Моделирование комплексов ДНК с биологически активными соединениями тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 01.04.07, кандидат наук Рамазанов, Руслан Рафядинович

• Рамазанов, Руслан Рафядинович
• кандидат наук
• 2013

Оглавление диссертации кандидат наук Рамазанов, Руслан Рафядинович

Введение.................................................................................................................................3

Глава I. Исследование взаимодействия ДНК с заряженными молекулами в рамках методов компьютерного моделирования

1.1. Структура ДНК и ее полноатомная модель.........................................................11

1.2. Методы компьютерного моделирования для исследования физико-химических свойств ДНК................................................................................................14

1.3. Координационные соединения Р1 и Рё. Исследование их взаимодействия с ДНК методами квантовой химии...................................................................................19

1.4. Рассмотрение ПАВ в растворе ДНК в рамках методов молекулярного моделирования..................................................................................................................24

1.5. Нанокластеры серебра - новые функциональные объекты в нанотехнологии, исследуемые в рамках методов вычислительной химии.............................................26

Глава И. Теоретические методы

2.1. Расчеты с использованием методов квантовой химии.......................................29

2.2. Расчеты с использованием метода молекулярной динамики............................37

Глава III. Моделирование комплексов ДНК с биологически активными соединениями

3.1. Взаимодействие ДНК с координационными соединениями Р1:(П) и Рс1(П)......41

3.2. Взаимодействие ДНК с фотоизомерами азобензольных катионных ПАВ......54

3.3. Взаимодействие ДНК с нанокластерами серебра...............................................63

Заключение...........................................................................................................................84

Список литературы..............................................................................................................86

Приложение..........................................................................................................................95

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование комплексов ДНК с биологически активными соединениями»

Введение Актуальность темы исследования

Роль молекулярного моделирования в рамках теоретических методов исследования значительно возросла за последнее десятилетие благодаря интенсивному росту вычислительных возможностей и развитию быстрых и надёжных алгоритмов. Особый интерес вызывает возможность исследования методами молекулярного моделирования особенностей протекания различных физико-химических процессов недоступных исследованию прямыми экспериментальными методами. В частности, это касается рассмотрения на атомном уровне быстрых процессов в многостадийных химических превращениях, процессов проходящих на границе раздела фаз мезоскопических систем, а также маложивущих переходных состояний, определяющих кинетику химических реакций в сложных многокомпонентных системах.

На сегодняшний день интерес к исследованию специфических особенностей строения и свойств молекулы ДНК выходит далеко за рамки только фундаментальных научных вопросов, связанных с функционированием важнейшей биологической макромолекулы в клетке. Уже более 40 лет важным аспектом изучения структуры и свойств ДНК выступают исследования, связанные с выяснением молекулярных механизмов действия противоопухолевых препаратов, разрабатываемых на основе координационных комплексов переходных металлов платиновой группы, биологическая активность которых существенно определяется эффективностью связывания с ДНК-мишенью в клетке [1]. С другой стороны, хорошо изученные природные свойства биополимера, такие как чрезвычайно высокая плотность поверхностного заряда, регулярность пространственной организации, устойчивые конформационные характеристики в различных средах, а также в значительной степени разработанные и относительно доступные синтетические методы получения заданных полимерных структур делают ДНК крайне

привлекательным и удобным объектом в других наукоёмких областях. Вместе с тем обширная экспериментальная база, включающая разносторонние исследования взаимодействия ДНК с различными заряженными агентами создает предпосылки развития совершенно новых технологических направлений. Так активно развивается направление структурной молекулярной технологии, задачей которой является использование ДНК для создания новых функциональных объектов в нанометровом масштабе. Например, в области наномедицины наблюдается возрастающий интерес к созданию сайт-специфичных и конформационно-специфичных маркеров ДНК для использования в сверхлокальной наноизбирательной диагностике генных заболеваний. Было показано [2], что нанокластеры серебра, сформированные на коротких участках ДНК, обладают, аналогично квантовым точкам на основе полупроводников, люминесценцией с большим квантовым выходом. Их люминесцентные характеристики оказались очень чувствительны к конформационным особенностям строения и последовательностям оснований ДНК, что может быть использовано для создания сайт-специфичных люминесцентных маркеров. Стремительно развивается направление невирусной генной терапии [3], основной задачей которой ставится разработка методов доставки в клетку компактной рекомбинантной ДНК, несущей необходимую генетическую информацию и имеющую в результате достаточные размеры для эффективного проникновения через мембрану клетки. В связи с этим практически перспективным выглядит использование катионных поверхностно активных веществ в роли компактизирующих агентов ДНК.

В данной работе применялись современные методы молекулярного моделирования для выявления механизмов формирования комплексов ДНК с различными заряженными агентами. Полученные в работе результаты закладывают теоретическую основу для разработки прикладных решений в

рамках поставленных различных биологических, медицинских и технологических задач.

Целью диссертационной работы является изучение физико-химических и структурных особенностей ДНК при формировании комплексов с координационными соединениями платины(Н) и палладия(П), комплексов со светочувствительными ПАВ (С4-аго-С9-ТМАВ), а также комплексов с нанокластерами серебра с использованием методов молекулярного моделирования и квантовой химии.

В работе были поставлены следующие задачи:

1. Анализ профиля поверхности потенциальной энергии (ППЭ) по координате реакции, соответствующей последовательным процессам акватации и взаимодействия координационных комплексов платины и палладия с ДНК по позиции N7 гуанина.

2. Моделирование процессов мицеллообразования из цис- и транс-изомеров С4-аго-С9-ТМА+ в гомогенном водно-солевом растворе и в присутствии молекулы ДНК.

3. Получение оптических характеристик для комплексов с различной формой и размером кластеров серебра с молекулой ДНК. Выявление структурных характеристик кластеров, соответствующих наблюдаемым в эксперименте люминесцентным свойствам комплексов кластеров с ДНК.

В настоящей работе объектом исследования являются специфические физико-химические и конформационные свойства биополимера ДНК. Предметом исследования является взаимодействие ДНК с координационными соединениями переходных металлов платиновой группы, катионными ПАВ, а так же с нанокластерами серебра.

На защиту выносятся следующие новые и содержащие элементы новизны основные положения:

1. Палладиевые комплексы проявляют более значительную активность, чем платиновые в двухстадийных процессах акватации.

2. Определяющим по скорости и эффективности процессом при взаимодействии координационных комплексов платины(П) и палладия(П) с ДНК является процесс активации координационного комплекса, состоящий из последовательных стадий акватации.

3. Электронные спектры возбуждения нитевидных кластеров серебра размером от 3 до 6 атомов, в отличие от других форм кластеров, соответствуют экспериментальным спектрам возбуждения люминесценции кластеров серебра, стабилизированных на ДНК.

4. Небольшие изменения угла изгиба нитевидных кластеров, вызванные изменениями локальной структуры ДНК, приводят к сильному смещению максимума длинноволновой полосы поглощения, охватывающему весь видимый диапазон спектра.

5. Цис- и транс-изомеры катионных ПАВ С4-аго-С9-ТМА+ в гомогенном водно-солевом растворе образуют мицеллы размером порядка 3-5 нм.

6. Самоассоциаты катионных ПАВ С4-а20-С9-ТМА+ более эффективно связываются с ДНК по фосфатным группам, чем одиночные молекулы. Одним из возможных механизмов образования мицелл транс-азосоединий на ДНК можно рассматривать кооперативное связывание ассоциатов с одиночными молекулами, предварительно уложенными в малую бороздку двойной спирали.

Научная новизна

Впервые проведены сравнительные оценки энергий активации и изменения свободных энергий с учетом влияния растворителя и энтропии сольватации для процессов активации и последующего взаимодействия ряда

координационных комплексов платины (II) и палладия(П) с ДНК по позиции N7 гуанина. В работе впервые проводится молекулярное моделирование взаимодействия катионных ПАВ (С4АгоС6ТМА+) с ДНК. При этом используются новые параметры силового поля для ПАВ, разработанные автором с использованием современного силового поля рагтЬзсО для ДНК и квантово-химических расчетов. Предложена оригинальная модель стабилизации нитевидных кластеров серебра с помощью кислородов карбонильных групп малой бороздки ДНК и фосфатов. Данная модель позволяет получить оптические характеристики комплексов кластеров серебра с ДНК, хорошо согласующиеся с экспериментальными спектрами возбуждения люминесценции.

Практическая значимость работы

Стратегия разработки новых противоопухолевых препаратов на основе переходных металлов платиновой группы требует детального рассмотрения особенностей протекания химических процессов при взаимодействии с ДНК для уже апробированных препаратов этого класса. Квантово-химическое моделирование позволяет проводить сравнительный анализ на молекулярном уровне механизма взаимодействия с ДНК апробированных и ряда новых соединений платины и палладия. Полученные результаты могут способствовать рациональному поиску структур, обладающих большей эффективностью. Использование дескрипторов химической активности, таких как энергия активации и изменение свободной энергии по ходу реакций, позволяет проводить прогнозирование физико-химической, а, следовательно, и биологической активности новых синтезируемых аналогов до проведения непосредственного синтеза и дорогостоящих экспериментов.

Молекулярное моделирование фоточувствительных азобензол-содержащих ПАВ в присутствии ДНК позволяет выявить молекулярные механизмы первых стадий образования компактной формы ДНК.

Эффективность связывания и упаковки ДНК может быть значительно улучшена за счёт структурной модификации ПАВ. В связи с этим понимание на молекулярном уровне ключевых этапов взаимодействия между ДНК и азобензол-содержащих ПАВ имеет существенное значение для развития невирусной генной терапии.

Понимание структурных предпосылок, определяющих люминесцентные свойства нанокластеров серебра, стабилизированных матрицей ДНК, является краеугольным камнем в развитии направления сверхлокальной наноизбирательной диагностики генных заболеваний. Достижение лучшего понимания на молекулярном уровне кластер-полимерных взаимодействий имеет решающее значение для дальнейшего развития стратегии выращивания нанокластеров серебра на основе ДНК в качестве флуоресцентных зондов.

Методы исследования

Для решения поставленных задач использовались методы квантовой химии и молекулярной динамики.

Публикации

На основе результатов данной диссертационной работы опубликовано 12 печатных работ, из которых 4 в рецензируемых научных журналах, 3 статьи в трудах конференций и 5 тезисов докладов.

Апробация работы: основные результаты работы были доложены на международных конференциях «Modern problems of polymer science», Санкт-Петербург 2008, 2009; XXIV Международной Чугаевской конференции по координационной химии, Санкт-Петербург, 2009, «First International Conference Quantitative Imaging and Spectroscopy in Neuroscience (QISIN)», Pavlov Institute of Physiology, St. Petersburg 2012; Международной конференции "Биология -

наука XXI века", Москва, 2012; «Computational and Theoretical Modeling of Вiomolecular Interactions» Moscow, 2012.

Публикации в рецензируемых научных журналах:

1. Рамазанов P.P., Щёголев Б.Ф., Сурма С.В., Касьяненко Н.А. Исследование комплексов цис- и транс-ДДП с молекулой ДНК методами молекулярной динамики и квантовой химии. Вестник Санкт-Петербургского Университета. Серия 4: Физика, Химия, 2010. — № 2. — с. 32-40.

2. Коженков П. В., Рамазанов Р. Р., Шишилов О. Н., Ефименко И. А., Касьяненко Н.А. Взаимодействие ДНК с ^[PdHGluCb ] in vitro. Вестник Санкт-Петербургского университета. Физика, Химия" серия 4, выпуск 4, декабрь 2011.

3. Ruslan R. Ramazanov; Alexei I. Kononov. Excitation Spectra Argue for Threadlike Shape of DNA-Stabilized Silver Fluorescent Clusters. Journal of Physical Chemistry C, 2013, —Vol. 117, —№36, —P. 18681-18687.

4. Ivan L. Volkov, Ruslan R. Ramazanov, Evgeniy V. Ubyvovk, Valerij I. Rolich, Alexei I. Kononov*, and Nina A. Kasyanenko. Fluorescent Silver Nanoclusters in Condensed DNA. Chemphyschem : a European journal of chemical physics and physical chemistry, 2013

Статьи в трудах конференций:

1. Рамазанов P.P., Щёголев Б.Ф., Касьяненко Н.А. Термодинамические оценки процессов акватации координационных соединений платины(П) и палладия(П). Материалы международной конференции "Биология -наука XXI века", Москва, 24 мая 2012, стр.759-761.

2. Nesterenko A.M., Ramazanov R.R. Molecular dynamic simulation of C4-azo-C9-TAB association in the presence and absence of DNA molecule. Computational and Theoretical Modeling of Biomolecular Interactions— Moscow-Izhevsk: Institute of Computer Science, — 2013. — P. 54-56.

3. Ramazanov R.R., Kononov A.I. Excitation spectra of thread-like silver clusters. Computational and Theoretical Modeling of Biomolecular Interactions — Moscow-Izhevsk: Institute of Computer Science, — 2013. — P. 57-59

Структура и объем диссертации

Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения и содержит 100 страниц, 30 рисунков и 5 таблиц, список использованных источников включает 87 наименований.

Глава I. Исследование взаимодействия ДНК с заряженными молекулами в рамках методов компьютерного моделирования

1.1. Структура ДНК и ее полноатомная модель.

Первичная структура ДНК представляет собой последовательность чередующихся нуклеотидов, в состав которых входят фосфатная группа, остаток дезоксирибозы, одно из четырёх азотистых оснований: пуриновые -аденин (А) и гуанин (в), пиримидиновые - цитозин (С) и тимин (Т) (Рисунок 1).

МН,

пуриновые основания

]ЧН>

О

СИ,

N3

кн

N1^2

Цитозин

О

НИ "О Тимин

пиримидиновые основания

Рисунок 1. Гетероциклические основания, входящие в состав ДНК.

Нативная ДНК эукариот представляет собой правозакрученную двойную спираль, состоящую из двух цепей, связанных друг с другом водородными связями между комплементарными основаниями: две связи между аденином и тимином, три - между гуанином и цитозином [4]. Последовательность первичной структуры образуется соединением нуклеотидов 3', 5'-фосфодиэфирной связью. Модель вторичной структуры молекулы ДНК была предложена Уотсоном и Криком в 1953 году. Для всех двуспиральных ДНК отношение количества аденина к тимину, как и гуанина к цитозину, всегда равно единице [5] (правило Чаргаффа). На каждый виток спирали приходится 10 пар оснований. Цепи направлены антипараллельно друг другу. Диаметр спирали 20 А, расстояние между плоскостями оснований 3,4 А. Основания

расположены внутри спирали (Рисунок 2). Расстояние между гликозидными связями в комплементарных АТ и ОС парах практически одинаково (10,85 А).

Большая бороздка Малая бороздка

Малая бороздка Большая бороздка

виток спирали =10 пар нуклеотидов

Рисунок 2. Вторичная структура молекулы ДНК, предложенная Уотсоном и Криком (В-форма ДНК).

Таким образом, комплементарность обеспечивает одинаковые поперечные размеры спирали на всем её протяжении. На поверхности спирали существуют две бороздки - большая (шириной около 20 А) и малая (шириной около 10 А).

Двойная спираль ДНК стабилизируется также стэкинг-взаимодействием: основания образуют стопки под действием сил, возникающих между их постоянными и индуцированными диполями. В роли постоянных диполей, влияющих на состояние электронных оболочек соседних оснований, выступают группы С = О и С - КН2. Кроме того, в водных растворах существенный вклад в стабилизацию вторичной структуры ДНК вносят гидрофобные

взаимодействия [6]. Гидрофобные основания оказываются упакованными внутри двойной спирали, а гидрофильные фосфатные группы локализуются на поверхности молекулы и контактируют с растворителем. В зависимости от ОС-состава ДНК, концентрации и природы низкомолекулярного электролита в растворе и других факторов могут быть реализованы различные конформации ДНК. В литературе рассматривается большое многообразие форм двойных спиралей нуклеиновых кислот, предложенных на основе данных, которые были получены для природных и синтетических полимеров при различных экспериментальных условиях: А, А', В, С, С', С", Б, Е, Т и Ъ [7]. Буквы от А до Ъ обозначают различные структурные полиморфные модификации, при этом штрихи указывают на вариации структуры внутри одного семейства.

В ДНК пятичленное кольцо сахара, обычно не планарное, может принимать различные конфигурации в зависимости от состава ДНК и свойств среды [8,9]. Сахарное кольцо может принимать конфигурацию подобную конверту, в котором четыре атома из пяти находятся в одной плоскости, а один атом выходит из нее на расстояние до 0,5 А. Возможна изогнутая твист-конфигурация, в которой любые два соседних атома смещены в разные стороны от плоскости, построенной по трём оставшимся атомам сахарного кольца [8,9]. Во всех случаях атомы, которые выходят из плоскости в ту же сторону, что и атом С5', называют эндо-атомами, а атомы, которые смещены в противоположную сторону, экзо-атомами. Конфигурации сахарных колец обозначаются соответствующим образом. Редко бывают строго компланарными четыре атома, определяющие плоскость кольца в Е-конфигурации. Смещение атомов от плоскости кольца в Т-конфигурации практически не бывает симметричным. Большее отклонение от планарности называют главным выступом, меньшее - минорным. Символы эндо- и экзо-атомов ставят перед или после букв Е и Т при сокращенной записи в зависимости от того, какой выступ - главный или минорный. Симметричная конфигурация обозначается -2ТЗ, С2'-эндо-конверт обозначается - 2Е, СЗ'-экзо-конверт - ЗЕ, а не-

симметричная СЗ'-эндо-С2'-экзо - твист-конфигурация с СЗ'-главным и С2'-минорным выступами, обозначается - ЗТ2.

Для ДНК различают А- и В-семейство правых спиралей и лево-спиральную Z-форму. Для ДНК характерны две основные конфигурации сахарного кольца: С2'-эндо (или ее разновидность, СЗ'-экзо-конформация) (В-семейство) и СЗ'-эндо (А-семейство) [10,11]. Различия в конфигурациях сахарных остатков может привести к неодинаковым геометрическим характеристикам двойных спиралей, таких как разное смещение пар относительно оси спирали, вариация угла наклона пар, размеров малой и большой бороздок и прочие.

В-форма ДНК (В-ДНК) реализуется в водных растворах и in vivo. А-форма ДНК (А-ДНК) наблюдается при относительной влажности меньше 75%. А- и В-формы переходят одна в другую (В-А переход). Левоспиральная Z-форма была обнаружена при изучении GC-содержащих двуспиральных синтетических олигонуклеотидов. Природная ДНК обычно содержит сравнимое количество АТ и GC пар, поэтому B-Z переход для неё нехарактерен. Для синтетических же GC-содержащих полинуклеотидов B-Z переход реализуется в растворе при превышении концентрации NaCl более 2,5 М, MgC12 более 0,7 М, а также в присутствии других солей достаточно высокой концентрации [10,11].

1.2. Методы компьютерного моделирования для исследования физико-химических свойств ДНК.

В рамках компьютерного моделирования ДНК исследователи прибегают к рассмотрению различных моделей, учитывающих те или иные упрощения и приближения. Выбор модели ДНК и соответствующих методов компьютерного моделирования напрямую зависит от поставленных задач в рамках физико-химических процессов. Атомная структура ДНК на сегодняшний день хорошо

изучена методами кристаллографии и ЯМР, о чем свидетельствуют многочисленные структурные файлы в Protein Data Bank, содержащие трехмерные координаты атомов для различных форм коротких фрагментов ДНК, РНК. Использование структурных файлов атомарного разрешения позволяет рассматривать различные временные масштабы физико-химических процессов, происходящих на ДНК, с ограничением размеров исследуемых систем, определяющихся выбором метода вычислительной химии.

Использование высокоточных ab initio методов квантовой химии при рассмотрении химических свойств ДНК сильно ограничено вычислительными ресурсами. Квантово-химические методы основаны на численном решении уравнения Шрёдингера для многоэлектронных систем. Поскольку уравнение Шрёдингера решается аналитически лишь для немногих систем, используются различные приближенные решения. Первым относительно быстрым численным методом является метод Хартри-Фока-Рутана (ХФР) [12]. В этом методе итерационным путём (методом самосогласованного поля) находится вид волновой функции многоэлектронной системы, которая удовлетворяет решению уравнения Шрёдингера. В этом методе принимаются следующие приближения: приближение Борна-Оппенгеймера или адиабатическое (движение ядер и электронов разделено, электроны быстро двигаются в поле неподвижных ядер); приближение Хартри (используются одноэлектронные волновые функции, при этом движение электрона не зависит от движения других электронов системы); приближение МО-ЛКАО (волновая функция системы электронов определяется как линейная комбинация атомных волновых функций). Особенность метода ХФР заключается в том, что межэлектронные взаимодействия заменяются взаимодействием каждого электрона с усреднённым полем, создаваемым всеми электронами. Как правило, для аппроксимации атомных орбиталей в качестве базисной функции выбирается линейная комбинация гауссовых функций. Точность расчёта в большой мере определяется размерностью базиса. Улучшить расчёт в рамках ХФР можно,

воспользовавшись теорией возмущений Мёллера-Плессета n-го порядка, которая позволяет учитывать дополнительные межэлектронные взаимодействия, не вошедшие в уравнения ХФР, как возмущение. Существует ещё один мощный метод расчёта: расчёт при помощи использования теории функционала плотности (ТФП) [13]. Основная цель ТФП — при описании электронной подсистемы заменить многоэлектронную волновую функцию электронной плотностью. Это ведет к существенному упрощению задачи, поскольку многоэлектронная волновая функция зависит от 3N переменных — по 3 пространственных координаты на каждый из N электронов, в то время как плотность — функция лишь трёх пространственных координат. ТФП позволяет вычислить энергию системы для заданного эмпирического функционала, а также корректно учесть энергию корреляции. Существуют дополнительные поправки, улучшающие расчет. К таким поправкам относится учёт окружения (растворителя). Он может производиться в рамках модели поляризуемого континуума (РСМ) [14] или в модели самосогласованного реакционного поля Кирквуда-Онзагера (SCRF) [15]. РСМ на сегодняшний день представляется наилучшим способом учёта окружения. В рамках всех этих методов рассматриваются системы размером до десятка мономеров при изучении химических или фотохимических реакций по локализованным центрам на ДНК.

Для анализа механических свойств ДНК в разных условиях размером до сотен нуклеотидов применяется крупнозернистая модель. При этом рассмотрении отдельные группы атомов заменяются обобщенными «зернами», качественно передающими интересующие макроскопические свойства полимера. Такой подход позволяет рассматривать физические свойства протяженного полимера на достаточно больших временах с использованием незначительных вычислительных ресурсов.

В случае изучения электростатического или ван-дер-ваальсовского взаимодействия ДНК с различными заряженными молекулами на- сегодняшний день широко используется полноатомное молекулярное моделирование с

использованием силовых полей молекулярной механики. Метод молекулярной динамики (МД) — это численный метод молекулярного моделирования, в котором временная эволюция системы взаимодействующих атомов или частиц отслеживается интегрированием их уравнений движения. Для МД-расчетов применяются различные программные пакеты: GROMACS, PUMA, CHARMM, AMBER, NAMD и другие. Алгоритм вычисления можно разделить на следующие этапы: по имеющемуся набору координат материальных точек (ядер атомов) вычисляются значения парных сил взаимодействия, например, кулоновские, валентные и другие, действующие на атомы, затем вычисляются значения ускорений для каждого центра, в соответствии со значением действующей результирующей силы и массы этого центра, далее решаются уравнения движения в предположении, что силы и ускорения не меняются за время шага интегрирования.

úTr. ^ dV

При решении уравнения движения координаты центров с некоторым временным интервалом / (шаг интегрирования) записываются, затем новые координаты и скорости передаются на следующий шаг. Взаимодействие между атомами является потенциальным, и поэтому сила записана как градиент потенциальной энергии системы. Потенциальную энергию системы можно представить в виде суммы вкладов от различных типов взаимодействий между атомами:

У(г)= ^кь(Ъ-Ъ,)2 + ^кв{Ъ-Ъв)2 +^кф\-со<пФ + 5") + х'\ +

bonds angles torsions

+

I

nonbond pairs

Mj , Л CV

~t~ 12 6

r r V

1 V V

В целом типы взаимодействия можно разделить на ковалентные (описывающие деформации связей, углов, двугранных углов) и нековалентные (электростатические и ван-дер-ваальсовские взаимодействия). Соответственные энергетические термы потенциальной энергии для различных типов парных взаимодействий составляют так называемое силовое поле, которое имеет относительно различный синтаксис в разных программных пакетах молекулярной динамики. В пакете GROMACS [16] представлены различные силовые поля, портированые из других программных пакетов, такие как ветви AMBER, CHARMM, различные крупно-зернистые, а так же собственные силовые поля OPLS и GROMOS. В целом представленная механистическая модель далека от идеала, но она достаточно адекватно описывает движения молекулярных структур, если достаточно точно вычислены силовые константы и шаг интегрирования не слишком велик. МД-расчёты являются менее ресурсоёмкими в сравнении с ab initio методами, однако размер исследуемых систем относительно невелик. Поэтому особенно важной становится проблема построения такой границы системы, которая не вносила бы в её поведение заметных искажений. Наиболее приемлемой представляется граница в виде «периодических граничных условий». Исследуемая система окружается виртуальным параллелепипедом ("ячейкой"), границы которого любая частица системы может свободно пересекать. Но при пересечении грани, частица переносится на другую сторону системы (из координаты частицы вычитается поперечный размер ячейки). Таким образом, система, с одной стороны ограничена, с другой стороны граница представлена не "стенкой", а "продолжением" исследуемой системы — её копией. Для ускорения расчётов, пренебрегают электростатическими и ван-дер-ваальсовыми взаимодействиями атомов, находящихся на большом расстоянии. Расстояние, начиная с которого взаимодействия считаются малыми и не учитываются, называют "радиусом обрезания". Макроскопические характеристики такой небольшой молекулярной системы сильно флуктуируют. Для поддержания среднего давления и температуры разработаны специальные алгоритмы, называемые «баростатом» и

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рамазанов, Руслан Рафядинович, 2013 год

Список литературы

[1] I. Kostova. Platinum complexes as anticancer agents. // Recent Patents on Anticancer Drug Discovery, vol. 1, no. 1, pp. 1-22, Jan. 2006.

[2] J. P. Wilcoxon and B. L. Abrams. Synthesis, structure and properties of metal nanoclusters. // Chemical Society Reviews, vol. 35, no. 11, pp. 1162-94, Nov. 2006.

[3] S. Husale, W. Grange, M. Karle, S. Burgi, and M. Hegner. Interaction of cationic surfactants with DNA: a single-molecule study. // Nucleic Acids Research, vol. 36, no. 5, pp. 1443-9, Mar. 2008.

[4] F. H. C. Crick and J. D. Watson. The Complementary Structure of Deoxyribonucleic Acid. // Proceedings of the Royal Society A: Mathematical, Physical and Engineering Sciences, vol. 223, no. 1152, pp. 80-96, Apr. 1954.

[5] S. Zamenhof, G. Brawerman, and E. Chargaff. On the desoxypentose nucleic acids from several microorganisms. // Biochimica et Biophysica Acta, vol. 9, no. null, pp. 402-405, Jan. 1952.

[6] Пчелин В. А. Гидрофобные взаимодействия в дисперсных системах. // «ГИДРОФОБНОЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ», М., 1976.

[7] A. G. W. Leslie, S. Arnott, R. Chandrasekaran, and R. L. Ratliff. Polymorphism of DNA double helices. // Journal of Molecular Biology, vol. 143, no. 1, pp. 49-72, Oct. 1980.

[8] Зенгер В. Принципы структурной организации нуклеиновых кислот. // Москва, Мир,, 1987.

[9] W. Saenger. Structure and function of nucleosides and nucleotides. // Angewandte Chemie (International ed. in English), vol. 12, no. 8, pp. 591-601, Aug. 1973.

[10] M. Levitt. How many base-pairs per turn does DNA have in solution and in chromatin? Some theoretical calculations. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 75, no. 2, pp. 640^, Feb. 1978.

[11] J. Sponer, H. A. Gabb, J. Leszczynski, and P. Hobza. Base-base and deoxyribose-base stacking interactions in B-DNA and Z-DNA: a quantum-chemical study. // Biophysical Journal, vol. 73, no. 1, pp. 76-87, Jul. 1997.

[12] Э. Клементи. Электронная структура ароматических соединений. // Журнал структурной химии., vol. 19(2), pp. 354-399., 1969.

[13] Е. Runge and Е. К. U. Gross. Density-functional theory for time-dependent systems. II Physical Review Letters, vol. 52, no. 12, pp. 997-1000, Mar. 1984.

[14] B. Mennucci, J. Tomasi, R. Cammi, J. R. Cheeseman, M. J. Frisch, F. J. Devlin, S. Gabriel, and P. J. Stephens. Polarizable Continuum Model (PCM) Calculations of Solvent Effects on Optical Rotations of Chiral Molecules. // The Journal of Physical Chemistry A, vol. 106, no. 25, pp. 6102-6113, Jun. 2002.

[15] M. W. Wong, M. J. Frisch, and К. B. Wiberg. // J. Am. Chem. Soc. 113, 4776 (1991).

[16] B. Hess, C. Kutzner, D. van der Spoel, and E. Lindahl. GROMACS 4: Algorithms for Highly Efficient, Load-Balanced, and Scalable Molecular Simulation. // Journal of Chemical Theory and Computation, vol. 4, no. 3, p. 435-447, Mar. 2008.

[17] A. Pérez, I. Marchán, D. Svozil, J. Sponer, Т. E Cheatham, C. Laughton, M. Orozco. Refinement of the AMBER force field for nucleic acids: improving the description of alpha/gamma conformers. // Biophysical journal. 92 (11), 2007, p. 3817-29.

[18] A. Pérez, F. J. Luque, M. Orozco. Dynamics of B-DNA on the microsecond time scale. 11 Journal of the Amer. Chem. Soc., 129 (47), 2007, p.14739-45.

[19] J. Reedijk. New clues for platinum antitumor chemistry: kinetically controlled metal binding to DNA. // Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America, vol. 100, no. 7, pp. 3611-6, Apr. 2003.

[20] R. N. Bose. Biomolecular targets for platinum antitumor drugs. // Mini Reviews in Medicinal Chemistry, vol. 2, no. 2, pp. 103-11, Apr. 2002.

[21] M. A. Fuertes, J. Castilla, С. Alonso, and J. M. Pérez. Novel concepts in the

development of platinum antitumor drugs. // Current Medicinal Chemistry. Anti-cancer agents, vol. 2, no. 4, pp. 539—51, Jul. 2002.

[22] M. E. Alberto, M. F. a Lucas, M. Pavelka, and N. Russo. The second-generation anticancer drug Nedaplatin: a theoretical investigation on the hydrolysis mechanism. // The Journal of Physical Chemistry B, vol. 113, no. 43, pp. 14473-9, Oct. 2009.

[23] M.-H. Baik, R. a Friesner, and S. J. Lippard. Theoretical study of cisplatin binding to purine bases: why does cisplatin prefer guanine over adenine? // Journal of the American Chemical Society, vol. 125, no. 46, pp. 14082-92, Nov. 2003.

[24] J. V Burda, M. Zeizinger, and J. Leszczynski. Hydration process as an activation of trans- and cisplatin complexes in anticancer treatment. DFT and ab initio computational study of thermodynamic and kinetic parameters. // Journal of Computational Chemistry, vol. 26, no. 9, pp. 907-14, Jul. 2005.

[25] J. V Burda, M. Zeizinger, and J. Leszczynski. Activation barriers and rate constants for hydration of platinum and palladium square-planar complexes: an ab initio study. // The Journal of Chemical Physics, vol. 120, no. 3, pp. 125362, Jan. 2004.

[26] H. Huang, L. Zhu, B. R. Reid, G. P. Drobny, and P. B. Hopkins. Solution structure of a cisplatin-induced DNA interstrand cross-link. // Science (New York, N.Y.), vol. 270, no. 5243, pp. 1842-5, Dec. 1995.

[27] L. R. Kelland, B. A. Murrer, G. Abel, С. M. Giandomenico, P. Mistry, and K. R. Harrap. Ammine/amine platinum(IV) dicarboxylates: a novel class of platinum complex exhibiting selective cytotoxicity to intrinsically cisplatin-resistant human ovarian carcinoma cell lines. // Cancer Research, vol. 52, no. 4, pp. 822-8, Feb. 1992.

[28] Касьяненко H.A., Фрисман Э.В., Валуева C.B., Сморыго Н.А., Дьяченко С.А. «Исследование взаимодействия молекулы ДНК с координационными соединениями двухвалентной платины I. Взаимодействие цис-ДДП с молекулой ДЕК». // Молекулярная Биология, 1995, 29:345

[29] S. Sharma, P. Gong, B. Temple, D. Bhattacharyya, N. V Dokholyan, and S. G. Chaney. Molecular dynamic simulations of cisplatin- and oxaliplatin-d(GG) intrastand cross-links reveal differences in their conformational dynamics. // Journal of Molecular Biology, vol. 373, no. 5, pp. 1123^10, Nov. 2007.

[30] S. Yao, J. Plastaras, and L. Marzilli. A molecular mechanics AMBER-type force field for modeling platinum complexes of guanine derivatives. // Inorganic Chemistry, vol. 1, no. 18, pp. 6061-6077, 1994.

[31] C. Gossens, I. Tavernelli, and U. Rothlisberger. DNA structural distortions induced by ruthenium-arene anticancer compounds. // Journal of the American Chemical Society, vol. 130, no. 33, pp. 10921-8, Aug. 2008.

[32] H. Chojnacki, W. Kolodziejczyk, and F. Pruchnik. Quantum chemical studies on molecular and electronic structure of platinum and tin adducts with guanine. // Journal of Molecular Modeling, no. Ii, pp. 148-155, 2001.

[33] H. Chojnacki, J. Kuduk-Jaworska, I. Jaroszewicz, and J. J. Janski. In silico approach to cisplatin toxicity. Quantum chemical studies on platinum(II)-cysteine systems. // Journal of molecular modeling, vol. 15, no. 6, pp. 659-64, Jun. 2009.

[34] M. Zeizinger, J. V. Burda, J. Sponer, V. Kapsa, and J. Leszczynski. A Systematic ab Initio Study of the Hydration of Selected Palladium Square-Planar Complexes. A Comparison with Platinum Analogues. // The Journal of Physical Chemistry A, vol. 105, no. 34, pp. 8086-8092, Aug. 2001.

[35] J. K. C. Lau and D. V Deubel. Hydrolysis of the anticancer drug cisplatin: Pitfalls in the interpretation of quantum chemical calculations. // The Journal of Chemical Theory and Computation, pp. 103-106, 2006.

[36] D. D. H. Wertz. Relationship between the gas-phase entropies of molecules and their entropies of solvation in water and 1-octanol. // Journal of the American Chemical Society, vol. 102, no. 16, pp. 5316-5322, Jul. 1980.

[37] S. Li and L. Huang. Nonviral gene therapy: promises and challenges. // Gene Therapy, vol. 7, no. 1, pp. 31-4, Jan. 2000.

[38] C. E. Thomas, A. Ehrhardt, and M. A. Kay. Progress and problems with the use

of viral vectors for gene therapy. // Nature reviews. Genetics, vol. 4, no. 5, pp. 346-58, May 2003.

[39] A.-L. M. Le Ny and C. T. Lee. Photoreversible DNA condensation using light-responsive surfactants. // Journal of the American Chemical Society, vol. 128, no. 19, pp. 6400-8, May 2006.

[40] M. Bôckmann, C. Peter, L. D. Site, N. L. Doltsinis, K. Kremer, and D. Marx. Atomistic Force Field for Azobenzene Compounds Adapted for QM/MM Simulations with Applications to Liquids and Liquid Crystals. // Journal of Chemical Theory and Computation, vol. 3, no. 5, pp. 1789-1802, Sep. 2007.

[41] J.-B. Maillet, V. Lachet, and P. V. Coveney. Large scale molecular dynamics simulation of self-assembly processes in short and long chain cationic surfactants. // Physical Chemistry Chemical Physics, vol. 1, no. 23, pp. 52775290, Jan. 1999.

[42] V. A. Bloomfield. DNA condensation by multivalent cations. // Biopolymers, vol. 44, no. 3, pp. 269-82, Jan. 1997.

[43] H. Xu and K. S. Suslick. Water-soluble fluorescent silver nanoclusters. // Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.), vol. 22, no. 10, pp. 1078-82, Mar. 2010.

[44] J. Yu, S. A. Patel, and R. M. Dickson. In vitro and intracellular production of peptide-encapsulated fluorescent silver nanoclusters. // Angewandte Chemie (International ed. in English), vol. 46, no. 12, pp. 202.8-30, Jan. 2007

[45] J. Zhang, S. Xu, and E. Kumacheva. Photogeneration of fluorescent silver nanoclusters in polymer microgels. // Advanced Materials, vol. 17, no. 19, pp. 2336-2340, Oct. 2005.

[46] J. Zheng and R. M. Dickson. Individual Water-Soluble Dendrimer-Encapsulated Silver Nanodot Fluorescence. // Journal of the American Chemical Society, vol. 124, no. 47, pp. 13982-13983, Nov. 2002.

[47] I. Diez, R. H. A. Ras, M. I. Kanyuk, and A. P. Demchenko. On heterogeneity in fluorescent few-atom silver nanoclusters. // Phys.Chem.Chem.Phys, pp. 979-985,2013.

[48] I. Diez, R. H. A. Ras, M. I. Kanyuk, and A. R Demchenko. Fluorescent few-atom clusters of silver formed in organic solvents on polymeric supports. // Phys.Chem.Chem.Phys vol. 1, no. 3, pp. 2-4, 2012.

[49] S. Choi, R. M. Dickson, and J. Yu. Developing luminescent silver nanodots for biological applications. // Chemical Society Reviews, vol. 41, no. 5, pp. 186791, Mar. 2012.

[50] C. I. Richards, S. Choi, J.-C. Hsiang, Y. Antoku, T. Vosch, A. Bongiorno, Y.-L. Tzeng, and R. M. Dickson. Oligonucleotide-stabilized Ag nanocluster fluorophores. // Journal of the American Chemical Society, vol. 130, no. 15, pp. 5038-9, Apr. 2008.

[51] C. M. Ritchie, K. R. Johnsen, J. R. Kiser, Y. Antoku, R. M. Dickson, and J. T. Petty. Ag Nanocluster Formation Using a Cytosine Oligonucleotide Template. II Journal of Physical Chemistry C, vol. Ill, no. 1, pp. 175-181, Jan. 2007.

[52] P. R. O'Neill, E. G. Gwinn, D. K. Fygenson, and P. O'Neill. UV Excitation of DNA Stabilized Ag Cluster Fluorescence via the DNA Bases. // The Journal of Physical Chemistry, vol. 115, no. 49, pp. 24061-24066, Dec. 2011.

[53] B. Han and E. Wang. DNA-templated fluorescent silver nanoclusters. // Analytical and bioanalytical chemistry, vol. 402, no. 1, pp. 129-38, Jan. 2012.

[54] J. Sharma, H.-C. Yeh, H. Yoo, J. H. Werner, and J. S. Martinez. A complementary palette of fluorescent silver nanoclusters. // Chemical communications (Cambridge, England), vol. 46, no. 19, pp. 3280-2, May 2010.

[55] D. Schultz, K. Gardner, S. S. R. Oemrawsingh, N. Markesevic, K. Olsson, M. Debord, D. Bouwmeester, and E. Gwinn. Evidence for Rod-Shaped DNA-Stabilized Silver Nanocluster Emitters. // Advanced materials (Deerfield Beach, Fla.), pp. 1-7, Feb. 2013.

[56] V. Soto-Verdugo, H. Metiu, and E. Gwinn. The properties of small Ag clusters bound to DNA bases. // The Journal of chemical physics, vol. 132, no. 19, p. 195102, May 2010.

[57] A.A. Granovsky. PC GAMESS/Firefly v 7.1G // www

http://classic.chem.msu.su/gran/gamess/index.htm.

[58] Marcus D Hanwell, Donald E Curtis, David C Lonie, Tim Vandermeersch, Eva Zurek and Geoffrey R Hutchison; "Avogadro: An advanced semantic chemical editor, visualization, and analysis platform" .// Journal of Cheminformatics, 2012, 4-17.

[59] W. J. Stevens, M. Krauss, H. Basch, and R G. Jasien. Relativistic compact effective potentials and efficient, shared-exponent basis sets for the third-, fourth-, and fifth-row atoms. // Canadian Journal of Chemistry, vol. 70, no. 2, pp. 612-630, Feb. 1992.

[60] K. A. Peterson, D. Figgen, M. Dolg, and H. Stoll. Energy-consistent relativistic pseudopotentials and correlation consistent basis sets for the 4d elements Y-Pd. // The Journal of Chemical Physics, vol. 126, no. 12, p. 124101, Mar. 2007.

[61] P. C. Hariharan and J. A. Pople. Accuracy of AH n equilibrium geometries by single determinant molecular orbital theory. // Molecular Physics, vol. 27, no. l,pp. 209-214, Jan. 1974.

[62] M. Gordon and M. Schmidt. Advances in electronic structure theory: GAMESS a decade later, //pp. 1167- 1189, 2005.

[63] P. J. Hay and W. R. Wadt. Ab initio effective core potentials for molecular calculations. Potentials for the transition metal atoms Sc to Hg. // The Journal of Chemical Physics, vol. 82, no. 1, p. 270, Jan. 1985.

[64] B. Hammer, L. Hansen, and J. Norskov. Improved adsorption energetics within density-functional theory using revised Perdew-Burke-Ernzerhof functional. // Physical Review B, vol. 59, no. 11, pp. 7413-7421, Mar. 1999.

[65] X.-J. Lu. 3DNA: a software package for the analysis, rebuilding and visualization of three-dimensional nucleic acid structures. // Nucleic Acids Research, vol. 31, no. 17, pp. 5108-5121, Sep. 2003.

[66] Becke, Axel D. Density-functional thermochemistry. III. The role of exact exchange. // The Journal of Chemical Physics, 98 (7), 1993, 5648-5652.

[67] S. Lecoultre, a Rydlo, J. Buttet, C. Félix, S. Gilb, and W. Harbich. Ultraviolet-visible absorption of small silver clusters in neon: Ag(n) (n = 1-9). // The

Journal of Chemical Physics, vol. 134, no. 18, p. 184504, May 2011.

[68] V. E. Matulis, O. a Ivashkevich, and V. S. Gurin. DFT study of electronic structure and geometry of neutral and anionic silver clusters // Journal of Molecular Structure: THEOCHEM, vol. 664-665, pp. 291-308, Dec. 2003.

[69] D. Varsano, R. Di Felice, M. a L. Marques, and A. Rubio. A TDDFT study of the excited states of DNA bases and their assemblies. // The Journal of Physical Chemistry. B, vol. 110, no. 14, pp. 7129-38, Apr. 2006.

[70] T. Yanai, D. R Tew, and N. C. Handy. A new hybrid exchange-correlation functional using the Coulomb-attenuating method (CAM-B3LYP). // Chemical Physics Letters, vol. 393, no. 1-3, pp. 51-57, Jul. 2004.

[71] M. Chiba, T. Tsuneda, and K. Hirao. Excited state geometry optimizations by analytical energy gradient of long-range corrected time-dependent density functional theory. // The Journal of Chemical Physics, vol. 124, no. 14, p. 144106, Apr. 2006.

[72] Http://www.chemcraftprog.com. Chemcraft."

[73] J. Wang, R. M. Wolf, J. W. Caldwell, P. A. Kollman, and D. A. Case. Development and testing of a general amber force field. // Journal of Computational Chemistry, vol. 25, no. 9, pp. 1157-74, Jul. 2004.

[74] M. Bockmann, C. Peter, L. D. Site, N. L. Doltsinis, K. Kremer, and D. Marx. Atomistic Force Field for Azobenzene Compounds Adapted for QM/MM Simulations with Applications to Liquids and Liquid Crystals. // Journal of Chemical Theory and Computation, vol. 3, no. 5, pp. 1789-1802, Sep. 2007.

[75] C. I. Bayly, P. Cieplak, W. Cornell, and P. A. Kollman. A well-behaved electrostatic potential based method using charge restraints for deriving atomic charges: the RESP model. // The Journal of Physical Chemistry, vol. 97, no. 40, pp. 10269-10280, Oct. 1993.

[76] P. J. Hay and W. R. Wadt. Ab initio effective core potentials for molecular calculations. Potentials for the transition metal atoms Sc to Hg // The Journal of Chemical Physics, vol. 82, no. 1, p. 270, Jan. 1985.

[77] L. Jensen and N. Govind. Excited states of DNA base pairs using long-range

corrected time-dependent density functional theory. // The Journal of Physical Chemistry. A, vol. 113, no. 36, pp. 9761-5, Sep. 2009.

[78] M. K. Shukla and J. Leszczynski. TDDFT investigation on nucleic acid bases: comparison with experiments and standard approach. // Journal of Computational Chemistry, vol. 25, no. 5, pp. 768-78, Apr. 2004.

[79] M. K. Shukla and J. Leszczynski. Electronic spectra, excited state structures and interactions of nucleic acid bases and base assemblies: a review. // Journal of Biomolecular Structure & Dynamics, vol. 25, no. 1, pp. 93-118, Aug. 2007.

[80] L. B. L. Clark, G. G. G. Peschel, I. Tinoco, and I. T. Jr. Vapor spectra and heats of vaporization of some purine and pyrimidine bases. // The Journal of Physical Chemistry, vol. 69, no. 10, pp. 1964-1967, Oct. 1965.

[81] L. B. Clark. Electronic Spectra of Crystalline Guanosine: Transition Moment Directions of the Guanine Chromophore. // Journal of the American Chemical Society, vol. 116, no. 12, pp. 5265-5270, Jun. 1994.

[82] F. Zaloudek, J. S. Novros, and L. B. Clark. The electronic spectrum of cytosine. // Journal of the American Chemical Society, vol. 107, no. 25, pp. 7344-7351, Dec. 1985.

[83] V. Bonacic-Koutecky, V. Veyret, and R . Mitric. Ab initio study of the absorption spectra of Agn (n=5-8) clusters. // The Journal of Chemical Physics, vol. 115, no. 22, p. 10450, 2001.

[84] M. Harb, F. Rabilloud, and D. Simon. Time-dependent density functional study of absorption spectra of small bimetallic silver-nickel clusters. // Chemical Physics Letters, vol. 449, no. 1-3, pp. 38-43, Nov. 2007.

[85] M. Harb, F. Rabilloud, D. Simon, a Rydlo, S. Lecoultre, F. Conus, V. Rodrigues, and C. Félix. Optical absorption of small silver clusters: Ag(n), (n=4-22). // The Journal of chemical physics, vol. 129, no. 19, 2008, 194108.

[86] M. Kasha. Characterization of electronic transitions in complex molecules. // Discussions of the Faraday Society, vol. 9, no. c, pp. 14-19, 1950.

[87] R. H. B. Mais, P. G. Owston, and A. M. Wood. The crystal structure of K2 PtCl4 and K2PdCl4 with estimates of the factors affecting accuracy. // Acta

Crystallographica Section В, vol. 28, no. 2, pp. 393-399, Feb. 1972

Приложение

Листинг топологии транс-изомера C4AzoC6TMA+ . Синтаксис в формате пакета Gromacs 4.5

[ moleculetype ] AZT 3

; Force constant parameters

#define dfTPP_bon_l #define dfTPP_bon_2 #define dfTPP_bon_12 #define dfTPP_bon_14 #defme dfTPP_bon_16 #defme dfTPP_bon_24 #defme dfTPP_bon_25 #defme dfTPP_bon_37 #define dfTPP_bon_38 #define dfTPP_bon_56 #define dfTPP_ang_l #define dfTPP_ang_2 #define dfTPP_ang_8 #define dfTPP_ang_20 #define dfTPP_ang_25 #define dfTPP_ang_27 # define dfTPP_ang_28 #defme dfTPP_ang_41 #define dfTPP_ang_43 #defme dfTPP_ang_61 #define dfTPP_ang_63 #define dfTPP_ang_96 #define dfTPP_dih_60 (CA N* N* CA) #define dfTPP_dih_87 GAFF]

#define dfTPP_dih_34 4.60240 2) #define dfTPP dih 58

1 0.109 2.85e+05 ;1

1 0.153 2.59e+05 ;1

1 0.151 2.65e+05 ;1

1 0.140 3.92e+05 ;1

1 0.108 3.07e+05 ;1

1 0.147 2.68e+05 ;1

1 0.127 5.88e+05 ;1

1 0.137 3.12e+05 ;1

1 0.141 2.68e+05 ;1

1 0.147 3.07e+05 ;1

109.5 109.5 109.5 114.0 120.0 120.0

1 1 1 1 1 1 1 1

1 113.5 1 119.2 1 117.6 1 111.2 3 +70.0

418.4 292.9

334.7 527.2

585.8 527.2

120.0 418.4 119.6 559.0 576.0 584.0 522.0 669.4

(CTHC 0.10900 284512.0) (CTCT 0.15260 259408.0) (CACT 0.15100 265265.6) (CACA 0.14000 392459.2) (CAHA 0.10800 307105.6) (CAN* from GAFF] (N* N* from GAFF] (CAOS from GAFF] (CTOS 0.14100 267776.0) (CTN3 0.14710 307105.6) 2 (CT CT HC 109.500 418.400) 2 (HC CTHC 109.500 292.880) 2 (CT CT CT 109.500 334.720) 2 (CA CT CT 114.000 527.184) 2 (CA CA CT 120.000 585.760) 2 (CA CA CA 120.000 527.184) 2 (CA CA HA 120.000 418.400) 2 (CA CA N* from GAFF] 2 (CA N* N* from GAFF] 2 (CA CA OS from GAFF] 2 (CA OS CT from GAFF] 2 (CT CT N3 111.200 669.440)

-70.0 0.0 0.0 0.0 0.0;DQI: 10.1021/ct7000733

3 +3.8 +0.0 -3.8 +0.0 +0.0 +0.0 ;3 (CA CA OS CT from

4 180.0 4.6 2 ;5 (X X CA HA 4 180.00 3+15.2 0.0-15.2 +0.0 +0.0 +0.0 ;3 (CA CA N* N* не

нашёл); set according to (DFT 631 p* B31YP5) calculations

[ atoms ]

1 CT 1 AZT CI 0 - ■0.126048 12.010000 ; sp3 aliphatic C

2 HC 1 AZT Hll 0 0.032334 1.008000; H aliph. bond, to C without electrwd.group

3 HC 1 AZT H12 0 0.032334 1.008000; H aliph. bond, to C without electrwd.group

4 HC 1 AZT H13 0 0.032334 1.008000; H aliph. bond, to C without electrwd.group

5 CT 1 AZT C2 1 0.041466 12.010000 ; sp3 aliphatic C

6 HC 1 AZT H21 1 0.002821 1.008000; H aliph. bond, to C without electrwd.group

7 HC 1 AZT H22 1 0.002821 1.008000; H aliph. bond, to C without electrwd.group

8 CT 1 AZT C3 2 ■ ■0.010351 12.010000; sp3 aliphatic C

9 HC 1 AZT H31 2 0.016694 1.008000 ; H aliph. bond, to C without electrwd.group

10 HC 1 AZT H32 2 0.016694 1.008000; H aliph. bond, to C without electrwd.group

11 CT 1 AZT C4 3 - ■0.036881 12.010000; sp3 aliphatic C

12 HC 1 AZT H41 3 0.032478 1.008000 ; H aliph. bond, to C without electrwd.group

13 HC 1 AZT H42 3 0.032478 1.008000; H aliph. bond, to C without electrwd.group

14 CA 1 AZT C5 4 - 0.008010 12.010000; sp2 C pure aromatic (benzene)

15 CA 1 AZT C6 5 - 0.140898 12.010000; sp2 C pure aromatic (benzene)

16 HA 1 AZT H61 5 0.132801 1.008000; H arom. bond, to C without elctrwd. groups

17 CA 1 AZT C7 6 - 0.086348 12.010000; sp2 C pure aromatic (benzene)

18 HA 1 AZT H71 6 0.068914 1.008000; H arom. bond, to C without elctrwd. groups

19 CA 1 AZT C8 7 - 0.140898 12.010000 ; sp2 C pure aromatic (benzene)

20 HA 1 AZT H81 7 0.132801 1.008000 ; H arom. bond, to C without elctrwd. groups

21 CA 1 AZT C9 8 - 0.086348 12.010000 ; sp2 C pure aromatic (benzene)

22 HA 1 AZT H91 8 0.068914 1.008000; H arom. bond, to C without elctrwd.

23 CA 1 AZT CIO 9 0.118096 12.010000 ; sp2 C pure aromatic (benzene)

24 N* 1 AZT N11 10 -0.083919 14.010000; sp2 N

25 N* 1 AZT N12 11 -0.143237 14.010000; sp2 N

26 CA 1 AZT C13 12 0.108069 12.010000 ; sp2 C pure aromatic (benzene)

27 CA 1 AZT C14 13 -0.083767 12.010000; sp2 C pure aromatic (benzene)

28 HA 1 AZT 1H14 13 0.079873 1.008000; H arom. bond, to C without elctrwd.

29 CA 1 AZT C15 14 -0.161327 12.010000 ; sp2 C pure aromatic (benzene)

30 HA 1 AZT 1H15 14 ■ 0.120721 1.008000; H arom. bond, to C without elctrwd.

31 CA 1 AZT C16 15 -0.083767 12.010000 ; sp2 C pure aromatic (benzene)

32 HA 1 AZT 1H16 15 ! 0.079873 1.008000; H arom. bond, to C without elctrwd.

33 CA 1 AZT C17 16 -0.161327 12.010000 ; sp2 C pure aromatic (benzene)

34 HA 1 AZT 1H17 16 i 0.120721 1.008000; H arom. bond, to C without elctrwd.

35 CA 1 AZT C18 17 0.169079 12.010000 ; sp2 C pure aromatic (benzene)

36 OS 1 AZT 019 18 -0.264326 16.000000; ether and ester oxygen

37 CT 1 AZT C20 19 0.092245 12.010000; sp3 aliphatic C

38 HI 1 AZT 1H20 19 0.030463 1.008000 ; H aliph. bond, to C with 1 electrwd. group

39 HI 1 AZT 2H20 19 0.030463 1.008000 ; H aliph. bond, to C with 1 electrwd. group

40 CT 1 AZT C21 20 0.022798 12.010000 ; sp3 aliphatic C

41 HC 1 . AZT 1H21 20 0.020643 1.008000 ; H aliph. bond, to C without electrwd.group

42 HC 1 AZT 2H21 20 0.020643 1.008000 ; H aliph. bond, to C without electrwd.group

43 CT 1 AZT C22 21 -0.006380 12.010000; sp3 aliphatic C

44 HC 1 AZT 1H22 21 0.010033 1.008000; h aiiph. bond, to c without eiectrwd.group

45 HC 1 AZT 2H22 21 0.010033 1.008000; h aiiph. bond, to c without eiectrwd.group

46 CT 1 AZT C23 22 -0.016645 12.010000; sp3 aliphatic C

47 HC 1 AZT 1H23 22 0.025114 1.008000; h aiiph. bond, to c without eiectrwd.group

48 HC 1 AZT 2H23 22 0.025114 1.008000; h aiiph. bond, to c without eiectrwd.group

49 CT 1 AZT C24 23 0.002252 12.010000 ; sp3 aliphatic C

50 HC 1 AZT 1H24 23 0.036403 1.008000; h aiiph. bond, to c without eiectrwd.group

51 HC 1 AZT 2H24 23 0.036403 1.008000; h aiiph. bond, to c without eiectrwd.group

52 CT 1 AZT C25 24 -0.077735 12.010000; sp3 aliphatic C

53 HP 1 AZT 1H25 24 0.103728 1.008000; H bonded to C next to positively charged

54 HP 1 AZT 2H25 24 0.103728 1.008000; H bonded to C next to positively charged

55 N3 1 AZT N26 26 0.062524 14.010000; sp3 n for charged amino groups (Lys, etc)

56 CT 1 AZT C27 27 -0.243065 12.010000; sp3 aliphatic C

57 HP 1 AZT 1H27 27 0.152501 1.008000 ; H bonded to C next to positively charged

58 HP 1 AZT 2H27 27 0.152501 1.008000 ; H bonded to C next to positively charged

59 HP 1 AZT 3H27 27 0.152501 1.008000; H bonded to C next to positively charged

60 CT 1 AZT C28 28 -0.243065 12.010000; sp3 aliphatic C

61 HP 1 AZT 1H28 28 0.152501 1.008000; H bonded to C next to positively charged

62 HP 1 AZT 2H28 28 0.152501 1.008000; H bonded to C next to positively charged

63 HP 1 AZT 3H28 28 0.152501 1.008000; H bonded to C next to positively charged

64 CT 1 AZT C29 29 -0.243065 12.010000; sp3 aliphatic C

65 HP 1 AZT 1H29 29 0.152501 1.008000 ; H bonded to C next to positively charged

66 HP 1 AZT 2H29 29 0.152501 1.008000; H bonded to C next to positively charged

67 HP 1 AZT 3H29 29 0.152501 1.008000 ; H bonded to C next to positively charged

[bonds]

-II-

[ angles ] -//-[ dihedrals ]

-II; topology successfully writed

Листинг топологии цис-изомера C4AzoC6TMA+ . Синтаксис в формате пакета Gromacs 4.5

[ moleculetype ] AZC 3

; Force constant parameters

#define dfTPPbonl #defme dfTPP_bon_2 #define dfTPP_bon_12 #defme dfTPP_bon_14 #define dfTPP_bon_16 #define dfTPP_bon_24 #define dfTPP_bon_25 #define dfTPP_bon_33 #define dfTPP_bon_37 #defme dfTPP_bon_38 #define dfTPP_bon_56 #defme dfTPP_ang_l #defme dfTPP_ang_2 #define dfTPP_ang_8 #define dfTPP_ang_20 #define dfTPP_ang_24 #define dfTPP_ang_25 #define dfTPP_ang_27 #defme dfTPP_ang_28 #define dfTPP_ang_40 #define dfTPP_ang_41 #defme dfTPP_ang_43 #define dfTPP_ang_56 #define dfTPP_ang_61 #define dfTPP_ang_63 #define dfTPP_ang_96

1 0.109 2.85e+05 ;1 1 0.153 2.59e+05 ;1 10.151 2.65e+05 1 0.140 3.92e+05 1 0.108 3.07e+05 1 0.147 2.68e+05 1 0.127 5.88e+05 1 0.108 3.07e+05 1 0.137 3.12e+05 1 0.141 2.68e+05 1 0.147 3.07e+05 1 109.5 418.4 ;2 1 109.5 292.9 ;2 1 109.5 334.7 ;2

1 114.0 527.2

1 109.5 418.4

1 120.0 585.8

1 120.0 527.2

1 120.0 418.4

1 120.0 527.2

1 119.6 559.0

1 113.5 576.0

1 120.0 418.4

1 119.2 584.0

1 117.6 522.0

1 111.2 669.4

;#define dfTPP_dih_60 3 +24.3 +11.7 -12.6 +0.0 +0.0 +0.0 ;3

;#define dfTPP_dih_60 3 +70.0 -70.0 0.0 0.0 0.0 0.0 ; D01:10.1021/ct7000733

#define dfTPP_dih_60 2 0. 6.

#defme dfTPP_dih_87 3 +3.8 +0.0 -3.8 +0.0 +0.0 +0.0 ;3 #define dfTPP_dih_34 4 180.0 4.6 2 ;5 ; set according to (DFT 631 p* B3IYP5) calculations

; CA-CA-N*-N*

#defme dfTPP_dih_58 3 +15.2 -15.2 0.0 +0.0 +0.0 +0.0 ;3

[ atoms ]

1 CT 1

2 НС 1

AZC CI 0 -0.138849 12.010000 AZC Hll 0 0.037409 1.008000:

sp3 aliphatic С H aliph. bond, to С

3 НС 1 AZC Н12 0 0.037409 1.008000; Н aliph. bond, to С

4 НС 1 AZC Н13 0 0.037409 1.008000; Н aliph. bond, to С

5 CT 1 AZC С2 1 0.002328 12.010000; sp3 aliphatic С

6 НС 1 AZC Н21 1 0.012997 1.008000; Н aliph. bond, to С

7 НС 1 AZC H22 1 0.012997 1.008000; H aliph. bond, to С

8 CT 1 AZC C3 2 0.002225 12.010000; sp3 aliphatic С

9 НС 1 AZC H31 2 0.025141 1.008000 ; H aliph. bond, to С

10 НС 1 AZC H32 2 0.025141 1.008000; H aliph. bond, to С

11 CT 1 AZC C4 3 -0.026270 12.010000; sp3 aliphatic С

12 НС 1 AZC H41 3 0.021235 1.008000; H aliph. bond, to С

13 НС 1 AZC H42 3 0.021235 1.008000; H aliph. bond, to С

14 CA 1 AZC C5 4 0.017446 12.010000; sp2 С pure aromatic

15 CA 1 AZC C6 5 -0.164209 12.010000; sp2 С pure aromatic

16 HA 1 AZC H61 5 0.141095 1.008000; H arom. bond, to С

17 CA 1 AZC C7 6 -0.292403 12.010000; sp2 С pure aromatic

18 HA 1 AZC H71 6 0.171751 1.008000; H arom. bond, to С

19 CA 1 AZC C8 7 -0.164209 12.010000; sp2 С pure aromatic

20 HA 1 AZC H81 7 0.141095 1.008000; H arom. bond, to С

21 CA 1 AZC C9 8 -0.292403 12.010000; sp2 С pure aromatic

22 HA 1 AZC H91 8 0.171751 1.008000 ; H arom. bond, to С

23 CA 1 AZC C10 9 0.495441 12.010000; sp2 С pure aromatic

24 N* 1 AZC N11 10 -0.292643 14.010000; sp2N

25 N* 1 AZC N12 11 -0.250074 14.010000; sp2 N

26 CA 1 AZC C13 12 0.372440 12.010000; sp2 С pure aromatic

27 CA 1 AZC C14 13 -0.227822 12.010000; sp2 С pure aromatic

28 HA 1 AZC 1H14 13 0.173052 1.008000; H arom. bond, to С

29 CA 1 AZC C15 14 -0.216029 12.010000; sp2 С pure aromatic ЗОНА 1 AZC 1H15 14 0.131301 1.008000 ; H arom. bond, to С

31 CA 1 AZC C16 15 -0.227822 12.010000; sp2 С pure aromatic

32 HA 1 AZC 1H16 15 0.173052 1.008000; H arom. bond, to С

33 CA 1 AZC C17 16 -0.216029 12.010000; sp2 С pure aromatic

34 HA 1 AZC 1H17 16 0.131301 1.008000 ; H arom. bond, to С

35 CA 1 AZC C18 17 0.264070 12.010000; sp2 С pure aromatic

36 OS 1 AZC 019 18 -0.283867 16.000000; ether and ester oxygen

37 CT 1 AZC C20 19 0.084490 12.010000; sp3 aliphatic С

38 HI 1 AZC 1H20 19 0.035067 1.008000; H aliph. bond, to С

39 HI 1 AZC 2H20 19 0.035067 1.008000; H aliph. bond, to С

40 CT 1 AZC C21 20 0.005080 12.010000; sp3 aliphatic С

41 НС 1 AZC 1H21 20 0.025260 1.008000; H aliph. bond, to С

42 НС 1 AZC 2H21 20 0.025260 1.008000; H aliph. bond, to С

43 CT 1 AZC C22 21 0.013704 12.010000; sp3 aliphatic С

44 НС 1 AZC 1H22 21 0.004752 1.008000; H aliph. bond, to С

45 НС 1 AZC 2H22 21 0.004752 1.008000; H aliph. bond, to С

46 CT 1 AZC C23 22 -0.024075 12.010000; sp3 aliphatic С

47 HC 1 AZC 1H23 22 0.025098 1.008000; H aliph. bond, to C

48 HC 1 AZC 2H23 22 0.025098 1.008000; H aliph. bond, to C

49 CT 1 AZC C24 23 0.016408 12.010000; sp3 aliphatic C

50 HC 1 AZC 1H24 23 0.033589 1.008000; H aliph. bond, to C

51 HC 1 AZC 2H24 23 0.033589 1.008000; H aliph. bond, to C

52 CT 1 AZC C25 24 -0.090858 12.010000; sp3 aliphatic C

53 HP 1 AZC 1H25 24 0.106842 1.008000; H bonded to C

54 HP 1 AZC 2H25 24 0.106842 1.008000; H bonded to C

55 N3 1 AZC N26 26 0.069722 14.010000 ;sp3 N for charged amino

56 CT 1 AZC C27 27 -0.259583 12.010000; sp3 aliphatic C

57 HP 1 AZC 1H27 27 0.157375 1.008000; H bonded to C

58 HP 1 AZC 2H27 27 0.157375 1.008000; HbondedtoC

59 HP 1 AZC 3H27 27 0.157375 1.008000; HbondedtoC

60 CT 1 AZC C28 28 -0.259583 12.010000 ; sp3 aliphatic C

61 HP 1 AZC 1H28 28 0.157375 1.008000; HbondedtoC

62 HP 1 AZC 2H28 28 0.157375 1.008000; HbondedtoC

63 HP 1 AZC 3H28 28 0.157375 1.008000; HbondedtoC

64 CT 1 AZC C29 29 -0.259583 12.010000 ; sp3 aliphatic C

65 HP 1 AZC 1H2929 0.157375 1.008000; HbondedtoC

66 HP 1 AZC 2H29 29 0.157375 1.008000; HbondedtoC

67 HP 1 AZC 3H29 29 0.157375 1.008000; HbondedtoC [ bonds]

-II-

[ angles ] -II-

[ dihedrals ] -II; topology successfully writed