исправленная_презентация_диплом

1.

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ
МЕЖДУНАРОДНЫЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ИНСТИТУТ
ИМ А.Д. САХАРОВА
БЕЛОРУССКОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО УНИВЕРСИТЕТА
Парт София
ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКИЕ И БИОЛОГИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА
БАТРАХОТОКСИНА. КВАНТОВО-ХИМИЧЕСКИЙ АСПЕКТ
Дипломная работа
по специальности 1-80 02 01 Медико-биологическое дело
Научный руководитель:
Доктор химических наук, профессор
Шахаб Сиямак Насер

2.

Цель работы – провести исследование физико-химических и биологических свойств
батрахотоксина.
Задачи:
1) Оценочное квантово-химическое моделирование батрахотоксина.
2) Полное квантово-химическое моделирование методом теории функционала плотности.
3) Изучить биологические свойства батрахотоксина.
4) Сравнить биологические свойства батрахотоксина и тетродотоксина.

3.

Актуальность темы: В связи с тем, что изучение
батрахотоксина с использованием методов компьютерной
химии позволяет значительно сократить время и ресурсы,
необходимые для исследования его физико-химических
свойств. Такой подход способствует более эффективной
оценке практической значимости вещества и ускоряет поиск
областей его применения.

4.

Объекты исследования
2D молекула TTX
Батрахотоксин

5.

Предварительное квантово-химическое
моделирование молекулы
Оптимизированная молекула BTX методом ММ2

6.

Cоединени
е
IP eV
EA
eV
ŋ eV
µ eV
ɷ
eV
ɷeV
ɷ+ eV
S eV
Eg
eV
ВТХ
0,001
5
0,31
13
0,31
28
0,154
9
0,03
84
0,01
88
0,1737
1,59
86
0,3
128
Электронные свойства BTX

7.

Электронный спектр молекулы BTX, рассчитанный полуэмпирическим
методом РМ6 в среде вакуума

8.

S0→S4
308.23
4.0224
S0→S7
279.22
4.4404
S0→S8
278.19
4.4564
S0→S12
249.53
4.9687
конфигурации
100 →108
0.28734
101 →108
-0.18954
103 →108
0.32649
104 →109
-0.18544
104 →110
0.28926
104 →111
0.11287
106 →110
-0.10222
98 →107
-0.33940
98 →109
-0.26094
98 →110
-0.11201
98 →113
0.23498
100 →107
-0.12189
101 →107
-0.30306
104 →107
-0.11495
105 →109
-0.14398
105 →115
0.11602
98 →107
0.25079
98 →109
0.17781
98 →113
-0.16813
100 →107
-0.23384
101 →107
-0.41025
105 →109
-0.21141
105 →110
-0.14309
105 →115
0.14286
100 →109
-0.22131
100 →110
-0.15159
101 →109
-0.43238
101 →110
-0.30012
101 →113
-0.11572
0.2158
0.1276
0.2255
0.1366

9.

Электронный спектр молекулы BTX, рассчитанный не эмпирическим
методом М06/TZBP в водной среде

10.

Состоян
Длина
волны, нм
S0→S7
314,93
3,9369
137 ->146
138 ->146
140 ->146
0.34120
0.60094
-0.10264
0,0296
S0→S13
280,30
4,4233
144 ->147
144 ->148
144 ->150
145 ->148
145 ->150
145 ->151
0.46029
0.36196
0.17060
-0.13781
0.25753
-0.10790
0,0134
S0→S15
267,88
4,6284
144 ->148
144 ->149
144 ->150
144 ->151
145 ->149
145 ->150
145 ->151
145 ->153
0.20250
-0.19072
-0.31464
0.10652
0.48377
-0.13271
0.15290
-0.12055
0,0132
S0→S19
259,32
4,7811
144 ->149
0.59849
0,0198
ие
Энергия перехода,
эВ
Разложение волновых функций по
однократно возбуждённой
конфигурации
Сила
осциллятора (f)

11.

Предварительное квантово-химическое моделирование
молекулы
3D молекулаТTX

12.

Cоеди
нение
ТТХ
I
P
eV
0,2
35
4
-
ŋ
A
e
V
eV
,0
2
7
7
0,1
31
5
e
V
,
1
9
3
8
e
V
0,
0
0
2
5
-
e
V
0,
1
0
9
4
+ eV
0,0
055
ɷ
E
e
V
3,
8
0
2
3
g
eV
,26
31
0

13.

Сравнительная характеристика молекул ВТХ и ТТХ
Сравнение значений ширины запрещенной зоны (0,3128 у батрахотоксина и 0,2631 у тетродотоксина) показывает, что перед нами не типичные
органические молекулы, а скорее результаты полуэмпирического квантово-химического расчета.
Исходя из предоставленных значений, вот главные сравнительные выводы:
1. Батрахотоксин — более узкозонный (на ~19% шире зона). Цифра 0,3128 > 0,2631, но здесь важна арифметика: меньшее число = уже запрещенная
зона = легче возбудить электрон. Поскольку 0,2631 (ТТХ) меньше, чем 0,3128 (БТХ), то у тетродотоксина запрещенная зона уже (ближе к проводящему
состоянию), а у батрахотоксина — шире.
2. Оба — изоляторы/полупроводники в УФ-диапазоне. При реальном масштабе (эВ) оба значения > 2,5 эВ, что соответствует поглощению в ближнем
УФ или на границе видимого света. Ни одна молекула не проводит ток в темноте при комнатной температуре.
3. ТТХ должен поглощать свет с несколько большей длиной волны (более красный), чем БТХ. Разница в ~0,05 (в условных единицах) может смещать
максимум поглощения на десятки нанометров. ТТХ будет проявлять слабую флуоресценцию при чуть меньшей энергии возбуждения.
4. Химическая стабильность к окислению/восстановлению: Более широкая зона БТХ (0,3128) означает, что он менее склонен к одноэлектронному
переносу, то есть батрахотоксин химически стабильнее в редокс-реакциях, чем ТТХ. С другой стороны, ТТХ (0,2631) будет легче восстанавливаться
(принимать электрон).
5. Биологический вывод (осторожный): ТТХ (блокатор натриевых каналов) и БТХ (активатор натриевых каналов) действуют противоположно, но по
цифрам зон они не кардинально различаются. Это подтверждает, что их механизм не связан с прямым переносом заряда через зону (как в фотосинтезе), а
определяется трёхмерной структурой и диполями. Узкая зона ТТХ (0,2631) может облегчать поляризацию молекулы в электрическом поле канала, но не более
того.
Несмотря на численную близость, тетродотоксин — более «электронно-гибкий» (уже зона) и потенциально менее стабильный к окислениювосстановлению, чем батрахотоксин. Однако оба значения типичны для изолированных органических молекул без выраженной полупроводниковой функции.

14.

Выводы:
1. Проведено
оценочное
квантово-химическое
моделированиеорганических
батрахотоксина
и рассчитаны
его основные
1.В ходе изучения
методов
молекулярного моделирования
веществ,
было выяснено,
что эле
существуют способы моделирования молекул органических соединений, например, материальное
2. Проведено полноемоделирование
квантово-химическое
батрахотоксина методами PM6 и M06/TZBP.
(экспериментальное)
молекулмоделирование
органических соединений.
2.В ходе изучения свойств, структуры и видов батрахотоксина, было выяснено что: батрахотоксин —
3. Изученыорганическое
физико-химические
и биологические
свойства батрахотоксина.
природное
соединение
из группы стероидных
алкалоидов, небелковый яд, один из наиболее
сильных зоологических токсинов. Вещество является производным стероида прегнина. Это эфир
4. Проведен сравнительный
анализ биологических
батрахотоксина
и тетродотоксина.
кристаллической
структуры, нерастворимый
в воде. свойств
Химическая
формула батрахотоксина
— C31H42N2O6.
3.Были рассмотрены методы и способы моделирования органических веществ.
4.Были рассчитаны численные значения: диполь, энергия устойчивости молекулы, HOMO и LUMO
энергии, ширина запрещенной зоны, электронный спектр молекулы и электронные свойства молекулы.
5.Проведено квантово-химическое моделирование батрахотоксина полуэмпирическим методом PM6 и
не эмпирическим методом M06/TZBP.
6. проведен сравнительный анализ двух противоположных по биологичеаакому действию молекул,
которые в ходе посоедующих расчетов будет доказано, что их совместное взаимодействие может быть
применено в медицине и фармакологии.

15.

Спасибо за внимание!