Пущино, г. Москва и Московская область, Россия
В работе представлены и проанализированы результаты полуэмпирических расчетов (HyperChem) для дифенилаланиновых нанотрубок (PNT) разной хиральности (L-FF и D-FF), пустых и заполненных кластерами вода/лед, предварительно оптимизированных методами DFT (VASP). Полученные результаты показывают, что после оптимизации дипольный момент и поляризация как обоих типов L-FF и D-FF PNT, так и встроенных кластеров вода/лед усиливаются; кластеры вода/лед приобретают спиралевидную структуру, подобную L-FF и D-FF PNT. Обсуждаются сегнетоэлектрические свойства трубчатых спиральных кластеров вода/лед, полученных после оптимизации внутри PNT L-FF и D-FF, так же как и самих PNT L-FF и D-FF со встроенными кластерами вода/лед.
Дифенилаланин, пептидная нанотрубка, молекулы воды, молекулярное моделирование, полуэмпирические методы, самосборка, поляризация, хиральность
1. Calvin M. Chemical evolution. Molecular evolution, towards the origin of living system on the Earth and elsewhere. Oxford: Claredon, 1969.
2. Tverdislov V.A. Chirality as a primary switch of hierarchical levels in molecular biological systems. Biophysics, 2013, vol. 58, no. 1, pp. 128-132. DOI:https://doi.org/10.1134/S0006350913010156.
3. Malyshko E.V., Tverdislov V.A. Physical Principles of Discrete Hierarchies Formation in Protein Macromolecules. IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series, 2017, vol. 917, 042025. DOI:https://doi.org/10.1088/1742-6596/917/4/042025.
4. Bystrov V.S., Zelenovskiy P.S., Nuraeva A.S., Kopyl S., Zhulyabina O.A., Tverdislov V.A. Molecular modeling and computational study of the chiral-dependent structures and properties of the self-assembling diphenylalanine peptide nanotubes. J. Mol. Modeling, 2019, vol. 25, p. 199. DOI:https://doi.org/10.1007/s00894-019-4080-x.
5. Bystrov V.S., Zelenovskiy P.S., Nuraeva A.S., Kopyl S., Zhulyabina O.A., Tverdislov V.A. Chiral peculiar properties of self-organization of diphenylalanine peptide nanotubes: modeling of structure and properties. Mathematical Biology and Bioinformatic, 2019, vol. 14, no. 1, pp. 94-124. DOI:https://doi.org/10.17537/2019.14.
6. Bystrov V.S., Coutinho J., Zhulyabina O.A., Kopyl S.A., Zelenovskiy P.S., Nuraeva A.S., Tverdislov V.A., Filippov S.V., Kholkin A.L., Shur V.Ya. Modeling and physical properties of diphenylalanine peptide nanotubes, containing the water molecules. Ferroelectrics, 2020. - In print.
7. Bystrov V.S., Kopyl S.A., Zelenovskiy P., Zhulyabina O.A., Tverdislov V.A., Salehli F., Ghermani N.E., Shur V.Ya, Kholkin A.L. Investigation of physical properties of diphenylalanine peptide nanotubes having different chiralities and embedded water molecules. Ferroelectrics, 2018, vol. 525, pp. 168-177. DOI:https://doi.org/10.1080/00150193.2018.14328.
8. Ryan H, Carter M., Stenmark P., Stewart J.J., Braun-Sand S.B. A comparison of X-ray and calculated structures of the enzyme MTH1. J. Mol. Mod., 2016, vol. 22, no. 7, pp. 1-18.
9. Филиппов С.В., Быстров В.С. Визуально-дифференциальный анализ структурных особенностей внутренних полостей двух хиральных форм дифенилаланиновых нанотрубок. Биофизика, 2020, т. 65, № 3, с. 445-452, DOI:https://doi.org/10.31857/S0006302920030035. @@[Filippov S.V., Bystrov V.S. A Visual Differential Analysis of Structural Features of Internal Cavities in Two Chiral Forms of Diphenylalanine Nanotubes. Biophysics, 2020, vol. 65, no. 3, pp. 374-380. (In Russ.)]
10. Bystrov V.S., Coutinho J., Zelenovskiy P.S., Nuraeva A.S., Kopyl S., Filippov S.V., Zhulyabina O.A., Tverdislov V.A. Molecular modeling and computational study of the chiral-dependent structures and properties of the self-assembling diphenylalanine peptide nanotubes, containing water molecules. J. Mol. Mod., 2020. - In print.
11. Vienna ab initio simulation package (VASP). URL: https://www.vasp.at.
12. The Cambridge Crystallographic Data Centre (CCDC). UKR: https://www.ccdc.cam.ac.uk. [Crystallographic data for D-FF structure [13] have been deposited in the Cambridge Crystallographic Data Centre, no. CCDC 1853771; Crystallographic data for L-FF [14] is correspond to No. CCDC 16337].
13. Zelenovskiy P.S., Nuraeva A.S., Kopyl S., Arkhipov S.G., Vasilev S.G., Bystrov V.S., Gruzdev D.A., Waliszek M., Svitlyk V., Shur V.Ya., Marfa L., Kholkin A.L. Chirality-Dependent Growth of Self-Assembled Diphenylalanine Microtubes. Crystal Growth & Design, 2019, vol. 19, pp. 6414-6421, DOI:https://doi.org/10.1021/acs.cgd.9b00884.
14. G¨orbitz C.H. Nanotube formation by hydrophobic dipeptides. Chem Eur J., 2001, vol. 7, pp. 5153-5159.
15. Morrison I., Li J-C., Jenkins S., Xantheas S.S., Payne M.C., Ab-Initio Total Energy Studies of the Static and Dynamical Properties of Ice Ih. J. Phys. Chem. B, 1997, vol. 101, pp. 6146-6150.
16. Andrade-Filho T., Martins T.C., Ferreira F.F., Alves W.A., Rocha A.R. Water-driven stabilization of diphenylalanine nanotube structures. Theor. Chem. Acc., 2016, vol. 135, p. 185.
17. HyperChem: Tools for Molecular modeling (release 8) (Hypercube, Inc., Gainnesville, 2002). URL: http://www.hyper.com/?tabid=360.
18. Филиппов С.В., Лихачёв И.В., Быстров В.С. Визуально-дифференциальный анализ структурных перестроек водных кластерных структур, находящихся во внутренней полости нанотрубок. Актуальные вопросы биологической физики и химии, 2020, т. 5, № 3. - В печати. @@[Filippov S.V., Lihachyov I.V., Bystrov V.S. Vizual'no-differencial'nyj analiz strukturnyh perestroek vodnyh klasternyh struktur, nahodyashchihsya vo vnutrennej polosti nanotrubok. Russian Journal of Biological Physics and Chemistry, 2020, vol. 5, no. 3. - In print. (In Russ.)]
19. Bai J., Wang J., X. C. Zeng X.C. Multiwalled ice helixes and ice nanotubes. Proc. Nat. Acad. Sci. USA, 2006, vol. 103, no. 52, pp. 19664-19667.
20. Shayeganfar F., Beheshtian J., Shahsavari R. First-Principles Study of Water Nanotubes Captured Inside Carbon/Boron Nitride Nanotubes. Langmuir, 2018, vol. 34, no. 37, pp. 11176-11187.
21. Бордонский Г.С., Орлов А.О. Исследование сегнетоэлектрических фазовых переходов воды в нанопористых силикатах при совместных электрических шумовых и калориметрических измерениях. Физика твердого тела, 2014, т. 56, № 8, с. 1575-1582.
22. Bodor N., Gabanyi Z., Wong A. A new method for the estimation of partition coefficient. J. Am. Chem. Soc., 1989, vol. 111, p. 3783.
23. Gavezotti A. The calculation of molecular volumes and the use of volume analysis in the investigation of structured media and solid-state organic reactivity. J. Am. Chem. Soc., 1983, vol. 105, p. 5220.
24. Winarto W., Yamamoto E., Yasuoka K. Water Molecules in a Carbon Nanotube under an Applied Electric Field at Various Temperatures and Pressures. Water, 2017, vol. 9, no. 7, p. 473.
25. Mikami F., Matsuda K., Kataura H., Maniwa Y. Dielectric Properties of Water inside Single-Walled Carbon Nanotubes. ACS Nano, 2009, vol. 3, no. 5, pp.1279-1287.
