COMPUTER QUANTUM CHEMICAL MODELING OF THE INTERACTION OF CALCIUM PHOSPHATE WITH AMINO ACIDS

Abstract

В данной работе проведено квантово-химическое моделирование процесса взаимодействия фосфата кальция с аминокислотами. В рамках квантово-химического моделирования рассчитывали полную энергию молекулярного комплекса E, разницу энергии молекулы аминокислоты и системы «фосфат кальция-аминокислота» ΔE, энергия высшей заселённой молекулярной орбитали E, энергию низшей свободной молекулярной орбитали E, химическую жёсткость системы η. В качестве стабилизатора рассматривали восемь незаменимых протеиногенных аминокислот. В результате анализа данных установлено, что все представленные взаимодействия являются энергетически выгодными ΔE > 3370 ккал/моль, а химическая жёсткость этих взаимодействий находится в диапазоне от 0,049 до 0,090 эВ. Исходя из полученных данных, наиболее стабильным и энергетически выгодным взаимодействием является система «фосфат кальция-лизин» ΔE = 3395,848 ± 0,151 ккал/моль, η = 0,085 ± 0,006 эВ. Для подтверждения полученных данных образцы исследовали методом ИК-спектроскопии. Установлено, что взаимодействие аминокислоты лизина с поверхностью частицы фосфата кальция происходит при связывании кислорода с аминогруппами в молекуле лизина. In this work, a quantum-chemical modeling of the process of interaction of calcium phosphate with amino acids was carried out. Within the framework of the quantum chemical modeling, the total energy of the molecular complex E, the energy difference between the amino acid molecule, and the «calcium phosphate - amino acid» system ΔE, the energy of the highest occupied molecular orbital E, the energy of the lowest free molecular orbital E, and the chemical rigidity of the system η were calculated. In this work, 8 essential proteinogenic amino acids were considered as stabilizers. As a result of the data analysis, it is found that all the presented interactions are energetically favorable: ΔE > 3370 kcal/mol, and the chemical rigidity of these interactions is in the range from 0,049 to 0,090 eV. Based on the obtained data, the most stable and energetically favorable interaction is the «calcium phosphate - Lys» system (ΔE = 3395,848 ± 0,151 kcal/mol, η = 0,085 ± 0,006 eV). To confirm the data obtained, the samples were examined by IR spectroscopy. It has been established that the interaction of the amino acid lysine with the surface of a calcium phosphate particle occurs when oxygen is bound to amino groups in the lysine molecule.