VII Съезд биофизиков России
Краснодар, Россия
17-23 апреля 2023 г.
Главная
О Съезде
Организаторы
Программный комитет
Программа Съезда
Место проведения Съезда
Проживание
Оргвзносы
Основные даты
Регистрация
Публикации материалов Съезда
Молодежный конкурс
Контакты
Тезисы
English version
Партнеры Съезда
Правила оформления докладов

Программа Съезда

Секции и тезисы:

Молекулярная биофизика. Структура и динамика биополимеров и биомакромолекулярных систем

Квантово-химическое моделирование межмолекулярного взаимодействия гиалуроновой кислоты с аминокислотами из состава наноконтейнеров адресной доставки и вещества-мишени

К.А. Брыксин1*, И.Л. Пластун1, А.А. Наумов1

1.СГТУ имени Гагарина Ю.А.;

* kir.bryksin(at)yandex.ru

В последнее время всё большее распространение в медицине получает тераностика - направление, связанное с адресной доставкой терапевтического и диагностического агента к пораженным клеткам. Одним из веществ-мишеней являются не только клетки, но и муцин – белковая ткань из состава слизистой оболочки. Одним из средств доставки лекарственных средств являются полимерные капсулы и наногели, основанные на белковых структурах. Для исследования комплексообразования при доставке лекарственного вещества на основе белковых капсул проведен анализ степени водородного связывания гиалуроновой кислоты как доставляемого лекарства с аминокислотами из состава белковых капсул и из состава аминокислот, входящих в состав вещества-мишени. Данные аминокислоты могут входить как в состав белковых капсул, так и в состав вещества-мишени. В качестве объекта исследования были рассмотрены комплексы лизин-пролин и лизин-серин. Хорошо известно, что азотсодержащие аминокислоты, в частности, лизин, серин и пролин, играют важнейшую роль в формировании межмолекулярного взаимодействия белковых структур между собой и с различными веществами, поэтому оценка степени комплексообразования и силы водородного связывания может быть применена как к оценке степени взаимодействия молекулярных слоев капсулы, так и к оценке степени устойчивости прикрепления капсулы к мишени.

Моделирование межмолекулярного взаимодействия проводилось методами теории функционала плотности с функционалом B3LYP и базисом 6-31G(d) при помощи программного комплекса Gaussian, предварительная оптимизация молекул проводилась в программных комплексах Avogadro и GaussView.

На первом этапе был проведен расчет и анализ молекулярного комплекса лизин-пролин. На рассчитанном ИК спектре комплекса присутствует пик на частоте 3501 см-1, что соответствует колебанию –OH группы. Для исследования комплексообразования при присоединении молекулы гиалуроновой кислоты был выбран этот пик.

На следующем этапе к молекулярному комплексу была присоединена молекула гиалуроновой кислоты, также был проведен расчет и анализ полученной структуры и ИК спектра получившегося молекулярного комплекса. На рассчитанном ИК спектре комплекса пик, соответствующий колебанию –OH группы, сдвинулся на частоту 3396 см-1, а также пик стал более выраженным, что говорит об усилении водородных связей.

Также был исследован молекулярный комплекс лизин-серин. Был проведен расчет и анализ структуры и ИК спектра комплекса. На рассчитанном ИК спектре проявился пик на частоте 3586 см-1, соответствующий колебанию –OH группы. Этот пик был выбран для анализа молекулярного комплекса после присоединения молекулы гиалуроновой кислоты.

На следующем этапе к комплексу лизин-серин была присоединена молекула гиалуроновой кислоты, после чего был проведен расчет и анализ получившегося молекулярного комплекса. На рассчитанном ИК спектре молекулярного комплекса лизин-серин-гиалуроновая кислота пик, соответствующий колебанию –OH группы, сдвинулся на частоту 3325 см-1, а также стал более выраженным, что свидетельствует об усилении водородного связывания в получившемся комплексе.

Основываясь на анализе молекулярных комплексов аминокислот, входящих в состав белкового контейнера доставки и вещества-мишени, а также молекулярных комплексов, полученных при присоединении к парам аминокислот молекулы гиалуроновой кислоты, можно сделать вывод, что в случае образования комплекса с молекулой гиалуроновой кислоты сила водородного связывания возрастает, что может быть полезным при дальнейшем исследовании в области тераностики. Помимо этого, при анализе комплексов, состоящих из одной аминокислоты и молекулы гиалуроновой кислоты, водородные связи, образовавшиеся в молекулярных комплексах, были более слабыми, чем в тройных комплексах.

Quantum chemical modeling of intermolecular interaction of hyaluronic acid with amino acids from the composition of targeted delivery nanocontainers and target substances

K.A. Bryxin1*, I.L. Plastun1, A.A. Naumov1

1.Saratov State Technical University;

* kir.bryksin(at)yandex.ru

Recently, theranostics, a direction associated with the targeted delivery of a therapeutic and diagnostic agent to affected cells, has become increasingly widespread in medicine. One of the target substances is not only cells, but also mucin – protein tissue from the mucosa. One of the means of drug delivery are polymer capsules and nanogels based on protein structures. To study the complex formation during the delivery of a medicinal substance based on protein capsules, the analysis of the degree of hydrogen binding of hyaluronic acid as a delivered drug with amino acids from the composition of protein capsules and from the composition of amino acids included in the target substance was carried out. These amino acids can be included both in the composition of protein capsules and in the composition of the target substance. Lysine-proline and lysine-serine complexes were considered as the object of the study. It is well known that nitrogen-containing amino acids, in particular, lysine, serine and proline, play an important role in the formation of intermolecular interaction of protein structures with each other and with various substances, therefore, the assessment of the degree of complexation and the strength of hydrogen binding can be applied both to the assessment of the degree of interaction of the molecular layers of the capsule and to the assessment of the degree of stability of the attachment of the capsule. to the target.

Modeling of intermolecular interaction was carried out by methods of density functional theory with B3LYP functional and 6-31G(d) basis using Gaussian software package, preliminary optimization of molecules was carried out in Avogadro and GaussView software complexes.

At the first stage, the calculation and analysis of the lysine-proline molecular complex was carried out. The calculated IR spectrum of the complex has a peak at a frequency of 3501 cm-1, which corresponds to the oscillation of the –OH group. This peak was chosen for the study of complex formation during the addition of a hyaluronic acid molecule.

At the next stage, a hyaluronic acid molecule was attached to the molecular complex, and the resulting structure and IR spectrum of the resulting molecular complex were calculated and analyzed. In the calculated IR spectrum of the complex, the peak corresponding to the oscillation of the –OH group shifted to a frequency of 3396 cm-1, and the peak also became more pronounced, which indicates an increase in hydrogen bonds.

The lysine-serine molecular complex was also investigated. The calculation and analysis of the structure and IR spectrum of the complex was carried out. The calculated IR spectrum revealed a peak at a frequency of 3586 cm-1, corresponding to the oscillation of the –OH group. This peak was selected for the analysis of the molecular complex after the addition of the hyaluronic acid molecule.

At the next stage, a hyaluronic acid molecule was attached to the lysine-serine complex, after which the resulting molecular complex was calculated and analyzed. On the calculated IR spectrum of the lysine-serine-hyaluronic acid molecular complex, the peak corresponding to the –OH group oscillation shifted to a frequency of 3325 cm-1, and also became more pronounced, which indicates an increase in hydrogen binding in the resulting complex.

Based on the analysis of the molecular complexes of amino acids that make up the protein delivery container and the target substance, as well as molecular complexes obtained by attaching a hyaluronic acid molecule to amino acid pairs, it can be concluded that in the case of the formation of a complex with a hyaluronic acid molecule, the strength of hydrogen binding increases, which may be useful in further research in the field of theranostics. In addition, when analyzing complexes consisting of one amino acid and a hyaluronic acid molecule, the hydrogen bonds formed in molecular complexes were weaker than in triple complexes.


Докладчик: Брыксин К.А.
187
2023-02-14

Национальный комитет Российских биофизиков © 2022
National committee of Russian Biophysicists