Квантово-химический расчёт соединения цинка(II) с гистидином: синтез, строение и свойства
Д.В. Беспалов, О.А. Голованова
ФГАОУ ВО «Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского»
DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.353
Оригинальная статья
Аннотация: Квантово-химическое моделирование с применением методов Хартри-Фока и функционала плотности (DFT/B3LYP) в базисе 6-31G(d,p) с учётом сольватации по модели поляризуемого континуума, позволило построить и оптимизировать структуру комплекса гистидината цинка для изолированной молекулы. Рассчитаны термодинамические характеристики и инфракрасный спектр, исследуемого комплекса. Проведен синтез координационного соединения цинка с гистидином. Методами комплексонометрии и формольного титрования установлено мольное соотношение 1:2. ИК спектроскопия подтвердила образование соединения, отличного от L-гистидина, и координационных связей в гистидинате цинка. Приведены инфракрасные спектры синтезированного соединения, диапазон измерения 500-4000 см-1. Сравнение инфракрасных спектров экспериментальных и теоретических данных подтвердило адекватность и сходимость метода функционала электронной плотности – модели расчёта для изолированной молекулы. Использование метода рентгенофазового анализа позволило рассчитать индексы Миллера и параметры элементарной ячейки гистидината цинка методом дихотомии, а также определён средний размер кристаллитов применяя метод Селякова – Шеррера. Результаты исследования вносят вклад в понимание механизмов комплексообразования цинка в биосистемах и перспективны для разработки препаратов коррекции минерального баланса, а также профилактики патологий, вызванных, в том числе, образованием наноструктур.
Ключевые слова: синтез, аминокислоты, комплексы цинка, гистидин, метод функционала электронной плотности, молекулярное моделирование
- Беспалов Дмитрий Вячеславович – преподаватель кафедры неорганической химии, ФГАОУ ВО «Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского»
- Голованова Ольга Александровна – д.г.-м.н., профессор, заведующая кафедрой неорганической химии, ФГАОУ ВО «Омский государственный университет им. Ф.М. Достоевского»
Ссылка для цитирования:
Беспалов, Д.В. Квантово-химический расчёт соединения цинка(II) с гистидином: синтез, строение и свойства / Д.В. Беспалов, О.А. Голованова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. - 2025. - Вып. 17. - С. 353-361. DOI: 10.26456/pcascnn/2025.17.353. ⎘
Полный текст: загрузить PDF файл
Библиографический список:
1. Stiles, L.I. Role of zinc in health and disease / L.I. Stiles, K. Ferrao, K.J. Mehta // Clinical and Experimental Medicine. – 2024. – V. 24. – I. 1. – Art. № 38. – 20 p. DOI: 10.1007/s10238-024-01302-6.
2. Murphy, J.T. Histidine protects against zinc and nickel toxicity in caenorhabditis elegans / J.T. Murphy, J.J. Bruinsma, D.L. Schneider et al. // PLoS Genetics. – 2011. – V. 7. – I. 3. – Art. № e1002013. – 12 p. DOI: 10.1371/journal.pgen.1002013.
3. Clair, T. L-histidine inhibits production of lysophosphatidic acid by the tumor-associated cytokine, autotaxin / T. Clair, E. Koh, M. Ptaszynska et al. // Lipids in Health and Disease. – 2005. – V. 4. – I. 1. – Art. № 5. – 13 p. DOI: 10.1186/1476-511X-4-5.
4. Sun, J. Self-assembly of benzyloxycarbonyl histidine with zinc ions for the construction of esterase mimics / J. Sun, J. Guo, L. Liu, Y. Liu, L. Yu, Y. Sun // Catalysts. – 2025. – V. 15. – I. 2. – Art. № 185. – 19 p. DOI: 10.3390/catal15020185.
5. Maret, W. Coordination dynamics of zinc in proteins / W. Maret, Y. Li // Chemical Reviews. – 2009. – V. 109. – I. 10. – P. 4682-4707. DOI: 10.1021/cr800556u.
6. Williams, R.J. Zinc–histidine complex protects cultured cortical neurons against oxidative stress-induced damage / R.J. Williams, J.P.E. Spencer, F.M. Goni, C.A. Rice-Evans // Neuroscience Letters. – 2004. – V. 7. – I. 2-3. – P. 106-110. DOI: 10.1016/j.neulet.2004.08.054.
7. Беспалов, Д.В. Квантово-химический расчёт соединения магния(II) с триптофаном: синтез, строение, свойства / Д.В. Беспалов, О.А. Голованова // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2024. – Вып. 16. – С. 448-456. DOI: 10.26456/pcascnn/2024.16.448.
8. Alexeev, Y. GAMESS as a free quantum-mechanical platform for drug research / Y. Alexeev, M.P. Mazanetz, O. Ichihara, D.G. Fedorov // Current topics in medicinal chemistry. – 2012. –V. 12. – I. 18. – P. 2013-2033. DOI: 10.2174/156802612804910269.
9. Tomasi, J. Quantum mechanical continuum solvation models / J. Tomasi, B. Mennucci, R. Cammi // Chemical Reviews. – 2005. – V. 105. – I. 8. – P. 2999-3094. DOI: 10.1021/cr9904009.
10. Gražulis, S. Crystallography open database (COD): an open-access collection of crystal structures and platform for world-wide collaboration / S. Gražulis, А. Daškevič, A. Merkys et al. // Nucleic Acids Research. – 2012. –V. 40. – I. D1. – P. D420-D427. DOI: 10.1093/nar/gkr900.
11. Boultif, A. Powder pattern indexing with the dichotomy method / A. Boultif, D. Louër // Journal of Applied Crystallography. – 2004. –V. 37. – I. 5. – P. 724-731. DOI: 10.1107/S0021889804014876.
12. Bespalov, D.V. Magnesium glycinate and tyrosinate: structure calculations and IR spectra by the DFT method / D.V. Bespalov, O.A. Golovanova // Russian Journal of Physical Chemistry A. – 2024. – V. 98. – I. 7. – P. 1380-1387. DOI: 10.1134/S0036024424700377.
13. NIST Computational chemistry comparison and benchmark database – NIST Standard Reference Database Number 101. – Режим доступа: www.url: http://cccbdb.nist.gov/. – 22.05.2025.