Моделирование процессов взаимодействия диоксинов со структурными элементами клеточной мембраны (стр. 4 )

Рис. 13. Молекулярный граф 2,4-дихлорфенола

В результате всех проведенных расчетов были выявлены активные центры поверхности молекул компонентов клеточной мембраны. На рисунках 14-17 представлены молекулярные графы компонентов клеточной мембраны. Активные центры модели обозначены стрелками: ( ) – нуклеофильные, ( ) – электрофильные.

Рис. 14. Молекулярный граф трипептида	Рис. 15. Молекулярный граф липида
Рис. 16. Молекулярный граф фосфолипида	Рис. 17. Молекулярный граф углевода

В таблице 7 представлены наиболее глубокие минимумы энергии адсорбционных комплексов с компонентами биологической мембраны для каждого диоксиноподобного соединения.

Таблица 7. Значения наиболее глубоких минимумов энергии адсорбции токсикантов на компонентах биологической мембраны

Диоксиноподобные соединения	Белок	Липид	Фосфолипид	Углевод
2,4-дихлорфенол	-22,561	-23,359	-26,514	-45,703
2,3,7,8 - тетрахлордибензо-п-диоксин	-25,472	-34,734	-27,605	-70,530
2,3,7,8-тетрахлордибензофуран	-42,260	-45,644	-25,761	-62,233
3,3/,4,4/-тетрахлорбифенил	-5,500	-47,085	-5,403	-85,100

По данным табл. 7 можно судить, с каким компонентом биологической мембраны представленные диоксиноподобные соединения образуют адсорбционные комплексы в первую очередь. В результате, углевод сильнее остальных компонентов (липидных, белковых) подвержен воздействию со стороны диоксинов.

Для подтверждения результатов математического моделирования были экспериментально определены основные термодинамические характеристики сорбции 2,4-дихлорфенола на белках и углеводах.

Величины экспериментально определенных ΔЕэксп. (идентичных величине ΔН) и наиболее глубокие минимумы рассчитанных ΔЕрас., соответствующих более выгодным положениям, приведены в таблице 8.

Таблица 8. Энергии адсорбции 2,4-дихлорфенола на компонентах биологической мембраны, полученные в результате квантово-химических расчетов (ΔЕрас.) и эксперимента (ΔЕэксп.)

Сорбент	ΔЕрас., кДж/моль	ΔЕэксп., кДж/моль
Белок	-22,561	-21,64
Липид	-23,359	-
Фосфолипид	-26,514	-
Углевод	-45,703	-46,12

Как видно из результатов, представленных в таблице 8, экспериментальные энергии адсорбции дихлорфенола на белках и углеводах не противоречат рассчитанным величинам.

По результатам проведенных расчетов была разработана база данных. Созданная база данных хранит информацию о параметрах взаимодействующих структур и образовавшихся адсорбционных комплексов. Приведённая на рисунке 18 схема иллюстрирует связывание данных в таблицах.

Воздействие ДФ на компоненты мембраны Адсорбционный комплекс Диоксин Компонент Энергия системы Энергия адсорбции				Воздействие ТХБ на компоненты мембраны Адсорбционный комплекс Диоксин Компонент Энергия системы Энергия адсорбции
		Диоксины Название диоксина Обозначение диоксина Энергия структура
		Компоненты биологической мембраны Компонент мембраны Обозначение компонента Название химическое Энергия структура
Воздействие ТХДД на компоненты мембраны Адсорбционный комплекс Диоксин Компонент Энергия системы Энергия адсорбции				Воздействие ТХДФ на компоненты мембраны Адсорбционный комплекс Диоксин Компонент Энергия системы Энергия адсорбции

Рис. 18. Схема связей в базе данных

База данных предназначена для учебных заведений, научно-исследовательских центров, служб безопасности жизнедеятельности химических предприятий, предприятий, выпускающих ПАВ и военных организаций.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1.  Разработана математическая модель взаимодействия диоксинов с компонентами клеточной мембраны, которая представлена в виде графов с указанием мишеней. Она ориентирована на изучение адсорбционных процессов и установление активных центров в сложных структурах, это позволяет предоставить информацию химикам и экологам о возможных механизмах направленного воздействия диоксинов на объекты окружающей среды.

2.  Разработан алгоритм, который может быть использован для создания молекулярных графов, отображающих процессы взаимодействия других соединений.

3.  Установлены критерии оптимизации, которые позволяют выбрать из образующихся адсорбционных комплексов те, которые являются наиболее устойчивыми.

4.  Предложена объединенная формула, позволяющая в один этап рассчитать энергию взаимодействия диоксинов с элементами клеточных мембран, используя значения энергий, получаемых при расчетах полуэмпирическим методом РМ3 в программном комплексе МОРАС.

5.  Разработана программа, которая позволяет одновременно обрабатывать результаты квантовых расчетов всех смоделированных систем и рассчитывает энергию взаимодействия по предложенной формуле.

6.  Разработана методика определения активных центров на молекулярных графах структурных компонентов мембраны, что позволяет устанавливать очередность воздействия диоксинов, и может быть применена для других токсикантов.

7.  Разработана концептуальная модель базы данных, которая позволяет структурировать результаты квантово-химических расчетов молекул диоксиноподобных соединений, компонентов клеточной мембраны – полипептидов, липидов, полисахаридов, а также образующихся в результате взаимодействия адсорбционных комплексов.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Статьи в ведущих рецензируемых научных журналах и изданиях, включенных в список ВАК РФ

1.  Очередко, -химическое моделирование процесса адсорбции 2,4-дихлорфенола в компоненты биологической мембраны [Текст] // Экологические системы и приборы. – 2007. – № 9. – С. 40–47.

2.  Очередко, -химическое моделирование процесса хемосорбции 2,3,7,8-тетрахлор-п-дибензодиоксина на поверхности белкового компонента биологической мембраны [Текст] / , // Вестник Московского государственного областного университета. Сер. Естественные науки. – 2006. – № 2 (24). – С. 29-32. – ISBN -0.

Статьи в материалах международных и всероссийских конференций

1.  Очередко, моделирование сорбции диоксиноподобных соединений на компонентах биологических мембран [Текст] // Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2009»: материалы Международной научной конференции (11–14 мая 2009 г.). – Астрахань, 2009. – С. 136–142. – ISBN 03162-3.

2.  Очередко, адсорбционного взаимодействия диоксиноподобных соединений с мембранными компонентами [Текст] // Инновационные технологии в управлении, образовании, промышленности «АСТИНТЕХ-2010»: материалы Международной научной конференции (11–14 мая 2010 г.). – Астрахань, 2010. – С. 136–142. – ISBN 03165-3.

3.  Очередко, моделирование процесса химической адсорбции 2,4-дихлорфенола с компонентами биологической мембраны [Текст]// III школа-семинар: Квантовохимические расчеты: структура и реакционная способность органических и неорганических молекул (14 марта 2007 г.). – Иваново, 2007. – С. 158-162. – ISBN -3.

4.  Очередко, моделирование и экспериментальное изучение сорбционных характеристик хлорсодержащих бифенилов и фенолов на различных поверхностях [Текст] // Фундаментальные и прикладные проблемы современной химии: материалы II Международной конференции (15–17 апреля 2008 г.) – Астрахань, 2008. – С. 222–225. – ISBN 0191-6.

5.  Очередко, противодиоксиновых средств защиты живых организмов [Текст] // Экология биосистем: проблемы изучения, индикации и прогнозирования: Материалы конференции – Астрахань, 2007 – С.215-217. – ISBN -2

6.  Очередко, -химическое моделирование адсорбции диоксиноподобных соединений на компонентах биологических мембран [Текст] // Геология, география и глобальная энергия: научно-технический журнал – Астрахань, 2009 - №4(35) – С. 142–150. – ISSN .

7.  Очередко, -химическое моделирование процесса хемосорбции 2,3,7,8-тетрахлор-п-дибензодиоксина на поверхности липидного компонента биологической мембраны [Текст] // Эколого-биологические проблемы бассейна Каспийского моря: материалы IX международной научной конференции (10-11 октября 2006г.) – Астрахань, 2006 – С.61-63. – ISBN -3.

Регистрация интеллектуальной собственности

1.  Свидетельство о регистрации базы данных. № Воздействие диоксинов на компоненты клеточной мембраны [Текст] / , , : заявитель и патентообладатель Астраханский государственный университет. – № ; заяв. 05.07.10; опубл. 01.09.10.