23 декабря 2024

RU/EN

Рубрики Вестника

Поиск

Сентябрь 2015, № 9 (184)

УДК: 57.013; 541.49Кобзев Г.И., Щепин А.С., Пешков С.А. СТРУКТУРНЫЕ И СПЕКТРАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА КОМПЛЕКСОВ ВАЛИНА В НЕЙТРАЛЬНОЙ И ИОННОЙ ФОРМЕ С КАТИОНАМИ ZN²⁺, CD²⁺ (КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ)Тяжелые металлы принимают участие в многообразных химических, физико-химических и биологических процессах. Они могут выступать в качестве токсикантов, то есть веществ, большие концентрации которых могут приводить к расстройству или нарушению тех или иных процессов жизнедеятельности организма. Изучение механизмов накопления и выведения тяжелых металлов в живых клетках должно основываться на исследовании проблем связывания металлов с аминокислотами как составляющими частями белков. Учитывая, что способность ионов металлов взаимодействовать с аминокислотами зависит от наличия в их составе определенных атомов и функциональных групп, то данное взаимодействие характеризуется образованием металлокомплексов различной прочности. Методами функционала плотности (DFT) в рамках самосогласованного поля (SCF) в приближении B3LYP/DZP и учетом поправок к энергии по теории возмущения MP2 (Moller—Plesset) рассчитаны геометрические параметры равновесных состояний комплексов валина в нейтральной и ионной формах с катионами цинка (II) и кадмия (II) в газовой фазе. Показано влияние конформации комплексов валина ионной и нейтральной форм с металлами цинка (II) и кадмия (II) на их устойчивость. Оценены энергии диссоциации связи Val-Me, Ме = Zn²⁺, Cd²⁺. Установлен ряд устойчивости комплексов валина с катионами цинка и кадмия. Для катионных комплексов с анионной формой валина [Val^–-Me²⁺]¹⁺ рассчитаны ИК-спектры, в которых выявлены изменения фундаментальных валентных и деформационных колебательных частот. Определены закономерности смещения полос ИК-спектров в комплексах [Val^–-Zn²⁺]¹⁺, [Val^–-Cd²⁺]¹⁺ в области сложных комбинационных колебаний.Ключевые слова: структура и устойчивость комплексов, комплексы валина с катионами металлов, ИК-спектры, квантово-химическое моделирование.

Загрузить

Список использованной литературы:

1. Klomp A.E.M., Juijn J.A., L. van der Gun T.M., van der Berg I.E.T., Berger R. The terminus of the human copper transporter 1 (hCTR 1) is localized exstracelulary, and interact with itself // Biochem. J., 2003, № 370, P. 881–889.

2. Navratil T., Sestakova I., Marecek V. Transport of heavy metals across the supported phospholipid bilayers // Internat.J.En.Envir.2011, V. 5, № 3, P. 337 — 347.

3. Foulkes E.C. Transport of toxic heavy metals across cell membranes // Proc. Soc. Exp. Biol. Med., 2000, V. 223, № 3. P. 234–240.

4. Пешков С.А., Сизенцов А.Н. Биоаккумуляция тяжелых металлов микроорганизмами входящими в состав пробиотических препаратов в условиях invitro // Вестник ОГУ. 2013. № 10 (159). — С. 142-144.

5. Фетисова А.В., Иларионов С.А. Транспорт ионов металлов через цитоплазматическую мембрану // Вестник Пермского ун-та. 2012. Вып. 1 (5). — С. 86-91.

6. Gutknecht J. Inorganic Mercury (Hg2+) Transport through Lipid Bilayer Membranes // J. Membrane Biol., 1981, № 61, P. 61–66.

7. Кобзев Г.И. Спиновые эффекты в ферментативных реакциях окисления субстратов кислородом // Вестник Оренбургского государственного университета. — 2005. — №9. — С. 141-150.

8. Кобзев Г.И. Механизмы активации молекулярного кислорода в ферментативных окислительно-восстановительных реакциях // Вестник Оренбургского государственного университета. — 2005. — №10, Т.2. — С. 48-55.

9. Mandal S., Das G., Askari H. Physicochemical investigations of the metal complexes of L-valine with doubly charged ions of nickel, copper and zinc: a combined experimental and computational approach / RSC Adv., 2014, № 4, P 24796–24809.

10. Mandal S., Das G., Askari H. Experimental and Quantum Chemical Modeling Studies of the Interactions of L Phenylalanine with Divalent Transition Metal Cations / J. Chem. Inf. Model., 2014, V. 54, №9, P. 2524–2535.

11. Mandal S., Das G., Askari H. A combined experimental and quantum mechanical investigation on some selected metal complexes of L-serine with first row transition metal cations / J. Mol. Struct., 2015, V. 1081, P. 281–292.

12. Suarez D., Diaz N., Lopez R. A Combined Semiempirical and DFT Computational Protocol for Studying Bioorganometallic Complexes: Application to Molybdocene-Cysteine Complexes / J. Comp. Chem., 2014, № 35, P. 324–334.

13. Yang G., Zhu R., Zhoub L., Liua C. Interactions of Zn(II) with single and multiple amino acids. Insights from density functional and ab initio calculations / J. Mass Spectrom. 2012. № 47. P. 1372–1383.

14. Rulsek L., Havlas Z. Theoretical studies of metal ion selectivity. 1. DFT calculations of interaction energies of amino acid side chains with selected transition metal ions (Co2+, Ni2+, Cu2+, Zn2+, Cd2+, and Hg2+) / J. Am. Chem. Soc., 2000, № 122, P. 10428–10439.

15. Remko M., Fitz D., Rode M. Effect of metal ions (Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ni2+, Cu2+ and Zn2+) and water coordination on the structure and properties of L-histidine and zwitterionic L-histidine / J. Amino Acids, 2010, № 39, P.1309–1319.

16. Remko M., Fitz D., Rode M. Effect of metal ions (Li+, Na+, K+, Mg2+, Ca2+, Ni2+, Cu2+ and Zn2+) and water coordination on the structure and properties of L-Arginine and zwitterionic L-Arginine / J. Phys. Chem. A, 2008, № 112, P. 7652–7661.

17. Marino T., Toscano M., Russo N., Grand A. Structural and Electronic Characterization of the Complexes Obtained by the Interaction between Bare and Hydrated First-Row Transition-Metal Ions (Mn2+, Fe2+, Co2+, Ni2+,Cu2+, Zn2+) and Glycine / J. Phys. Chem. B, 2006, № 110, P. 24666–24673.

18. Щепин А.С. Квантово-химическое исследование образования комплексов валина с металлами Co, Zn, Cd, Pb // Материалы VII Всерос. молодеж. шк.-конф. "Квантово-химические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул". — Иваново: ИГХТУ, 2015, С. 381–386.

19. Belcastro M., Marino T., Russo N., Toscano M. Interaction of cysteine with Cu2+ and Group IIb (Zn2+, Cd2+, Hg2+) metal cations: a theoretical study / J. Mass Spectrom, 2005, № 40, P. 300–306.

20. Marino T., Russo N., Toscano M. Gas-phase metal ion (Li+, Na+, Cu2+) affinities of glycine and alanine / J. of Inorg. Biochem, 2000, № 79, P. 179–185.

21. Hohenberg P., Kohn W. Inhomogeneous electron gas // Phys. Rev. B, 1964, V. 136, P. 864–871.

22. Kohn W., Sham L.J. Self-consistent equations including exchange and correlation effects // Phys. Rev. A, 1965, V. 140, P. 1133–1138.

23. Neto C.A., Jorge F.E. All-electron double zeta basis sets for the most fifth-row atoms: Application in DFT spectroscopic constant calculations / Chemical Physics Letters, 2013, V. 582, P. 158–162.

24. Mudar A.A. SiGe superlattice nanocrystal infrared and Raman spectra: A density functional theory study / J. App. Phys., 2012, V. 111, P. 044306-044306–4.

25. Grimme S. Improved second-order Moller–Plesset perturbation theory by separate scaling of parallel — and antiparallel-spin pair correlation energies / J. Chem. Phys., 2003, V. 118, P. 9095–9102.

26. Andrade S.G., Luisa C., Goncalves S., Jorge F.E. Scaling factors for fundamental vibrational frequencies and zero-point energies obtained from HF, MP2, and DFT/DZP and TZP harmonic frequencies / J. of Mol. Struct. Theochem. 2008. V. 864, № 3. P. 20–25.

27. Schmidt M.W., Baldridge K.K., Boatz J.A., Elbert S.T., Gordon M.S., Jensen J.H., Koseki S., Matsunaga N., Nguyen K.A., Su S.J., Windus T.L., Dupuis M., Montgomery J.A. General Atomic and Molecular Electronic Structure System / J. Comput. Chem., 1993, V. 14, № 11, P. 1347–1363.

28. Заика Ю.В., Кобзев Г.И., Давыдов К. С., Казаева А.Н., Урваев Д.Г. Особенности электронного спектра иона гидроксония и малых кластеров 1(H3O+–nH2O), n = 1–3, 5, 6 // Химическая физика. 2015. Т. 34, № 3. С. 1–10.

29. Заика, Ю. В., Кобзев, Г. И. Особенности образования иона гидроксония и его малых кластеров // Журнал общей химии. 2015. Т. 85, № 5. — С. 705-719.

30. Stepanian S.G., Reva I.D., Radchenko E.D., Adamowicz L. Combined Matrix-Isolation Infrared and Theoretical DFT and ab Initio Study of the Nonionized Valine Conformers // J. Phys. Chem. A. 1999. № 103. P. 4404–4412.

О статье

Авторы: Кобзев Г.И., Щепин А.С., Пешков С.А.

Год: 2015

Главный редактор

Сергей Александрович
МИРОШНИКОВ

© Электронное периодическое издание: ВЕСТНИК ОГУ on-line (VESTNIK OSU on-line), ISSN on-line 1814-6465
Зарегистрировано в Федеральной службе по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
Свидетельство о регистрации СМИ: Эл № ФС77-37678 от 29 сентября 2009 г.
Учредитель: Оренбургский государственный университет (ОГУ)
Главный редактор: С.А. Мирошников
Адрес редакции: 460018, г. Оренбург, проспект Победы, д. 13, к. 2335
Тел./факс: (3532)37-27-78 E-mail: vestnik@mail.osu.ru