Исследование изменений комплекса 3,2,4,5,7-пентагидроксифлавон - фосфатидилхолин в водной среде
Изменения электронного строения и конформационных состояний комплекса 3,2,4,5,7-пентагидроксифлавон-фосфатидилхолин в водном растворе методами квантовой химии АМ1, DFT. Молекулярные механизмы действия группы биоактивных молекул из класса флавоноидов.
| Рубрика | Химия |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 04.12.2018 |
| Размер файла | 43,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Башкирский государственный медицинский университет
Кафедра медицинской физики
Исследование изменений комплекса 3,2,4,5,7-пентагидроксифлавон - фосфатидилхолин в водной среде
Нусратуллин В.М., Сетченков М.С.,
Усманова С.И., Насибуллин Р.С.
Аннотация
Методами квантовой химии АМ1, DFT исследованы изменения электронного строения и конформационных состояний комплекса 3,2?,4?,5,7-пентагидроксифлавон-фосфатидилхолин в водном растворе.
Ключевые слова: квантовая химия, фосфатидилхолин, 3,2?,4?,5,7-пентагидроксифлавон, метод Оверхаузера.
Введение
В предыдущих работах [1, 2] были исследованы молекулярные механизмы действия группы биоактивных молекул из класса флавоноидов на состояния клеточных фосфолипидов в приближении изолированных молекул (рис.1). Однако биоактивность, как правило, проявляется в водной среде. В связи с этим в настоящем сообщении предпринята попытка определить влияния молекул воды на процессы комплексообразования.
Рис.1. Строение комплекса молекулы 3,2?,4?,5,7-пентагидроксифлавон и фосфатидилхолина (ФХ)
3,2?,4?,5,7-Пентагидроксифлавон является одним из типичных представителей биоактив-ной группы молекул флавоноидов. Фосфатидилхолин, является структурообразующей моле-кулой биологических мембран и состояния этой молекулы тесно связаны свойствами мемб-раны. Экспериментально показано, что одна молекула фосфатидилхолина может удерживать в среднем 27 молекул воды [3].
электронное строение конформационное состояние флавоноид
Экспериментальная часть
Для установления структуры комплекса проводились многократные расчеты с начальными конфигурациями расположения центров исследуемых молекул. Предварительные расчеты проводи-лись методом молекулярной механики [4]. Полученные структуры уточнялись полуэмпирическим методом АМ1 и DFT [5].
Результаты и их обсуждение
Результаты расчетов показали значительное перераспределение заряда на атомах фосфатной и холиновой группы фосфатидилхолина (табл.1), а также изменения электронного строения на атомах N и P полярной группы ФХ (табл.2). Как видно из таблицы, присутствие молекул воды в окружении комплекса, приводят к наибольшему изменению зарядов на атомах P12 и O13 на 0.05 и - 0.073 соответственно. В то же время заряд по Na меняется незначительно.
Таблица 1. Перераспределение заряда на атомах фосфатидилхолина
|
Фосфатидилхолин, а. е. |
||||
|
Атом |
В комплексе морин - ФХ |
В комплексе с молекулами воды |
Разность зарядов |
|
|
N1 |
0.051 |
0.047 |
-0.004 |
|
|
C3 |
-0.194 |
-0.172 |
0.022 |
|
|
C4 |
-0.218 |
-0.186 |
0.032 |
|
|
H8 |
0.107 |
0.119 |
0012 |
|
|
H9 |
0.102 |
0.131 |
0.029 |
|
|
C7 |
0.043 |
0.014 |
-0.029 |
|
|
O10 |
-0.735 |
-0.758 |
-0.023 |
|
|
Р12 |
2.542 |
2.592 |
0.05 |
|
|
С17 |
0.030 |
0.007 |
-0.023 |
|
|
О13 |
-1.106 |
-1.179 |
-0.073 |
|
|
O15 |
-0.743 |
-0.761 |
-0.018 |
Энергия комплексообразования в водной среде увеличилась на 1.2 ккал/моль по сравнению c комплексом 3,2?,4?,5,7-пентагидроксифлавон-фосфатидилхолин. Необходимо заметить, что энергия комплексообразования получается как малая разность больших величин и определяется со значительной погрешностью.
Структурные данные расчета методом DFT и АМ1 показал, что при образовании комплекса происходит значительное изменение конформации 3,2?,4?,5,7-пентагидроксифла-вона, в холиновой, фосфатной группах фосфатидилхолина, причем данные двух методов практически совпадают (табл.3).
Кольцо В меняет свою первоначальную плоскую структуру за счет выхода атома О [1] из плоскости кольца на расстояние 0.12 Е. Кольцо С вращается по связи С [2] - C [11] на 26°. Происходит увеличение длины связи С [5] - C [10] на 0.027 Е, в связи изгибом колец А и В на 7.43° (рис.2).
Спектры ЯМР 1Н флавоноида, ФХ и их смесей записывались при температуре 30°C на спектрометре АМ-300 (“Bruker” ФРГ) с рабочей частотой на ядрах 1Н - 300 МГц.
Температура исследуемых препаратов поддерживалась с точностью 0.2°C. Спектры регистрировались с помощью стандартных методик, имеющихся в спектрометре АМ-300.
Для проверки изменений конформационного состояния флавоноида использовали метод Оверхаузера.
Таблица 2. Электронное строение и заряд в а. е. в приближении метода АМ1
|
Атом |
Тип орбитали и заряд (q) |
В комп-лексе морин - ФХ |
В комплексе с молеку-лами воды |
|
|
Р12 |
S |
0.906 |
0.883 |
|
|
Px |
0.467 |
0.482 |
||
|
Py |
0.506 |
0.496 |
||
|
Pz |
0.578 |
0.547 |
||
|
2.457 |
2.408 |
|||
|
N1 |
S |
1.482 |
1.481 |
|
|
Px |
1.146 |
1.164 |
||
|
Py |
1.162 |
1.137 |
||
|
Pz |
1.159 |
1.170 |
||
|
4.949 |
4.952 |
Таблица 3. Конформационные изменения при комплексообразовании по DFT методу
|
Изменения длин, Е |
||
|
3,2?,4?,5,7-пентагидроксифлавон |
||
|
C [11] - C [12] |
0.001 |
|
|
C [12] - C [13] |
-0.002 |
|
|
C [13] - C [14] |
0.003 |
|
|
C [14] - C [15] |
-0.0007 |
|
|
C [15] - C [16] |
0.002 |
|
|
C [16] - C [11] |
-0.0004 |
|
|
Изменения линейных углов, град. |
||
|
ФХ в комплексе с молекулами воды |
||
|
N [1] - C [11] - C [16] |
15 |
|
|
C [4] - N [1] - C [11] |
20 |
|
|
C [3] - N [1] - C [11] |
-5 |
|
|
C [5] - N [1] - C [11] |
-48 |
|
|
O [15] - P [12] - O [10] |
-10 |
Рис.2. Конформационные изменения 3,2?,4?,5,7-пентагидроксифлавона
Эксперименты по эффекту Оверхаузера проводились на том же спектрометре, методом разностных спектров, когда суммирование нескольких прохождений происходит в условиях насыщения некоторого сигнала и того числа прохождения без насыщения.
Для улучшения соотношения сигнал/шум и исключения систематических погрешностей, связанных с изменением температуры образца и возможной фазовой нестабильности, мы проводим по 24 накопления и этот процесс повторяем 42 раза.
Измерения по эффекту Оверхаузера показали, что при облучении H26 раствора 3,2?,4?,5,7-пентагидроксифлавона интегральная интенсивность спектральной линии протона H27 возрас-тает на . При введении раствора ФХ образуется комплекс цикла С 3,2?,4?,5,7 - пен-тагидроксифлавона и холиновой группы ФХ, вызывающее поворот цикла С, приводящие к возрастанию от Н26 расстояния на H27 интенсивности сигнала от H26 уменьшается. Эти результаты косвенно подтверждают расчетные данные об изменении конформации.
Литература
[1] M.S. Setchenkov, S.I. Usmanova, Yu.G. Afanaseva and R. S. Nasibullin.complexing of some biologically active molecule phosphatidylcholine.russian Physics Journal. Vol.52. No.4. P.417-420
[2] Насибуллин Р.С., Усманова С.И., Сетченков М.С., Афанасьева Ю.Г., Фахретдинова Е.Р. О молекулярном механизме биоактивности рутина. Журнал ?Химическая физика и мезоскопия?. Т.10. No.2.2008. С.228-231.
[3] Murzyn K., Rog T., Jezierski G., Takaoka Y.,Pasenkiewicz - Gierula M. Effects of phospholipid unsaturation on the membrane/ water interface: a molecular dynamics study. Biophys. J. 2001. Vol.81. P.170-183
[4] Allen M.P., Tidesley D.J. Computer simulation of liquids. Clarendon Press. Oxford. 1987. P.89-94.
[5] S.A. van Acker, D.J. van den Berg, M. N. Tromp, D. H. Griffioen, W. P. van Bennekom, W. J. Van der Vijgh and A. Bast. Free Radic. Biol. Med. 1996.20. No.9. P.331.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Строение фосфолипидов, их функциональная роль в клетке. Построение градуировочного графика для определения фосфатидилхолина методом тонкослойной хроматографии. Расчет изотерм сорбции. Влияние кислотности среды на пространственную ориентацию молекул.
дипломная работа [1,3 M], добавлен 13.07.2015Значение и место темы "Молекулярные перегруппировки" в курсе органической химии. Цели, задачи и дидактические подходы при изучении данной темы. Использование электронно-дидактических средств в обучении химии, в частности молекулярных перегруппировок.
методичка [2,2 M], добавлен 22.07.2010Роль физической химии и хронология фундаментальных открытий. Экспериментальные основы квантовой механики. Корпускулярно-волновая природа излучения. Волны материи и простейшие полуклассические модели движений. Квантование энергии частицы и формула Бора.
реферат [38,0 K], добавлен 28.01.2009Изучение электронного строения атомно-молекулярных и полимерных систем в квантовой химии. Частицы и волны в классической механике. Свойства света и корпускулярно-волновая природа излучения. Атом водорода, уровни и переходы, частоты и спектральные серии.
реферат [755,6 K], добавлен 28.01.2009Краткий исторический обзор развития органической химии. Первые теоретические воззрения. Теория строения А.М. Бутлерова. Способы изображения органических молекул. Типы углеродного скелета. Изомерия, гомология, изология. Классы органических соединений.
контрольная работа [216,8 K], добавлен 05.08.2013Анализ устранения влияния присутствующих в растворе веществ на реакции обнаружения или количественного определения какого-либо элемента. Исследование термодинамической и кинетической маскировки ионов. Описания группы веществ, применяемых для маскировки.
реферат [362,7 K], добавлен 25.11.2011Графическое представление молекул и их свойств - теория графов в химии. Методы расчета топологических индексов. Кодирование химической информации. Оценка реакционной способности молекул. Анализ связи между топологией молекулы и свойствами соединения.
реферат [313,2 K], добавлен 09.12.2013Классификация органических соединений по углеродному скелету и по функциональным группам. Взаимосвязь химического строения органических молекул с их реакционным центром. Влияние электронно-пространственного строения на механизмы химических превращений.
курс лекций [1,2 M], добавлен 19.12.2013Синтез и изучение свойств модифицированных силикагелей. Применение модифицированных кремнеземов в аналитической химии. Методика фотометрического определения металлов в водной фазе. Изучение сорбционных характеристик модифицированного силикагеля.
дипломная работа [1,5 M], добавлен 14.10.2013Возникновение неклассических представлений в физике. Эксперимент Дэвиссона и Джермера. Особенности квантово-механического описания микромира. Главные задачи квантовой химии. Электронное строение атомов и молекул. Атомные орбитали Зенера-Слейтера.
лекция [198,0 K], добавлен 15.10.2013Пути познания и классификация современных наук, взаимосвязь химии и физики. Строение и свойства вещества как общие вопросы химической науки. Особенности многообразия химических структур и теория квантовой химии. Смеси, эквивалент и количество вещества.
лекция [759,9 K], добавлен 18.10.2013Понятие природных и синтетических полиамфолитов. Конформационные свойства полимеров. Изучение молекулярно-массовых, конформационных и гидродинамических характеристик поликарбоксибетаина в растворах с различной ионной силой. Обзор литературы по теме.
курсовая работа [567,6 K], добавлен 28.01.2014Краткая характеристика флавоноидов. Подготовка растительного сырья. Строение, физические и химические свойства природных флавоноидов. Методы их выделения и идентификации. Определение оптимальных условий экстрагирования рутина и кверцетина из сырья.
дипломная работа [5,7 M], добавлен 03.08.2011Адамантан-родоначальник гомологического ряда семейства углеводородов алмазоподобного строения диамантана, триамантана. Возникновение и развитие на основе химии адамантана одной из областей современной органической химии-химии органических полиэдранов.
курсовая работа [259,0 K], добавлен 08.10.2008Основные операции при работе в лаборатории органической химии. Важнейшие физические константы. Методы установления строения органических соединений. Основы строения, свойства и идентификация органических соединений. Синтезы органических соединений.
методичка [2,1 M], добавлен 24.06.2015Исследование устойчивости слоистого оксида K2La2Ti3O10 к замещению межслоевых катионов калия на протоны в водном растворе. Определение диапазона pH, в котором проходит обмен K+ на H+ , фотокаталитической активности образцов с разной степенью замещения.
дипломная работа [7,1 M], добавлен 28.07.2014Общие тенденции развития современной химии. Основные направления развития химии в ХХI. Компьютерное моделирование молекул (молекулярный дизайн) и химических реакций. Спиновая химия. Нанохимия. Фемтохимия. Синтез фуллеренов и нанотрубок.
курсовая работа [37,4 K], добавлен 05.06.2005Современные представления о механизме активации простых молекул комплексами переходных металлов. Механизмы активации молекул различного типа кислотными катализаторами. Сущность активации. Реакционная способность. Расщепление субстрата на фрагменты.
реферат [2,8 M], добавлен 26.01.2009Особенности молекулярного, конвективного и турбулентного механизмов переноса молекул, массы и энергии. Расчет средней квадратичной скорости молекул и описание характера их движения, понятие масштаба турбулентности. Процедуры осреднения скорости молекул.
реферат [4,6 M], добавлен 15.05.2011Жизненный путь Шарля Адольфа Вюрца, его научно-исследовательская деятельность. Научные достижения Вюрца в области органической и неорганической химии: открытие альдольной конденсации, изучение гидрила меди, исследование строения фосфорноватистой кислоты.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 04.12.2010
