Презентация, доклад по дисциплине современные направления квантовой химии

обучения, направления «Химия», программы «Зеленая химия», группы МДЗХ-15
Фадеева М.В.

Акберова Н.И., Тарасов Д.С.
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Журнал: Ученые записки Казанского государственного университета. Серия: Естественные науки, т. 154, № 2

Обзор публикации:
В настоящей работе было проведено компьютерное моделирование реакции между производным пиридоксина и каталитической триадой активного центра ацетилхолинэстеразы для выяснения роли сайтов активного центра при взаимодействии с ингибитором.

Аппаратура:
Моделирование проводилось в программе PC GAMESS методом АМ1, в качестве координаты реакции было выбрано расстояние между углеродом карбамоилированного фрагмента производного пиридоксина и кислородом гидроксильной группы аминокислотного остатка серина Ser203 каталитической триады, изменение координат происходило с шагом 0.2 Å.

Цель:
Выявление механизма взаимодействия ферментов с лигандами в активном центре необходимо для эффективного поиска новых лекарственных средств и целенаправленного изменения существующих.

Задача:
Изучить влияние на реакцию взаимодействия следующих сайтов активного центра: периферийный анионный сайт, анионный сайт, оксианионная дыра, омега–петля, ацильный карман.

Акберова Н.И., Тарасов Д.С.
Казанский (Приволжский) федеральный университет
Журнал: Ученые записки Казанского государственного университета. Серия: Естественные науки, т. 154, № 2

Результат:
Наибольшее и наименьшее значения энергетических пиков равны 54.24 и 45.52 ккаль/моль соответственно. При моделировании контрольной реакции каталитической триады с производным пиридоксина без окружения энергетический пик составил 49.12 ккаль/моль. Полученные значения энергетических барьеров велики, что, возможно, связано с тем, что при моделировании реакции учитывалось влияние отдельных частей активного центра, а не всего фермента.

Рис.2. Итоговое положение молекул после реакции

белковыми молекулами в водной среде»

Авторы: А.А. Бондарев, И.В. Смирнов
ГОУ ВПО Алтайский государственный медицинский университет, г. Барнаул
Журнал: Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309. № 4

Обзор публикации:
С использованием неэмпирического квантово-химического метода DFT (теория функционала плотности) изучены основные энергетические эффекты при образовании комплексов органических веществ с белковыми молекулами, которые определяют термодинамику этого процесса. Комплексообразование рассматривается как замещение воды в сольватированных молекулах белка и органического соединения. Показана определяющая роль вкладов сильных водородных связей и гидрофобного эффекта в прочности образованных комплексов.

Аппаратура:
Неэмпирические квантово-химические расчеты DFT (теория функционала плотности) выполнялись с помощью стандартного пакета программ GAMESS методом B3LYP/6-311G* с обменным функционалом Беке В3 и корреляционным функционалом Ли, Янга и Пара (LYP). Геометрии рассчитанных молекул были полностью оптимизированы, отсутствие мнимых частот колебаний подтверждало их стационарный характер.

Цель:
количественное описание энергетических эффектов образования комплексов лекарственных веществ с молекулами белка в условиях взаимодействия в водной среде.

Задача:
Расчет энергий термодинамических состояний с применением современных методов квантовой химии.

Рис.3. Молекула фуросемида

белковыми молекулами в водной среде»

Авторы: А.А. Бондарев, И.В. Смирнов
ГОУ ВПО Алтайский государственный медицинский университет, г. Барнаул
Журнал: Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309. № 4

Результат:
В молекуле фуросемида имеется несколько групп, способных образовать сильные водородные связи с белковыми мишенями: сульфаниламидная, карбоксильная и аминогруппа. Однако, необходимо учесть, что аминогруппа образует внутримолекулярную водородную связь и, вероятно, не может участвовать в образовании комплекса.

белковыми молекулами в водной среде»

Авторы: А.А. Бондарев, И.В. Смирнов
ГОУ ВПО Алтайский государственный медицинский университет, г. Барнаул
Журнал: Известия Томского политехнического университета. 2006. Т. 309. № 4

Результат:
Из двух оставшихся групп – сульфаниламидной и карбоксильной, только вторая способна дать
энергетический выигрыш и увеличить прочность комплекса на 35 кДж/моль. Сульфаниламидная группа при замещении молекулы воды на белке не увеличивает прочность комплекса. Гидрофобный эффект способен повысить прочность комплекса еще примерно на 22 кДж/моль. Это позволяет оценить прочность комплекса фуросемида с идеально подходящим белком, она составляет –57 кДж/моль. Это есть величина максимально возможного аффинитета.

М.А., 1Потемкин В.А. 1Переяславская Е.С., 1Барташевич Е.В, 2Русинов В.Л.
1Челябинский государственный университет, г. Челябинск
2Институт органического синтеза, г. Екатеринбург
Журнал: Биомедицинская химия. 2004. Т. 50. Прил. № 1

Обзор публикации:
Проведен комплексный анализ противовирусных средств – ингибиторов нейраминидазы вируса гриппа А, большинство из которых является солями, включающими гетероциклические фрагменты. В рамках 3D QSAR алгоритма BiS проведено моделирование комплексов «рецептор-лиганд», определены фармакофорные части соединений, найдена ориентация соединений в полости реального рецептора – нейраминидазы. Определены количественные взаимосвязи активности от параметров строения комплексов «модельный рецептор – лиганд» и «реальный рецептор (вирусная нейраминидаза) – лиганд» с коэффициентами корреляции не менее 0.91. Полученные закономерности позволили выделить активные центры в противовирусных соединениях.

Аппаратура:
В рамках 3D QSAR алгоритма BiS проведено моделирование комплексов «рецептор-лиганд», определены фармакофорные части соединений, найдена ориентация соединений в полости реального рецептора – нейраминидазы.

Цель:
Определить количественные взаимосвязи активности от параметров строения комплексов «модельный рецептор – лиганд» и «реальный рецептор (вирусная нейраминидаза) – лиганд» с коэффициентами корреляции не менее 0.91.

Задача:
Провести комплексный анализ противовирусных средств – ингибиторов нейраминидазы. Рассмотрено влияние энергетических, орбитальных характеристик соединений на величину активности. В рамках алгоритма BiS провести моделирование комплексов лекарственных препаратов с рецептором. На основании полученной модели выделить фармакофорные и антифармакофорные части молекулы.

комплексный анализ противовирусных средств – ингибиторов нейраминидазы. Рассмотрено влияние энергетических, орбитальных характеристик соединений на величину активности. В рамках алгоритма BiS проведено моделирование комплексов лекарственных препаратов с рецептором. На основании полученной модели выделены фармакофорные и антифармакофорные части молекулы. Обнаружено, что ориентация молекул в модельном рецепторе хорошо согласуются с данными рентгеноструктурного анализа. Показано, что атомы модельного рецептора имитируют соответствующие атомы фермента, а также молекул воды, входящих в состав нейраминидазы. С использованием алгоритма CoCon определены активные центры противовирусных средств. Обнаружено, что таковыми являются атомы кислорода нитрогрупп, что подтверждается и результатами поиска фармакофорных частей молекул, полученных в рамках алгоритма BiS. Найдены уравнения зависимости биологической активности от параметров строения комплексов лекарственных препаратов с рецептором с коэффициентами корреляции не менее 0,91.

Рис.4. Фармакофорная и антифармакофорная части противовирусного средства

Рис.5. Расчетные и экспериментальные величины противовирусной активности

с целью создания нового противоишемического средства»

Авторы: : Е.Л. Авенирова, П.А. Алексеева, Н.И. Баранова, М.С. Басс, А.В. Бурякина, Н.Н. Питухина, Е.В. Федорова
ГБОУ ВПО Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия, Санкт-Петербург
Журнал: Биомедицина • № 1, 2014

Обзор публикации:
С помощью компьютерных методов моделирования были проанализированы спектры биологической активности ряда производных малоновой кислоты с целью изыскания потенциально активных соединений в отношении ишемических повреждений миокарда. На основании полученных результатов была проведена оценка взаимодействия наиболее перспективного соединения (4-[(З-этокси-З-ок- сопропаноил)амино] бензойной кислоты) с АЗаденозиновым рецептором методом молекулярного докинга. Установлено, что данное соединение может рассматриваться как перспективное противоишемическое средство.

Аппаратура:
Для построения и оптимизации трехмерной компьютерной модели лигандов: 4-[(3-этокси-3-оксопропаноил) амино] бензойной кислоты и аденозина, был выбран программный пакет ACD / ChemSketch 10.0. Алгоритм 3D оптимизации преобразовывает плоскую (2D) структуру, созданную в программе ACD / ChemSketch 10.0, в реалистичную 3D модель. Оптимизация основана на применении несколько измененных методов молекулярной механики, которые принимают во внимание длину химических связей, величину угла между атомами, внутреннее вращение и невалентные взаимодействия.

Цель:
изученть спектр биологической активности потенциальных противоишемических средств на основе производных малоновой кислоты методами молекулярного моделирования.

Задача:
Доказать, что производные малоновой кислоты снижают интенсивность окислительных процессов за счет ингибирования дыхательной функции митохондрий во всех звеньях дыхательной цепи. Установить, что это влияет на гликолиз и окислительное фосфорилирование и может применяться для защиты миокарда от повреждения в ранние сроки острой ишемии миокарда.

с целью создания нового противоишемического средства»

Авторы: : Е.Л. Авенирова, П.А. Алексеева, Н.И. Баранова, М.С. Басс, А.В. Бурякина, Н.Н. Питухина, Е.В. Федорова
ГБОУ ВПО Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия, Санкт-Петербург
Журнал: Биомедицина • № 1, 2014

Результаты:
С помощью программы PASS были проанализированы спектры биологической активности ряда производных малоновой кислоты с целью изыскания потенциально активных в отношении ишемических повреждений миокарда. На основании полученных данных было выбрано наиболее перспективное соединение, представляющее собой смешанный сложный эфир-амид.

Рис. 6. Структурная формула 4-[(3-этокси- 3-оксопропаноил)амино] бензойной кисло­ты.

с целью создания нового противоишемического средства»

Авторы: : Е.Л. Авенирова, П.А. Алексеева, Н.И. Баранова, М.С. Басс, А.В. Бурякина, Н.Н. Питухина, Е.В. Федорова
ГБОУ ВПО Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия, Санкт-Петербург
Журнал: Биомедицина • № 1, 2014

Результаты:
Была проведена оценка взаимодействия наиболее перспективного лиганда с АЗ-АР методом молекулярного докинга с использованием программного продукта FlexX. Было выявлено, что искомое соединение связывается с активным центром белка, в том числе с ключевыми аминокислотами PHE182, ASN250, PHE168, HIS95, GLN167, а также имеет удовлетворительное значение скоринг-функции.

Рис. 7. Модель А3 аденозинового рецептора

Таблица 6. Взаимодействие аденозина с аминокислотами

с целью создания нового противоишемического средства»

Авторы: : Е.Л. Авенирова, П.А. Алексеева, Н.И. Баранова, М.С. Басс, А.В. Бурякина, Н.Н. Питухина, Е.В. Федорова
ГБОУ ВПО Санкт-Петербургская химико-фармацевтическая академия, Санкт-Петербург
Журнал: Биомедицина • № 1, 2014

Результаты:
Таким образом, на основании хемо- информатического исследования было выявлено новое соединение (4-[(З-эток- си-З-оксопропаноил)амино] бензойная кислота), которое может рассматриваться как перспективное противоишемическое средство.

Рис. 8. Эффективный сайт связывания А3 антагонистов с рецептором

П. М. Элькин
ФГБОУ ВПО Астраханский государственный университет
Журнал: Известия ВолгГТУ №6(66), 2010 г.

Обзор публикации:
В рамках метода функционала плотности DFT/B3LYP исследована форма адиабатического потенциала этилспиназарина и эхинохрома, предложены структурно-динамические модели соединений. Дана оценка механизма внутримолекулярного взаимодействия соединений.

Аппаратура:
Оптимизация геометрической структуры и расчет параметров адиабатического потенциала осуществлялись с помощью программного продукта «Gaussian-03».

Цель:
Построение структурно-динамических моделей этилспиназарина (2,3,5,8-пентагидрокси-6-этил-1,4-нафто- хинон) и эхинохрома (2,3,5,7,8-пентагидрокси- 6-этил-1,4-нафтохинон), анализ влияния внутримолекулярного взаимодействия на положение полос в колебательных спектрах, выделние признаков спектральной идентификации соединений.

Задача:
Исследовать форму адиабатического потенциала этилспиназарина и эхинохрома, предложить структурно-динамические модели соединений.

П. М. Элькин
ФГБОУ ВПО Астраханский государственный университет
Журнал: Известия ВолгГТУ №6(66), 2010 г.

Результат:
На основании проведенных модельных расчетов геометрической и электронной структуры соединений нафтозаринового ряда, анализа характера поведения полос в ИК- и КР-спектрах сделан вывод о достоверности предсказательных расчетов конформационных свойств и колебательных состояний этилспиназарина и эхинохрома.

П. М. Элькин
ФГБОУ ВПО Астраханский государственный университет
Журнал: Известия ВолгГТУ №6(66), 2010 г.

Результат:
Выделены спектральные идентификационные признаки, по которым можно осуществлять стандартизацию лекарственных препаратов, содержащих указанные соединения.