Физика/ Применение физических методов в медицине

д.х.н., Соловьев В.В., Кузнецова Т.Ю.

Полтавский национальный технический университет

имени Юрия Кондратюка

Неэмпирический расчет взаимодействия молекулы мелатонина с перекисью водорода

Кислород является жизненно необходимым элементом. Однако он очень активен и легко взаимодействует со многими веществами, в том числе и с вредными для человеческого организма.

В процессе клеточного дыхания, дающего организму энергию, некоторые молекулы кислорода вступают в реакции, в результате которых образуются сильные окислители (свободные радикалы), такие как перекись водорода. Они являются нестабильными соединениями, богатыми «лишней» энергией, поэтому, попадая в клетки организма, стимулируют биохимические реакции, нарушающие нормальное функционирование этих клеток. Опасность возникающих реакций заключается в том, что в результате этих реакций повреждаются «здоровые» молекулы, участвующие в обмене веществ, за счет изменения структуры ДНК, в которых храниться наследственная информация, параллельно участвуя в синтезе вредного холестерина, тем самым повышая риск возникновения, например, сердечно-сосудистых заболеваний. [1 ]

Вместе с тем в организме имеется специальная защитная система в которую входят антиоксиданты – вещества, нейтрализующие свободные радикалы. Мелатонин (МЛТ) является мощным антиоксидантом, превосходящим по своей активности глютатион, витамины Е, С и другие антиоксиданты.[2]. Поскольку традиционные методы изучения влияния антиоксидантов на свободные радикалы не всегда могут быть эффективными, представляется целесообразным применение современных высокоточных квантово-химических расчетов для изучения механизмов взаимодействия молекулы МЛТ и свободных радикалов. Данные расчеты дадут возможность на электронном уровне получить обоснование, как положительного эффекта применения МЛТ, так и возможность управлять этими процессами.

Изучение механизма взаимодействия молекулы МЛТ и СР проводились путем квантово-химических неэмпирических расчётов (программный пакет GAMESS версия от 6 июня 1999 года) с использованием гаусовских базисных наборов: в валентно-расщеплённом базисе Хузинаги с использованием неограниченного метода Хартри-Фока [3]. В процессе вычисления использовалась градиентная техника полной автоматической оптимизации геометрии объектов с одновременным изменением длин связей и углов. В качестве свободного радикала был взят Н₂О₂ (перекись водорода), обладающий более низкой токсичностью в сравнении с другими свободными радикалами, супероксидом и гидроксил радикалом [4].

Рис. 1. Дно сечения долины поверхности потенциальной энергии взаимодействия перекиси водорода с молекулой мелатонина вдоль координаты реакции.

Полученные результаты проведенных квантово-химических расчетов молекулы перекиси водорода и МЛТ позволяют определить направления максимальных взаимодействий, отвечающих абсолютным минимумам потенциальной энергии взаимодействия (рис.1), что позволяет установить возможность воздействия молекулы мелатонина на свободные радикалы такого типа, переводя их в иное химическое состояние и приближая нас, не только к пониманию на электронном уровне механизма взаимодействия МЛТ и свободных радикалов, но и созданию, на наш взгляд, перспективы в управлении такими процессами.

Авторы приносят благодарность доктору Майклу Шмидту за предоставление возможности пользоваться пакетом программ GAMESS.

Литература:

1. Прайор У. Свободные радикалы в биологии / Под ред. Академика Н.М. Эммануэля, перевод к.х.н. В.И. Найдич , Т1 – М.: Мир, 1979 – 318с.

2. Кветная Т.В., Князькин И.В. Мелатонин: Роль и значение в возрастной патологии / РАМН; Под ред. проф. В.Х. Хавинсона.- СПб.: ВМЕДА, 2003.- 94с.

3. http://www.msg.ameslab.gov/GAMESS/GAMESS.html

4. В.В. Соловйов, Т.Ю. Кузнецова “Неэмпирический расчет взаимодействия молекулы мелатонина со свободными радикалами”// Материалы международной научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых "Екологія, довкілля, молодь " 2005, г. Полтава.