Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов
Основан в 2009 году

Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия фосфата кальция с аминокислотами

А.А. Блинова, А.В. Блинов, М.А. Пирогов, К.А. Огурков, Д.Г. Маглакелидзе, А.А. Яковенко

ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.352

Оригинальная статья

Аннотация: В данной работе проведено квантово-химическое моделирование процесса взаимодействия фосфата кальция с аминокислотами. В рамках квантово-химического моделирования рассчитывали полную энергию молекулярного комплекса E, разницу энергии молекулы аминокислоты и системы «фосфат кальция-аминокислота» ∆E, энергия высшей заселённой молекулярной орбитали EНOMO, энергию низшей свободной молекулярной орбитали ELUMO, химическую жёсткость системы η. В качестве
стабилизатора рассматривали восемь незаменимых протеиногенных аминокислот. В результате анализа данных установлено, что все представленные взаимодействия являются энергетически выгодными ∆E > 3370 ккал/моль, а химическая жёсткость этих взаимодействий находится в диапазоне от 0,049 до 0,090 эВ. Исходя из полученных данных, наиболее стабильным и энергетически выгодным взаимодействием является система «фосфат кальция-лизин» ∆E = 3395,848 ± 0,151 ккал/моль, η = 0,085 ± 0,006 эВ. Для подтверждения полученных данных образцы исследовали методом ИК-спектроскопии. Установлено, что взаимодействие аминокислоты лизина с
поверхностью частицы фосфата кальция происходит при связывании кислорода с аминогруппами в молекуле лизина.

Ключевые слова: квантово-химическое моделирование, фосфат кальция, валин, лейцин, изолейцин, метионин, треонин, лизин, фенилаланин, триптофан, химическая жёсткость, метод ИК-спектроскопии, полная энергия молекулярного комплекса

  • Блинова Анастасия Александровна – к.т.н., доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Блинов Андрей Владимирович – к.т.н., доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Пирогов Максим Александрович – студент 3 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Огурков Кирилл Александрович – студент 2 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Маглакелидзе Давид Гурамиевич – студент 4 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»
  • Яковенко Андрей Антонович – студент 2 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета, ФГАОУ ВО «Северо-Кавказский федеральный университет»

Ссылка на статью:

Блинова, А.А. Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия фосфата кальция с аминокислотами / А.А. Блинова, А.В. Блинов, М.А. Пирогов, К.А. Огурков, Д.Г. Маглакелидзе, А.А. Яковенко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. — 2022. — Вып. 14. — С. 352-361. DOI: 10.26456/pcascnn/2022.14.352.

Полный текст: загрузить PDF файл

Библиографический список:

1. Bakan, F. Synthesis and characterization of amino acid-functionalized calcium phosphate nanoparticles for SiRNA delivery / F. Bakan, G. Kara, M.C. Cakmak et al. // Colloids and Surfaces B: Biointerfaces. – 2017. – V. 158. – P. 175-181. DOI: 10.1016/j.colsurfb.2017.06.028.
2. Drevet, R. Morphological modifications of electrodeposited calcium phosphate coatings under amino acids effect / R. Drevet, A. Lemelle, V. Untereiner et al. // Applied surface science. – 2013. – V. 268. – P. 343-348. DOI: 10.1016/j.apsusc.2012.12.093.
3. Баринов, С.М. Подходы к созданию пористых материалов на основе фосфатов кальция, предназначенных для регенерации костной ткани / С.М. Баринов, В.С. Комлев // Неорганические материалы. – 2016. – Т. 52. – №. 4. – С. 383-391. DOI: 10.7868/S0002337X16040023.
4. Habraken, W. Calcium phosphates in biomedical applications: materials for the future? / W. Habraken, P. Habibovic, M. Epple, M. Bohner // Materials Today. – 2016. – V. 19. – I. 2. – P. 69-87. DOI: 10.1016/j.mattod.2015.10.008.
5. Elliott, J.C. Calcium phosphate biominerals / J.C. Elliott // Reviews in Mineralogy and Geochemistry. – 2002. – V. 48. – I. 1. – P. 427-453. DOI: 10.2138/rmg.2002.48.11.
6. Королева, Л.Ф. Волновой характер реакций синтеза допированных карбонат-фосфатов кальция как активного биоматериала для остеогенеза / Л.Ф. Королева // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2015. – Вып. 7. – С. 311-315.
7. Vallet-Regi, M. Calcium phosphates as substitution of bone tissues / M. Vallet-Regi, J.M. González-Calbet // Progress in Solid State Chemistry. – 2004. – V. 32. – I. 1-2. – P. 1-31. DOI: 10.1016/j.progsolidstchem.2004.07.001.
8. Мусская, О.Н. Физико-химические свойства цементов на основе суспензий фосфатов кальция / О.Н. Мусская, В.К. Крутько, А.И. Кулак // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2017. – Вып. 9. – С. 317-322. DOI: 10.26456/pcascnn/2017.9.317.
9. Yuan, H. Osteoinduction by calcium phosphate biomaterials / H. Yuan, Z. Yang, Y. Li et al. // Journal of Materials Science: Materials in Medicine. – 1998. – V. 9. – I. 12. – P. 723-726. DOI: 10.1023/a:1008950902047.
10. Блинов, А.В. Компьютерное квантово-химическое моделирование полимерной стабилизации наночастиц серебра / А.В. Блинов, М.А. Ясная, А.А. Блинова и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2019. – Вып. 11. – С. 414-421. DOI: 10.26456/pcascnn/2019.11.414.
11. Гвозденко, А.А. Компьютерное квантово-химическое моделирование поликомпонентных систем SiO2 – MexOy / А.А. Гвозденко, А.В. Блинов, М.А. Ясная и др. // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – Вып. 12. – С. 394-404. DOI: 10.26456/pcascnn/2020.12.394.
12. Mishununa, V.V. Computed quantum chemical modeling of the effect of nanosilver on coronavirus COVID-19 / V.V. Mishununa, M.M. Chapanov, K.I. Gakaeva et al. // Pharmacophore. 2021. – V. 12. – I. 2. – P. 14-21. DOI: 10.51847/LcTdy7pSqE.
13. Gilbert, A. Introduction to IQmol / A. Gilbert. – Режим доступа: url:http://iqmol.org/downloads/IQmolUserGuide.pdf. – 22.04.2021.
14. Seidy, N. Structural properties, natural bond orbital, theory functional calculations (dft), and energies for the α-halorganic compounds / N. Seidy, S. Ghammamy // Current World Environment. – 2012. – V. 7. – I. 2. – P. 221-226. DOI: http://dx.doi.org/10.12944/CWE.7.2.05.
15. Цирельсон, В.Г. Квантовая химия. Молекулы, молекулярные системы и твердые тела / В.Г. Цирельсон. – М: БИНОМ, Лаборатория знаний, 2014. – 522 с.

⇐ Предыдущая статья | Содержание | Следующая статья ⇒