Соединения на основе кремния часто упоминаются в концепциях, описывающих неуглеродные, альтернативные формы жизни. Электронные конфигурации валентных оболочек кремния и углерода аналогичны, кремний четырёхвалентен и теоретически способен образовывать сложные, разветвлённые молекулы. По этим причинам интерес представляет изучение кремниевых аналогов аминокислот, сахаров, компонентов нуклеиновых кислот и ряда других биомолекул. Для этого нами были использованы теоретические методы компьютерного моделирования, которые обычно используются в поисковых исследования в рамках поиска новых лекарств (драг-дизайн).



Первичная оптимизация структур проводилась в HyperChem посредством молекулярной механики (AMBER). На втором этапе структуры изучаемых молекул рассчитывались с помощью квантово-механического (QM) пакета MOPAC2016 с параметризацией PM7. Также были проведены геометрическая оптимизация и поиск энергетического минимума для кремниевого и углеродного пептида в конформациях альфа-спирали и бета-листа, состоящего из 12 остатков Ala. При вычислениях в РМ7, как для альфа-спирали, так и для бета-листа кремниевый пептид продемонстрировал более выраженную термодинамическую стабильность, чем углеродный, при этом глобальный экстремум теплоты образования такой кремниевой молекулы отвечает конформации альфа спирали.



Полученные результаты позволяют развивать гипотезы о принципиальной возможности существования систем, в которых атомы кремния образуют ковалентные связи, формируя большое многообразие конформационно лабильных структур. Такие ансамбли атомов можно рассматривать как аналоги земных биомолекул, и предполагать у них наличие неких аналогичных функциональных активностей.

Silicon-based compounds are often referred to in concepts describing non-carbon, alternative life forms. The electronic configurations of the valence shells of silicon and carbon are similar, silicon is tetravalent and is theoretically capable of forming complex, branched molecules. For these reasons, the study of silicon analogs of amino acids, sugars, components of nucleic acids, and a number of other biomolecules is of interest. To do this, we used the theoretical methods of computer modeling, which are usually used in exploratory studies in the search for new medical substances (drug design).



The primary optimization of the structures was carried out in HyperChem through molecular mechanics (AMBER). At the second stage, the structures of the studied molecules were calculated using the quantum mechanical (QM) package MOPAC2016 with PM7 parameterization. Also, geometric optimization and search for the energy minimum for the silicon and carbon peptides in alpha-helix and beta-sheet conformations, consisting of 12 Ala residues, were also carried out. When calculated in PM7, both for the alpha helix and for the beta sheet, the silicon peptide demonstrated a more pronounced thermodynamic stability than the carbon one, while the global extremum of the heat of formation of such a silicon molecule corresponds to the alpha helix conformation.



The results obtained make it possible to develop hypotheses about the fundamental possibility of the existence of systems in which silicon atoms form covalent bonds, forming a wide variety of conformationally labile structures. Such ensembles of atoms can be considered as analogues of terrestrial biomolecules, and it can be assumed that they have some similar functional activities.