Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty Russian Journal of Biological Physics and Chemisrty АКТУАЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ БИОЛОГИЧЕСКОЙ ФИЗИКИ И ХИМИИ 2499-9962 54554 МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ MEDICAL BIOPHYSICS AND BIOPHYSICAL CHEMISTRY МЕДИЦИНСКАЯ БИОФИЗИКА И БИОФИЗИЧЕСКАЯ ХИМИЯ Modeling of flagellin and metal salts intermolecular interaction during the silver sulfide nanoparticles formation by bacterial synthesis Моделирование межмолекулярного взаимодействия флагеллина и солей металлов в ходе образования наночастиц сульфида серебра методом бактериального синтеза Пластун И Л Plastun I L inna_pls@mail.ru Захаров А А Zakharov A A Наумов А А Naumov A A Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина ru Y. Gagarin Saratov State Technical University ru Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина ru Y. Gagarin Saratov State Technical University ru Саратовский государственный технический университет им. Ю.А. Гагарина ru Y. Gagarin Saratov State Technical University ru 25 09 2020 25 09 2020 5 3 467 473 20 09 2020 20 09 2020 https://rusjbpc.ru/en/nauka/article/54554/view

Методами квантовохимического молекулярного моделирования исследуется межмолекулярное взаимодействие белковых структур с солями рабочего раствора, используемого для получения наночастиц сульфида серебра методом биосинтеза с помощью грамположительных бактерий Bacillus subtilis 168 . Одной из определяющих компонент бактериального синтеза является белок флагеллин, способный самоорганизовываться в полые цилиндрические структуры и, как показывают экспериментальные исследования, являющийся единственным белком, адсорбируемым на поверхности образующихся наночастиц при синтезе на основе Bacillus subtilis 168 . В качестве исследуемых объектов рассматривались соли AgNO3 и Na2S2O3, участвующие в процессе синтеза, и нестандартная аминокислота метиллизин, входящая в состав флагеллина. Исследование комплексообразования проводилось на основе расчёта молекулярных структур и ИК- спектров методами теории функционала плотности с функционалом B3LYP и базисным набором 6-31G (d) при помощи программного комплекса Gaussian 09 и анализа параметров образующихся водородных связей. В ходе моделирования было обнаружено, что метиллизин образует достаточно устойчивые молекулярные комплексы с нитратом серебра AgNO3 и тиосульфатом натрия Na2S2O3. Это даёт возможность говорить о существенной роли метиллизина в образовании наночастиц сульфида серебра и проясняет механизм его функционирования в составе флагеллина.

The intermolecular interaction of protein structures with working solution salts used to produce silver sulfide nanoparticles by biosynthesis using gram-positive bacteria Bacillus subtilis 168 is studied using quantum chemical molecular modeling methods. One of bacterial synthesis defining components is the flagellin protein, which can self-organize into hollow cylindrical structures and, as shown by experimental studies, is the only protein adsorbed on resulting nanoparticles surface during synthesis based on Bacillus subtilis 168 . The studied objects were AgNO3 and Na2S2O3 salts involved in the synthesis process, and non-standard amino acid methyllysin as a part of flagellin. The study of complexation was based on molecular structures and IR spectra calculation using the Density Functional Theory (DFT) methods with B3LYP functional and base set 6-31G (d) by the Gaussian 09 software package and on analysis of formed hydrogen bonds parameters. During the simulation, it was found that methyllysin forms fairly stable molecular complexes with silver nitrate AgNO3 and sodium thiosulfate Na2S2O3. This makes it possible to talk about the significant role of methyllysin in silver sulfide nanoparticles formation and clarifies the mechanism of its functioning as a part of flagellin.

 флагеллин метиллизин наночастицы сульфида серебра молекулярное моделирование комплексообразование водородные связи теория функционала плотности flagellin methyllysin silver sulfide nanoparticles molecular modeling complex formation hydrogen bond density functional theory (DFT)

Воейкова Т.А., Шебанова А.С., Иванов Ю.Д., Кайшева А.Л., Новикова Л.М., Журавлёва О.А., Шумянцева В.В., Шайтан К.В., Кирпичников М.П., Дебабов В.Г. Роль белков внешней мембраны бактерий Shewanella oneidensis MR-1 в образовании и стабилизации наночастицы сульфида серебра. Биотехнология, 2015, № 5 с. 41-48. Voeykova T.A., Shebanova A.S., Ivanov Yu.D., Kaysheva A.L., Novikova L.M., Zhuravleva O.A., Shumyanceva V.V., Shaytan K.V., Kirpichnikov M.P., Debabov V.G. Rol' belkov vneshney membrany bakteriy Shewanella oneidensis MR-1 v obrazovanii i stabilizacii nanochasticy sul'fida serebra. Biotehnologiya, 2015, № 5 s. 41-48. Воейкова Т.А., Журавлева О.А., Булушова Н.В., Вейко В.П., Исмагулова Т.Т., Лупанова Т.Н., Шайтан К.В., Дебабов В.Г. «Белковая корона» наночастиц сульфида серебра, полученных в присутствии грамотрицательных и грамположительных бактерий. Молекулярная генетика, микробиология и вирусология, 2017, т. 35 (4), с. 151-156. DOI: 10.18821/0208-0613-2017-35-4-151-156. Voeykova T.A., Zhuravleva O.A., Bulushova N.V., Veyko V.P., Ismagulova T.T., Lupanova T.N., Shaytan K.V., Debabov V.G. «Belkovaya korona» nanochastic sul'fida serebra, poluchennyh v prisutstvii gramotricatel'nyh i grampolozhitel'nyh bakteriy. Molekulyarnaya genetika, mikrobiologiya i virusologiya, 2017, t. 35 (4), s. 151-156. DOI: 10.18821/0208-0613-2017-35-4-151-156. Громов Б.В. Строение бактерий. Л.: Издательство ЛГУ, 1985, 192 с. Gromov B.V. Stroenie bakteriy. L.: Izdatel'stvo LGU, 1985, 192 s. Delange R.J., Chang J.Y., Shaper J.H., Glaser A.N. Amino Acid Sequence of Flagellin of Bacilhs subtilis 168. Journal of Biological Chemistry, 1976, vol. 251, no. 3, pp. 705-711. Delange R.J., Chang J.Y., Shaper J.H., Glaser A.N. Amino Acid Sequence of Flagellin of Bacilhs subtilis 168. Journal of Biological Chemistry, 1976, vol. 251, no. 3, pp. 705-711. Ленинджер А. Основы биохимии: в 3-х т. Т.1. Пер. с англ. М.: Мир, 1985, 367 с. Lenindzher A. Osnovy biohimii: v 3-h t. T.1. Per. s angl. M.: Mir, 1985, 367 s. Метлина А.Л. Жгутики прокариот как система биологической подвижности. Успехи биологической химии, 2001, т. 41, с. 229-282. Metlina A.L. Zhgutiki prokariot kak sistema biologicheskoy podvizhnosti. Uspehi biologicheskoy himii, 2001, t. 41, s. 229-282. Plastun I.L., Bokarev A.N., Zakharov A.A., Naumov A.A. Supramolecular interaction of modificated nanodiamonds, biomolecules and drugs: molecular modeling. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 2020, vol. 28, iss. 3, pp. 183-190. DOI: 10.1080/1536383X.2019.1686618. Plastun I.L., Bokarev A.N., Zakharov A.A., Naumov A.A. Supramolecular interaction of modificated nanodiamonds, biomolecules and drugs: molecular modeling. Fullerenes, Nanotubes and Carbon Nanostructures, 2020, vol. 28, iss. 3, pp. 183-190. DOI: 10.1080/1536383X.2019.1686618. Кон В. Электронная структура вещества - волновые функции и функционалы плотности. Успехи физических наук, 2002, т. 172, № 3. с. 336-348. @@Kohn W. Nobel Lecture: Electronic structure of matter - wave functions and density functionals. Reviews of Modern Physics, 1999, vol. 71, no. 5, pp. 1253-1266. Kon V. Elektronnaya struktura veschestva - volnovye funkcii i funkcionaly plotnosti. Uspehi fizicheskih nauk, 2002, t. 172, № 3. s. 336-348. @@Kohn W. Nobel Lecture: Electronic structure of matter - wave functions and density functionals. Reviews of Modern Physics, 1999, vol. 71, no. 5, pp. 1253-1266. Попл Дж.А. Квантово-химические модели. Успехи физических наук, 2002, т. 172, № 3, c. 349-356. @@Pople J. Nobel Lecture: Quantum chemical models. Reviews of Modern Physics, 1999, vol. 71, no. 5, pp. 1267-1274. Popl Dzh.A. Kvantovo-himicheskie modeli. Uspehi fizicheskih nauk, 2002, t. 172, № 3, c. 349-356. @@Pople J. Nobel Lecture: Quantum chemical models. Reviews of Modern Physics, 1999, vol. 71, no. 5, pp. 1267-1274. Frisch M.J., Trucks G.W., Cheeseman J.R., Scalmani G., Caricato M., Hratchian H.P., Li X., Barone V., Bloino J., Zheng G. et al. Gaussian 09, Revision A.02. Wallingford CT: Gaussian Inc., 2009. Frisch M.J., Trucks G.W., Cheeseman J.R., Scalmani G., Caricato M., Hratchian H.P., Li X., Barone V., Bloino J., Zheng G. et al. Gaussian 09, Revision A.02. Wallingford CT: Gaussian Inc., 2009. Бабков Л.М., Пучковская Г.А., Макаренко С.П., Гаврилко Т.А. ИК спектроскопия молекулярных кристаллов с водородными связями. Киев: Наукова думка, 1989, 160 с. Babkov L.M., Puchkovskaya G.A., Makarenko S.P., Gavrilko T.A. IK spektroskopiya molekulyarnyh kristallov s vodorodnymi svyazyami. Kiev: Naukova dumka, 1989, 160 s. Водородная связь, под ред. Соколова Н.Д. М.: Наука, 1981, 196 с. Vodorodnaya svyaz', pod red. Sokolova N.D. M.: Nauka, 1981, 196 s.