msiСовременная наука и инновацииModern Science and Innovations2307-910XNorth-Caucasus Federal University10.37493/2307-910X.2022.2.5msi-1376Research ArticleТЕХНОЛОГИЯ ПРОДОВОЛЬСТВЕННЫХ ПРОДУКТОВTECHNOLOGY OF FOOD PRODUCTSКВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ АМИНОКИСЛОТ С КАРБОНАТОМ КАЛЬЦИЯQUANTUM-CHEMICAL SIMULATION OF THE INTERACTION OF AMINO ACIDS WITH CALCIUM CARBONATEРемизовД. М.RemizovD. M.

Ремизов Данил Михайлович - студент 2 курса магистратуры кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета.

355029, Ставрополь, улица Пушкина, 1, 8-928-22205-43

Remizov Danil M., Master student of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology.

Pyshkin str. 1, 355029 Stavropol, 8-928-222-05-43

remizov22@list.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9321-550XБлиноваА. А.BlinovaA. A.

Блинова Анастасия Александровна - кандидат технических наук, доцент кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета.

355029, Ставрополь, улица Пушкина, 1, 8-988767-94-60

Blinova Anastasiya A. - Ph. D., assistant professor of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology.

Pyshkin str. 1, 355029 Stavropol, 8-988-767-94-60

nastya_bogdanova_88@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0001-9217-6262ПироговМ. А.PirogovM. A.

Пирогов Максим Александрович - студент 2 курса бакалавриата кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета.

355029, Ставрополь, улица Пушкина, 1, 8961-488-39-20

Pirogov Maxim A. - student of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology.

Pyshkin str. 1, 355029 Stavropol, 8-961-488-39-20

pirogov.m.2002@gmail.comhttps://orcid.org/0000-0002-7740-042XМаглакелидзеД. Г.MaglakelidzeD. G.

Маглакелидзе Давид Гурамиевич - студент 3 курса кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета.

355029, Ставрополь, улица Пушкина, 1, 8-909-75922-48

Maglakelidze David G. - student of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology.

Pyshkin str. 1, 355029 Stavropol, 8-909-759-22-48

ogoniock2015@mail.ruЛеонтьевП. С.LeontievP. S.

Леонтьев Павел Сергеевич - студент 1 курса бакалавриата кафедры физики и технологии наноструктур и материалов физико-технического факультета.

355029, Ставрополь, улица Пушкина, 1, 8968-264-64-43

Leontiev Pavel S. - student of the Department of Physics and Technology of Nanostructures and Materials, Faculty of Physics and Technology.

Pyshkin str. 1, 355029 Stavropol, Russia, 8-968-264-64-43

arb.acc@mail.ruФГАОУ ВО Северо-Кавказский федеральный университетРоссияNorth-Caucasian Federal UniversityRussian Federation202214012023025261Copyright © Ремизов Д.М., Блинова А.А., Пирогов М.А., Маглакелидзе Д.Г., Леонтьев П.С., 20232023Ремизов Д.М., Блинова А.А., Пирогов М.А., Маглакелидзе Д.Г., Леонтьев П.С.Remizov D.M., Blinova A.A., Pirogov M.A., Maglakelidze D.G., Leontiev P.S.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://msi.elpub.ru/jour/article/view/1376

В данной статье представлены результаты квантово-химического моделирования процесса взаимодействия аниона CO 2–/3 с рядом протеиногенных аминокислот для выявления наиболее энергетически выгодной системы и дальнейшего сравнения с результатами лабораторного эксперимента. В результате анализа данных установлено, что все возможные взаимодействия являются оптимальными, так как обладают высокой разницей полной энергии системы, а также высоким значением химической жѐсткости. Установлено, что наиболее оптимальными взаимодействиями являются взаимодействия CO 2–/3-аспарагин и CO 2–/3-серин, что обусловлено наибольшей разницей энергии системы относительно модели аминокислоты (∆E = 262,907 ± 0,088 ккал/моль) и наибольшем значении химической стабильности (η = 0,218 эВ).

This article presents the results of quantum chemical modeling of the interaction of the CO32-anion with a number of proteinogenic amino acids to identify the most energetically advantageous system and further compare with the results of a laboratory experiment. As a result of data analysis, it was found that all possible interactions are optimal, since they have a high difference in the total energy of the system, as well as a high value of chemical rigidity. It was found that the most optimal interactions are the interactions of CO32-asparagine and CO32-serine, which is due to the largest difference in the energy of the system relative to the amino acid model (∆E = 262.907 ± 0.088 kcal/mol) and the highest value of chemical stability (n = 0.218 eV).

карбонат–анионхимическая жѐсткостьквантово-химическое моделированиеаспарагинсеринcarbonate anionchemical hardnessquantum chemical modelingasparagineserineИсследование выполнено при финансовой поддержке Совета по грантам Президента Российской Федерации (проект СП-476.2022.4)The study was supported financially by the Council for Grants of the President of the Russian Federation (project SP-476.2022.4)ReferencesMatrix polyelectrolyte microcapsules: new system for macromolecule encapsulation / D.V. Volodkin, A.I. Petrov, M. Prevot, G.B. Sukhorukov // Langmuir. – 2004. – V. 20. – N. 8. – P. 3398-3406.Matrix polyelectrolyte microcapsules: new system for macromolecule encapsulation / D.V. Volodkin, A.I. Petrov, M. Prevot, G.B. Sukhorukov // Langmuir. – 2004. – V. 20. – N. 8. – P. 3398-3406.Dependence of sub-micron vaterite container release properties on pH and ionic strength of the surrounding solution / B. Parakhonskiy, F. Tessarolo, A. Haase, R. Antolini // Advances in Science and Technology. – Trans Tech Publications Ltd, 2013. – V. 86. – P. 81-85.Dependence of sub-micron vaterite container release properties on pH and ionic strength of the surrounding solution / B. Parakhonskiy, F. Tessarolo, A. Haase, R. Antolini // Advances in Science and Technology. – Trans Tech Publications Ltd, 2013. – V. 86. – P. 81-85.Ogino, T. The formation and transformation mechanism of calcium carbonate in water / T. Ogino, T. Suzuki, K. Sawada // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1987. – V. 51. – N. 10. – P. 2757-2767.Ogino, T. The formation and transformation mechanism of calcium carbonate in water / T. Ogino, T. Suzuki, K. Sawada // Geochimica et Cosmochimica Acta. – 1987. – V. 51. – N. 10. – P. 2757-2767.Reeds, P.J. Dispensable and indispensable amino acids for humans / P.J. Reeds // The Journal of Nutrition. – 2000. – V. 130. – N. 7. – P. 1835S-1840S.Reeds, P.J. Dispensable and indispensable amino acids for humans / P.J. Reeds // The Journal of Nutrition. – 2000. – V. 130. – N. 7. – P. 1835S-1840S.Синтез наночастиц диоксида марганца в среде серосодержащих аминокислот / Е. Л. Малая, А. В. Блинов, Л. П. Арефьева, С. О. Крандиевский // Актуальные проблемы электроэнергетики, электроники и нанотехнологий : Материалы IV-й ежегодной научнопрактической конференции Северо-Кавказского федерального университета, Ставрополь, 04–30 апреля 2016 года. – Ставрополь: Издательский дом "Тэсэра", 2016. – С. 26-28.Sintez nanochastits dioksida margantsa v srede serosoderzhashchikh aminokislot / E. L. Malaya, A. V. Blinov, L. P. Aref'eva, S. O. Krandievskii // Aktual'nye problemy ehlektroehnergetiki, ehlektroniki i nanotekhnologii : Materialy IV-i ezhegodnoi nauchno-prakticheskoi konferentsii Severo-Kavkazskogo federal'nogo universiteta, Stavropol', 04–30 aprelya 2016 goda. – Stavropol': Izdatel'skii dom "Tehsehra", 2016. – S. 26-28.Разработка элементосбалансированного комплекса лизинаторибофлавината с эссенциальными микроэлементами / А. Б. Голик, Н. П. Оботурова, А. В. Блинов, А. А. Нагдалян // Инновационное развитие аграрно-пищевых технологий: Материалы международной научно-практической конференции, Волгоград, 17–18 июня 2021 года / Под общей редакцией И.Ф. Горлова. – Волгоград: Общество с ограниченной ответственностью "СФЕРА", 2021. – С. 221-225.Razrabotka ehlementosbalansirovannogo kompleksa lizinatoriboflavinata s ehssentsial'nymi mikroehlementami / A. B. Golik, N. P. Oboturova, A. V. Blinov, A. A. Nagdalyan // Innovatsionnoe razvitie agrarno-pishchevykh tekhnologii: Materialy mezhdunarodnoi nauchnoprakticheskoi konferentsii, Volgograd, 17–18 iyunya 2021 goda / Pod obshchei redaktsiei I.F. Gorlova. – Volgograd: Obshchestvo s ogranichennoi otvetstvennost'yu "SFERA", 2021. – S. 221-225.M.J. Lopez, S.S. Mohiuddin Biochemistry, essential amino acids. In: StatPearls. StatPearls Publishing, Treasure Island (FL); 2021.M.J. Lopez, S.S. Mohiuddin Biochemistry, essential amino acids. In: StatPearls. StatPearls Publishing, Treasure Island (FL); 2021.Wu, G. Amino acids: metabolism, functions, and nutrition / G. Wu // Amino acids. – 2009. – V. 37. – N. 1. – P. 1-17.Wu, G. Amino acids: metabolism, functions, and nutrition / G. Wu // Amino acids. – 2009. – V. 37. – N. 1. – P. 1-17.Hou, Y. Dietary essentiality of ―nutritionally non-essential amino acids‖ for animals and humans / Y. Hou, Y. Yin, G. Wu // Experimental Biology and Medicine. – 2015. – V. 240. – N. 8. – P. 997-1007.Hou, Y. Dietary essentiality of ―nutritionally non-essential amino acids‖ for animals and humans / Y. Hou, Y. Yin, G. Wu // Experimental Biology and Medicine. – 2015. – V. 240. – N. 8. – P. 997-1007.Hou, Y. Nutritionally essential amino acids / Y. Hou, G. Wu // Advances in Nutrition. – 2018. – V. 9. – N. 6. – P. 849-851.Hou, Y. Nutritionally essential amino acids / Y. Hou, G. Wu // Advances in Nutrition. – 2018. – V. 9. – N. 6. – P. 849-851.Flooding with L-[1-13C] leucine stimulates human muscle protein incorporation of continuously infused L-[1-13C] valine / K.E.N.N.E.T.H. Smith, J.M. Barua, P.W. Watt, C.M. Scrimgeour, M.J. Rennie // American Journal of Physiology-Endocrinology And Metabolism. – 1992. – V. 262. – N. 3. – P. E372-E376.Flooding with L-[1-13C] leucine stimulates human muscle protein incorporation of continuously infused L-[1-13C] valine / K.E.N.N.E.T.H. Smith, J.M. Barua, P.W. Watt, C.M. Scrimgeour, M.J. Rennie // American Journal of Physiology-Endocrinology And Metabolism. – 1992. – V. 262. – N. 3. – P. E372-E376.Effects of flooding amino acids on incorporation of labeled amino acids into human muscle protein / K. Smith, N. Reynolds, S. Downie, A. Patel, M.J. Rennie // American Journal of Physiology-Endocrinology And Metabolism. – 1998.Effects of flooding amino acids on incorporation of labeled amino acids into human muscle protein / K. Smith, N. Reynolds, S. Downie, A. Patel, M.J. Rennie // American Journal of Physiology-Endocrinology And Metabolism. – 1998.Tien Lea, D. Improving nutritional quality of plant proteins through genetic engineering / D. Tien Lea, H. Duc Chua, N. Quynh Lea // Current genomics. – 2016. – V. 17. – N. 3. – P. 220229.Tien Lea, D. Improving nutritional quality of plant proteins through genetic engineering / D. Tien Lea, H. Duc Chua, N. Quynh Lea // Current genomics. – 2016. – V. 17. – N. 3. – P. 220229.Aledo, J.C. Methionine in proteins: The Cinderella of the proteinogenic amino acids / J.C. Aledo // Protein Science. – 2019. – V. 28. – N. 10. – P. 1785-1796.Aledo, J.C. Methionine in proteins: The Cinderella of the proteinogenic amino acids / J.C. Aledo // Protein Science. – 2019. – V. 28. – N. 10. – P. 1785-1796.Kussmann, J. Linear‐ scaling self‐ consistent field methods for large molecules / J. Kussmann, M. Beer, C. Ochsenfeld // Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science. – 2013. – V. 3. – N. 6. – P. 614-636.Kussmann, J. Linear‐scaling self‐consistent field methods for large molecules / J. Kussmann, M. Beer, C. Ochsenfeld // Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science. – 2013. – V. 3. – N. 6. – P. 614-636.Schaller, T. Structure of molecular tweezer complexes in the solid state: NMR experiments, X-ray investigations, and quantum chemical calculations / T. Schaller, U.P. Büchele, F.G. Klärner, D. Bläser, R. Boese, S.P. Brown, H.W. Spiess, F. Koziol, J. Kussmann, C. Ochsenfeld // Journal of the American Chemical Society. – 2007. – V. 129. – N. 5. – P. 1293-1303.Schaller, T. Structure of molecular tweezer complexes in the solid state: NMR experiments, X-ray investigations, and quantum chemical calculations / T. Schaller, U.P. Büchele, F.G. Klärner, D. Bläser, R. Boese, S.P. Brown, H.W. Spiess, F. Koziol, J. Kussmann, C. Ochsenfeld // Journal of the American Chemical Society. – 2007. – V. 129. – N. 5. – P. 1293-1303.Pisula ,W. Helical packing of discotic hexaphenyl hexa-peri-hexabenzocoronenes: Theory and experiment / W. Pisula, Ž. Tomović, M.D. Watson, K. Müllen, J. Kussmann, C. Ochsenfeld, T. Metzroth, J. Gauss // The Journal of Physical Chemistry B. – 2007. – V. 111. – N. 26. – P. 7481-7487.Pisula ,W. Helical packing of discotic hexaphenyl hexa-peri-hexabenzocoronenes: Theory and experiment / W. Pisula, Ž. Tomović, M.D. Watson, K. Müllen, J. Kussmann, C. Ochsenfeld, T. Metzroth, J. Gauss // The Journal of Physical Chemistry B. – 2007. – V. 111. – N. 26. – P. 7481-7487.Flaig, D. Convergence of electronic structure with the size of the QM region: example of QM/MM NMR shieldings / D. Flaig, M. Beer, C. Ochsenfeld // Journal of chemical theory and computation. – 2012. – V. 8. – N. 7. – P. 2260-2271.Flaig, D. Convergence of electronic structure with the size of the QM region: example of QM/MM NMR shieldings / D. Flaig, M. Beer, C. Ochsenfeld // Journal of chemical theory and computation. – 2012. – V. 8. – N. 7. – P. 2260-2271.Компьютерное квантово-химическое моделирование поликомпонентных систем SiO2-MexOy / А.А. Гвозденко, А.В. Блинов, М.А. Ясная, А.Б. Голик, В.В. Раффа, В.Н. Крамаренко, Д.Г. Маглакелидзе, И.М Шевченко // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. – 2020. – № 12. – С. 394-404.Komp'yuternoe kvantovo-khimicheskoe modelirovanie polikomponentnykh sistem SiO2-MexOy / A.A. Gvozdenko, A.V. Blinov, M.A. Yasnaya, A.B. Golik, V.V. Raffa, V.N. Kramarenko, D.G. Maglakelidze, I.M Shevchenko // Fiziko-khimicheskie aspekty izucheniya klasterov, nanostruktur i nanomaterialov. – 2020. – № 12. – S. 394-404.Quantum-chemical simulation of copper oxide nanoparticles stabilizatio / D.M. Remizov, A.A. Gvozdenko, A.V. Blinov, V.V. Raffa, A.B. Golik, D.G. Maglakelidze, A.A. Blinova// Современная наука и инновации. – 2021. – N 1(33). – P. 29-34.Quantum-chemical simulation of copper oxide nanoparticles stabilizatio / D.M. Remizov, A.A. Gvozdenko, A.V. Blinov, V.V. Raffa, A.B. Golik, D.G. Maglakelidz

The authors declare that there are no conflicts of interest present.