmasötik araştırma, çeşitli amaçlarla, özellikle de olası ilaç adaylarını seçmek için mevcut kimyasalların geniş veritabanlarının sanal taranmasında, yanaştırma tekniklerini kullanır.
Moleküler modelleme, moleküllerin davranışını modellemek veya taklit etmek için kullanılan teorik ve bilgisayarlı tüm yöntemleri kapsar. Bu yöntemler, küçük kimya sistemlerinden büyük biyolojik moleküllere ve malzeme gruplarına kadar değişen moleküler sistemleri incelemek için bilgisayarlı kimya, ilaç tasarımı, bilgisayarlı biyoloji ve malzeme bilimi alanlarında kullanılmaktadır. En basit hesaplamalar elle yapılabilir, ancak kaçınılmaz olarak makul büyüklükteki herhangi bir sistemin moleküler modellemesini bilgisayarların yapması gerekir. Moleküler modelleme yöntemlerinin ortak özelliği, moleküler sistemlerin atom düzeyinde tanımlanmasıdır. Bu, atomları en küçük bireysel birim olarak muamele edilmesini içerebilir veya protonları ve nötronları kuarkları, kuarkları, gluonlarıyla beraber ve elektronları da fotonlarıyla beraber açıkça modellemeyi içerebilir.
Moleküler mekanik moleküler sistemleri modellemek için klasik mekaniği kullanır. Born-Oppenheimer yaklaşımının geçerli olduğu varsayılır ve tüm sistemlerin potansiyel enerjisi, kuvvet alanları kullanılarak nükleer koordinatların bir fonksiyonu olarak hesaplanır. Moleküler mekanik, boyutu birkaç atom büyüklüğünde olan sistemlerden tutun da milyonlarca atomdan oluşan büyük sistemlere kadar uygulanabilir.
Nörofarmakoloji, ilaçların sinir sistemindeki hücresel işlevini ve davranışı etkileyen nöral mekanizmaları araştıran bilim dalıdır. Nörofarmakolojinin davranışsal ve moleküler olmak üzere iki ana alt dalı vardır. Davranışsal nörofarmakoloji, ilaç bağımlılığı ve bağımlılığının insan beynini nasıl etkilediğinin incelenmesi de dahil olmak üzere ilaçların insan davranışını nasıl etkilediğine odaklanır. Moleküler nörofarmakoloji, nöronların ve nörokimyasal etkileşimleri incelemenin yanı sıra nörolojik fonksiyon üzerinde faydalı etkileri olan ilaçların geliştirilmesi genel amacını taşır. Bu alanların her ikisi de yakından bağlantılıdır, çünkü her ikisi de merkezi ve periferik sinir sistemlerindeki nörotransmitterler, nöropeptitler, nörohormonlar, nöromodülatörler, enzimler, ikinci haberciler, ortak taşıyıcılar, iyon kanalları ve reseptör proteinlerinin etkileşimleri ile ilgilidir. Bu etkileşimleri inceleyen araştırmacılar, ağrı, Parkinson hastalığı ve Alzheimer hastalığı gibi nörodejeneratif hastalıklar, psikolojik bozukluklar, bağımlılık gibi birçok farklı nörolojik bozukluğu tedavi etmek için ilaçlar geliştirirler.
Bu liste, nükleik asit simülasyonları için kullanılan bilgisayar programlarının bir listesidir.
Yapısal biyoloji, biyolojinin özellikle amino asitlerden yapılmış olan proteinler, nükleotitlerden yapılmış RNA ve DNA gibi nükleik asitler ve lipitlerden oluşmuş membranlar olmak üzere biyolojik makromoleküllerin yapılarını ve uzamsal dizilişlerini inceleyen bir dalıdır. Yapısal biyoloji asıl olarak biyofizik yöntemleri ile makromoleküllerin atom düzeyinde üç boyutlu yapılarının belirlenmesi, yapısal değişikliklerinin temel prensipleri, moleküler hareketlerin analizi ve bu yapıların dinamiği ile ilgilenir. Makromoleküller hücrelerin hemen hemen tüm işlevlerini yerine getirir ve bunu da yapabilmek için belirli üç boyutlu şekillere girerler. Moleküllerin "üçüncül yapı"sı olarak adlandırılan bu yapılar her molekülün temel bileşimi ya da "birincil yapı"ları ile karmaşık bir şekilde bağlantılıdır.
Konukçu-konuk kimyası; Supramoleküler kimyada tam kovalent bağlar dışındaki kuvvetler tarafından benzersiz yapısal ilişkilerde bir arada tutulan iki veya daha fazla molekül ya da iyondan oluşan kompleksleri tanımlar. Kovalent olmayan bağlanma yoluyla moleküler tanıma ve etkileşim fikrini kapsar. Kovalent olmayan bağlanma, proteinler gibi büyük moleküllerin 3 boyutlu yapısının korunmasında kritik öneme sahiptir ve büyük moleküllerin spesifik olarak ancak geçici olarak birbirine bağlandığı birçok biyolojik süreçte yer alır.
