Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия фосфата магния с незаменимыми аминокислотами

В рамках данной работы было проведено компьютерное квантовохимическое моделирование взаимодействия фосфата магния с незаменимыми аминокислотами с целью определения оптимального стабилизатора для наночастиц Mg₃(PO₄)₂. Квантовохимическое моделирование проводилось с использованием программного обеспечения QChem и молекулярного редактора IQmol. На первом этапе проводилось моделирование молекулы фосфата магния и молекул незаменимых аминокислот, далее рассматривалось моделирование молекулярного комплекса «аминокислота-Mg₃(PO₄)₂», в котором взаимодействие фосфата магния с аминокислотой проходило через ионизированную аминогруппу. В результате получены модели молекулярных комплексов, а также рассчитаны значения полной энергии молекулярного комплекса, энергии высшей заселѐнной и низшей свободной молекулярных орбиталей, химической жѐсткости и разницы полной энергии аминокислоты и молекулярного комплекса «аминокислотаMg₃(PO₄)₂». В результате установлено, что незаменимые аминокислоты могут быть эффективными стабилизаторами для наночастиц фосфата магния, что подтверждается значениями разницы полной энергии и химической жѐсткости молекулярных комплексов. В связи с тем, что молекулярный комплекс триптофана и фосфата магния, в котором взаимодействие молекул происходит через аминогруппу в индольном кольце триптофана, обладает наибольшими значениями разницы полной энергии (∆E = 1946,223 ккал/моль) и химической жѐсткости (ε = 0,121 эВ), можно сделать вывод, что триптофан является оптимальным стабилизатором для наночастиц фосфата магния.

1. Salimi M. H., Heughebaert J. C., Nancollas G. H. Crystal growth of calcium phosphates in the presence of magnesium ions // Langmuir. 1985. P. 119–122.

2. Hawkesford M. J. et al. Marschner's mineral nutrition of higher plants // Academic press. 2012. P. 135-189.

3. Maathuis F. J. M. et al. Physiological functions of mineral macronutrients // Current opinion in plant biology. 2009. Vol. 12. No. 3. P. 250–258.

4. Hawkesford M. J. et al. Functions of macronutrients Marschner's Mineral Nutrition of Plants // Academic Press. 2023. P. 201–281.

5. Bauer J., Gerss J. Longitudinal analysis of macronutrients and minerals in human milk produced by mothers of preterm infants // Clinical nutrition. 2011. Vol. 30. No. 2. P. 215–220.

6. Muth A. K, Park S. Q. The impact of dietary macronutrient intake on cognitive function and the brain // Clinical Nutrition. 2021. Vol. 40. No. 6. P. 3999–4010.

7. Costa-Pinto R., Gantner D. Macronutrients, minerals, vitamins and energy // Anaesthesia & Intensive Care Medicine. 2020. Vol. 21. No. 3. P. 157–161.

8. Lindberg J. S. et al. Magnesium bioavailability from magnesium citrate and magnesium oxide // Journal of the American college of nutrition. 1990. Vol. 9. No. 1. P. 48–55.

9. Hoy S. M., Scott L. J, Wagstaff A. J. Sodium picosulfate/magnesium citrate: a review of its use as a colorectal cleanser // Drugs. 2009. Vol. 69. P. 123–136.

10. Ухолкина Г. Б. Роль магния в заболеваниях сердечно–сосудистой системы // РМЖ. 2011. Т. 19. №. 7. С. 476–480.

11. Akhtar M. I. et. al. Magnesium, a drug of diverse use // Journal of the Pakistan Medical Association. 2011. Vol. 61. No. 12. P. 1220.

12. Touyz R. M. Magnesium in clinical medicine // Frontiers in Bioscience-landmark. 2004. Vol. 9. No. 2. P. 1278–1293.

13. Bertran O. et al. Synergistic approach to elucidate the incorporation of magnesium ions into hydroxyapatite // Chemistry – A European Journal. 2015. Vol. 21. No. 6. P. 2537–2546.

14. Cole J. C. et al. Nitrogen, phosphorus, calcium, and magnesium applied individually or as a slow release or controlled release fertilizer increase growth and yield and affect macronutrient and micronutrient concentration and content of field-grown tomato plants // Scientia Horticulturae. 2016. Vol. 211. P. 420–430.

15. Sengupta J. et al. Physiologically important metal nanoparticles and their toxicity // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2014. Vol. 14. No. 1. P. 990–1006.

16. Whitby C. P. et al. Nanoparticle adsorption and stabilisation of surfactant-free emulsions // Journal of colloid and interface science. 2006. Vol. 301. No. 1. P. 342–345.

17. Aguey-Zinsou K. F., Ares-Fernández J. R. Synthesis of colloidal magnesium: a near room temperature store for hydrogen // Chemistry of Materials. 2008. Vol. 20. No. 2. P. 376–378.

18. Папина Ю. В., Годымчук А. Ю. Агрегативная устойчивость суспензий наночастиц в растворах аминокислот // Четвертый междисциплинарный научный форум с международным участием «Новые материалы и перспективные технологии», Москва, 27–30 ноября 2018 года. Том I. Москва: Буки Веди. 2018. С. 413–415.

19. Sultana S. et al.Stability issues and approaches to stabilised nanoparticles based drug delivery system // Journal of Drug Targeting. 2020. Vol. 28. No. 5. P. 468–486.

20. Маглакелидзе Д. Г. и др. Cинтез и изучение структуры биоактивных наночастиц силиката магния // Наноиндустрия. 2023. Т. 16. № 3-4 (121). С. 186–195.

21. Nathanael K. et al. Computational modelling and microfluidics as emerging approaches to synthesis of silver nanoparticles–A review // Chemical Engineering Journal. 2022. Vol. 436. P. 135178.

22. Karagiannakis N. P., Skouras E. D., Burganos V. N. Modelling thermal conduction in nanoparticle aggregates in the presence of surfactants // Nanomaterials. 2020. V. 10. No. 11. P. 2288.

23. Блинова А. А. и др. Компьютерное квантово-химическое моделирование взаимодействия фосфата кальция с аминокислотами // Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. 2022. № 14. С. 352–361.

24. Blinova A. A. et al. Synthesis and characterization of calcium silicate nanoparticles stabilized with amino acids // Micromachines. 2023. Vol. 14. No. 2. P. 245.