Структурно-динамічна поведінка гістаміну у розчині: роль моделей води
DOI:
https://doi.org/10.15407/ujpe71.11.867Ключові слова:
iмiдазольний лiганд, SPC/E модель води, TIP3P модель води, локальна структура розчину, дифузiя, гiстамiнАнотація
Методом молекулярної динаміки досліджено сильно розбавлений водний розчин гістаміну за температури T = 300 K із використанням моделей води TIP3P і SPC/E. Показано, що локальна структура розчину навколо гістаміну визначається локальною кулонівською взаємодією та водневими зв’язками й практично не залежить від вибору моделі води. Динамічний аналіз на основі функцій середньоквадратичного зміщення виявив істотну залежність дифузійної поведінки гістаміну від моделі води. Встановлено, що модель води TIP3P дає дещо завищені значення коефіцієнтів дифузії води й гістаміну, а також зумовлює перехід до дифузійного режиму руху. Виявлено, що в моделі води SPC/E отримуємо повільнішу динаміку компонентів розчину, а значення коефіцієнтів дифузії краще узгоджуються з експериментальними даними. Показано, що динаміка гістаміну є високочутливою до вибору моделі води, причому модель SPC/E коректніше описує динамічні властивості системи «гістамін–вода» за фізіологічних умов.
Посилання
1. I. Bertini, H.B. Gray, E.I. Stiefel, J.S. Valentine. Biological Inorganic Chemistry: Structure and Reactivity (University Science Books, 2007) [ISBN: 1-891389-43-2].
2. Jan Reedijk, K.R. Poeppelmeier. Comprehensive Inorganic Chemistry II: From Elements to Applications (Elsevier Science, 2013) [ISBN: 9780080977744].
3. G. Pirc, J. Stare, J. Mavri, R. Vionello. Hydrogen bond dynamics of histamine monocation in aqueous solution: How geometric parameters influence the hydrogen bond strength. Croatica Chemica Acta 87, 397 (2014).
https://doi.org/10.5562/cca2512
4. M. Pekka, L. Nilsson. Structure and dynamics of the TIP3P, SPC, and SPC/E water models at 298 K. J. Phys. Chem. A 105, 9954 (2001).
https://doi.org/10.1021/jp003020w
5. P. Florová, P. Sklenovsky, P. Banas, M. Otyepka. Explicit water models affect the specific solvation and dynamics of unfolded peptides while the conformational behavior and flexibility of folded peptides remain intact. J. Chem. Theory and Comput. 6, 3569 (2010).
https://doi.org/10.1021/ct1003687
6. D. Braun, S. Boresch, O. Steinhauser. Transport and dielectric properties of water and the influence of coarse-graining: Comparing BMW, SPC/E, and TIP3P models. J. Chem. Phys. 140, 064107 (2014).
https://doi.org/10.1063/1.4864117
7. Manish Agarwal, Mohammad Parvez Alam, Charusita Chakravarty. Thermodynamic, diffusional, and structural anomalies in rigid-body water models. J. Phys. Chem. B 115, 6935 (2011).
https://doi.org/10.1021/jp110695t
8. W. Smith, T.R. Forester, I.T. Todorov, M. Leslie. The DL_POLY 2 User Manual, Version 2.16 (CCLRC, Daresbury Laboratory, 2006).
9. I. Rosbottom, C.W. Yong, D.L. Geatches, R.B. Hammond, I.T. Todorov, K.J. Roberts. The integrated DL_POLY/DL_FIELD/DL_ANALYSER software platform for molecular dynamics simulations for exploration of the synthonic interactions in saturated benzoic acid/hexane solutions. Molecular Simulation 47, 257 (2021).
https://doi.org/10.1080/08927022.2018.1560441
10. M.P. Allen, D.J. Tildesley. Computer Simulation of Liquids (Clarendon Press, 1986) [ISBN-13: 978-0198556459].
11. L. Hok, J. Mavri, R. Vianello. The effect of deuteration on the H2 receptor histamine binding profile: a computational insight into modified hydrogen bonding interactions. Molecules 25, 6017 (2020).
https://doi.org/10.3390/molecules25246017
12. Han Wang, Ch. Junghans, K. Kremer. Comparative atomistic and coarse-grained study of water: What do we lose by coarse-graining? Europ. Phys. J. E 28, 221 (2009).
https://doi.org/10.1140/epje/i2008-10413-5
13. J. Stare, J. Mavri, J. Grdadolnik, J. Zidar, Z.B. Maksic, R. Vianello. Hydrogen bond dynamics of histamine monocation in aqueous solution: Car-Parrinello molecular dynamics and vibrational spectroscopy study. J. Phys. Chem. B 115, 5999 (2011).
https://doi.org/10.1021/jp111175e
14. José Guadalupe Rosas Jiménez, Balázs Fábián, Gerhard Hummer. Faster sampling in molecular dynamics simulations with TIP3P-F water. J. Chem. Theory and Comp. 20, 11068 (2024).
https://doi.org/10.1021/acs.jctc.4c00990
15. Takuma Kikutsuji, Kang Kim, Nobuyuki Matubayasi. Diffusion dynamics of supercooled water modeled with the cage-jump motion and hydrogen-bond rearrangement. J. Chem. Phys. 150, 204502 (2019).
https://doi.org/10.1063/1.5095978
16. Suvendu Mandal, Th. Franosch, Th. Voigtmann. Glassy relaxation slows down by increasing mobility. Soft Matter 14, 9153 (2018).
https://doi.org/10.1039/C8SM01581C
17. K. Krynicki, Ch.D. Green, D.W. Sawyer. Pressure and temperature dependence of self-diffusion in water. Faraday Discuss. Chem. Soc. 66, 199 (1978).
https://doi.org/10.1039/dc9786600199
18. M. Spanner, F. Hofling, S.C. Kapfer, K.R. Mecke, G.E. Schroeder-Turk, Th. Franosch. Splitting of the universality class of anomalous transport in crowded media. Phys. Rev. Lett. 116, 060601 (2016).
https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.116.060601
19. P. Gallo, et al. Water: A tale of two liquids. Chem. Rev. 116, 7463 (2016).
https://doi.org/10.1021/acs.chemrev.5b00750
20. N. Atamas, D. Gavryushenko, K.S. Yablochkova, M.M. Lazarenko, G. Taranyik. Temperature and temporal heterogeneities of water dynamics in the physiological temperature range. J. Mol. Liq. 340, 117201 (2021).
https://doi.org/10.1016/j.molliq.2021.117201
21. J. Frenkel. Kinetic Theory of Liquids (Dover Publications, 1955) [ISBN 13: 8166726261285].
22. N.A. Atamas, M.M. Lazarenko, K.S. Yablochkova, G. Taranyik. Strongly diluted dimethyl-imidazolium chloride-alcohol solutions: solvents are structurally different but dynamic heterogeneities are similar. RSC Advances 11, 37307 (2021).
https://doi.org/10.1039/D1RA05633F
23. V.V. Brazhkin, K. Trachenko. Collective excitations and thermodynamics of disordered state: new insights into an old problem. J. Phys. Chem. B 118, 11417 (2014).
Завантаження
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ліцензійний Договір
на використання Твору
м. Київ, Україна
Відповідальний автор та співавтори (надалі іменовані як Автор(и)) статті, яку він (вони) подають до Українського фізичного журналу, (надалі іменована як Твір) з одного боку та Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України в особі директора (надалі – Видавець) з іншого боку уклали даний Договір про таке:
1. Предмет договору.
Автор(и) надає(ють) Видавцю безоплатно невиключні права на використання Твору (наукового, технічного або іншого характеру) на умовах, визначених цим Договором.
2. Способи використання Твору.
2.1. Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору таким чином:
2.1.1. Використовувати Твір шляхом його видання в Українському фізичному журналі (далі – Видання) мовою оригіналу та в перекладі на англійську (погоджений Автором(ами) і Видавцем примірник Твору, прийнятого до друку, є невід’ємною частиною Ліцензійного договору).
2.1.2. Переробляти, адаптувати або іншим чином змінювати Твір за погодженням з Автором(ами).
2.1.3. Перекладати Твір у випадку, коли Твір викладений іншою мовою, ніж мова, якою передбачена публікація у Виданні.
2.2. Якщо Автор(и) виявить(лять) бажання використовувати Твір в інший спосіб, як то публікувати перекладену версію Твору (окрім випадку, зазначеного в п. 2.1.3 цього Договору); розміщувати повністю або частково в мережі Інтернет; публікувати Твір в інших, у тому числі іноземних, виданнях; включати Твір як складову частину інших збірників, антологій, енциклопедій тощо, то Автор(и) мають отримати на це письмовий дозвіл від Видавця.
3. Територія використання.
Автор(и) надає(ють) Видавцю право на використання Твору способами, зазначеними у п.п. 2.1.1–2.1.3 цього Договору, на території України, а також право на розповсюдження Твору як невід’ємної складової частини Видання на території України та інших країн шляхом передплати, продажу та безоплатної передачі третій стороні.
4. Строк, на який надаються права.
4.1. Договір є чинним з дати підписання та діє протягом усього часу функціонування Видання.
5. Застереження.
5.1. Автор(и) заявляє(ють), що:
– він/вона є автором (співавтором) Твору;
– авторські права на даний Твір не передані іншій стороні;
– даний Твір не був раніше опублікований і не буде опублікований у будь-якому іншому виданні до публікації його Видавцем (див. також п. 2.2);
– Автор(и) не порушив(ли) права інтелектуальної власності інших осіб. Якщо у Творі наведені матеріали інших осіб за виключенням випадків цитування в обсязі, виправданому науковим, інформаційним або критичним характером Твору, використання таких матеріалів здійснене Автором(ами) з дотриманням норм міжнародного законодавства і законодавства України.
6. Реквізити і підписи сторін.
Видавець: Інститут теоретичної фізики імені М.М. Боголюбова НАН України.
Адреса: м. Київ, вул. Метрологічна 14-б.
Автор: Електронний підпис від імені та за погодження всіх співавторів.
.png){kind=small}
