Вісник Харківського національного університету імені В. Н. Каразіна. Серія «Хімія»

Дослідження in silico похідних триазол-триметоксифенілу як антипроліферативних засобів проти аденокарциномних альвеолярних базальних епітеліальних клітин людини (A549): DFT, QSAR та підходи молекулярного докінгу.

2025-08-31T15:38:56+00:00

Двадцять вісім наборів синтезованих похідних триазолтриметоксифенілу (TPD) були розглянуті як антипроліферативні препарати проти ліній ракових клітин альвеолярного базального епітелію людини (A549) за допомогою методів DFT, QSAR, профілю ADMET та молекулярного докінгу. Розглянуті сполуки були використані для розробки надійної моделі QSAR, яка була застосована для розробки нових сполук TPD, що могли б служити кандидатами на антипроліферативні препарати проти раку альвеолярного базального епітелію людини (A549). Параметри, отримані з розрахунків DFT, такі як HOMO, LUMO, дипольний момент, хімічна твердість та м'якість, свідчили про перевагу TPD-11 та TPD‑25 над етопоксидом як сильних інгібіторів проти ракових клітин альвеолярного базального епітелію людини (A549), що узгоджується з експериментальними даними. Моделювання та валідація QSAR показали значний вплив автокореляції Морана - лаг 4/зважений за поляризовністю (MATS4p), автокореляції центрованого Брото-Моро - лаг 7/зважений за зарядами (ATSC7c), дескрипторів мінімального E-стану міцності для потенційних водневих зв'язків довжиною 3 (minHBint3) та дескрипторів кількості E-станів атомного типу: C (naasC) на зареєстровану протиракову активність препаратів у QSAR A549-MLR-GFA (R² = 0,8146, скоригований R² = 0,7874, Q²_Loo = 0,6015 та
R² - Q²_Loo = 0,2582). Використовуючи дані моделі, було запропоновано чотири нові TPD (NTPD-3, NTPD-4, NTPD-6 та NTPD-9). DFT та молекулярний докінговий аналіз показали, що ці чотири сполуки можуть бути кращими інгібіторами проти A549, ніж етопоксид. Однак, властивості ADMET (абсорбція, розподіл, метаболізм, екскреція та токсичність) показали, що NTPD-6 має чудові фармакокінетичні та токсикологічні профілі та може слугувати дороговказом для нових та ефективніших протипухлинних засобів.

Вилучення радіонуклідів 137Cs, 90Sr, 90Y та UO22+ з водних розчинів за допомогою твердофазних екстрагентів імпрегнованих калікс[4]аренфосфіноксидами.

2025-08-31T15:39:00+00:00

Вилучення радіонуклідів ¹³⁷Cs, ⁹⁰Sr, ⁹⁰Y та UO₂²⁺досліджували з використанням твердофазних екстрагентів SPE-ТБФ, SPE-C45 та SPE-CIP67 залежно від кислотності водного розчину. SPE-C45 та SPE-CIP67 є пористими гранулами стирол-дивінілбензольного сополімеру, імпрегнованими калікс[4]арентетрафосфіноксидами C45 (5,11,17, 23-тетракіс-діетилфосфіноїлметил-25,26,27,28-тетрапропоксикалікс[4]арен) і CIP67 (5,11,17,23-тетракіс-дипропілфосфіноїлметил-25,26,27,28-тетрапропоксикалікс[4]арен). Як сорбент для порівняння використовували комерційний твердофазний екстрагент SPE-ТБФ на основі трибутилфосфату. Проаналізовано вплив часу контакту радіонуклідів з екстрагентом на встановлення екстракційної рівноваги. Показано, що рівноваги в системах з використанням твердофазних екстрагентів встановлюються за 3-4 години.

Виявлено значний вплив кислотності водного розчину на ефективність вилучення радіонуклідів: збільшення кислотності призводить до зростання коефіцієнтів розподілу.

Показано вплив природи катіонів на ефективність вилучення, яка зростає в наступному ряду:

UO₂²⁺ > ⁹⁰Y > ⁹⁰Sr > ¹³⁷Cs.

Виявлено, що вилучення радіонуклідів залежить від довжини алкільного радикала при атомі фосфору макроциклічного кістяка калікс[4]аренфосфіноксиду. Катіони ефективніше вилучаються калікс[4]ареном з меншою довжиною алкільного радикалу. Здатність твердофазних екстрагентів імпрегнованих каліксарен фосфіноксидами до вилучення досліджуваних радіонуклідів перевищує екстракційну здатність SPE-ТБФ і змінюється в наступному порядку: SPE-ТБФ < SPE-CIP67 < SPE-C45.

Проведені дослідження показали перспективність використання каліксареновмісних твердофазних екстрагентів в радіаційному контролі природних вод, оскільки вони є селективними, зручними у використанні і не потребують використання органічних розчинників.

Колоїдна поведінка окислених і покритих лізоцимом одностінних вуглецевих нанотрубок. Аналіз за допомогою динамічного та електрофоретичного розсіювання світла

2025-08-31T15:39:03+00:00

Концепція поверхневого окислення або нековалентного покриття вуглецевих нанотрубок для успішного застосування у водних рідинах має свою ціну з точки зору забруднення, долі і токсичності. Співіснуючі компоненти in vitro або in vivo можуть впливати на колоїдну поведінку нанотрубок і на їхню міграцію. У цій роботі за допомогою методу динамічного та електрофоретичного розсіювання світла досліджено взаємодію окислених одностінних вуглецевих нанотрубок із CsI та Sr(NO₃)₂ і вплив лізоциму на колоїдну поведінку цих нанотрубок у водних системах.

Визначено концентраційні режими CsI та Sr(NO₃)₂, які визначають колоїдну стабільність і нестабільність окиснених одностінних вуглецевих нанотрубок. Окиснення поверхні нанотрубок підвищує колоїдну стійкість до CsI та адсорбцію Sr²⁺ за рахунок декорування поверхні COOH-групами. Селективне зв’язування катіонів металів і велика питома поверхня сприяють видаленню важких і радіоактивних металів у катіонній формі з об’ємної фази.

Біологічні та медичні застосування сприяють тому, що взаємодії вуглецевих нанотрубок із лізоцимом є об’єктом низки робіт. Ковалентне і нековалентне декорування ферментом створює комбінацію електричних, механічних, теплових та оптичних властивостей вуглецевих нанотрубок із притаманною лізоциму антибактеріальною активністю. Наприклад, Хорн та ін. повідомили про антимікробні волокна, що в чотири рази перевищують міцність павутинного шовку. Однак, наскільки нам відомо, про колоїдну стабільність і взаємодію з іонами вуглецевих нанотрубок, покритих білком, відомо небагато.

Оцінка вільної енергії зв’язування двозарядних катіонів із функціональними групами амінокислот за допомогою сучасних силових полів.

2025-08-31T15:39:07+00:00

Очистка води від іонів важких металів являє собою нагальну екологічну проблему. Активно досліджуваним способом для цього є зв'язування іонів металів за допомогою білків, які можливо виділити з легкодоступної рослинної сировини. Карбоксильні, тіолатні групи амінокислотних залишків здатні до комплексоутворення з катіонами металів, що призводить до видалення забруднювачів із води. Для досліджень активно використовуються методи обчислювальної хімії, зокрема класичне молекулярно-динамічне моделювання. У роботі проведена оцінка правильності відтворення вільних енергій зв’язування ряду двозарядних катіонів металів із функціональними групами амінокислот. Використаний сучасний набір потенціальних моделей катіонів, який коректно відтворює характеристики катіонів у водному розчині. Порівняння проведено з експериментально виміряними константами стійкості модельованих комплексів або їх структурних аналогів. Обчислення вільних енергій виконано методом алхімічного перетворення. Показано, що незважаючи на валідованість вжитих потенціальних моделей, вільні енергії зв’язування з функціональними групами амінокислот загалом відтворюються погано: помірно недооцінені для тіолатної групи та аміногрупи, надзвичайно переоцінені для карбоксилатної групи, некоректні для імідазолу. Таким чином, показано, що метод класичного молекулярно-динамічного моделювання слід з обережністю використовувати для розрахунку енергетичних характеристик зв'язування металів амінокислотами і білками.

Магнітні властивості модифікованого діамантового спінового ланцюжка

2025-08-31T15:39:08+00:00

Робота присвячена теоретичному дослідженню енергетичного спектру та магнітних властивостей модифікованого антиферомагнітного спінового (1/2, s) алмазного ланцюга. Це фрустрована змішана спінова система з елементарними комірками, утвореними двома спінами ½ та одним спіном s>1/2. На основі розширеної теореми Ліба ми довели можливість виникнення квантових фазових переходів, опосередкованих співвідношенням параметрів зв'язку при довільному ненульовому значенні спіну s для вищезгаданої моделі. Результати нашого дослідження точної діагоналізації для деяких кластерів скінченних ланцюгів з s=1 підтверджують цей висновок. Ми також аналітично та чисельно вивчали магнітні властивості алмазного змішаного спінового ланцюга Гейзенберга-Ізінга. Точний енергетичний спектр цієї моделі знайдено в аналітичній формі при довільних значеннях параметрів моделі. На основі цього спектру ми вивчали польову залежність двочастинкових кореляторів для сусідніх спінів Ізінга. Було виявлено, що при спеціальному співвідношенні між параметрами зв'язку існує критичне значення зовнішнього магнітного поля, для якого вищезгаданий корелятор приймає нульове значення (відсутність кореляції між спінами Ізінга). Для моделі нескінченного спінового ланцюга ми досліджували залежність питомої намагніченості від поля за допомогою класичного методу матриці переносу та виявили проміжне плато у профілі низькотемпературної намагніченості. Згідно з нашими розрахунками, розмір цього плато сильно залежить від співвідношень між параметрами зв'язку моделі. Ми сподіваємося, що ця особливість нашої моделі надасть нові можливості для проектування нових магнітних хемосенсорів.

Вивчення ліганд-білкових взаємодій в епоху штучного інтелекту: оцінка Boltz-1 для прогнозування 3D-структури біомолекулярних комплексів

2025-08-31T15:39:11+00:00

Моделювання взаємодій ліганд-білок є надзвичайно важливим у різних наукових та промислових застосуваннях, особливо у розробці лікарських препаратів та структурній біології. Протягом останніх років кілька обчислювальних інструментів на основі штучного інтелекту, таких як AlphaFold 3 та Chai-1r, революціонізували сферу прогнозування біомолекулярних структур. Нещодавно було також представлено відкриту модель глибокого навчання під назвою Boltz-1, що ознаменувалось значним проривом у моделюванні біомолекулярних взаємодій. Щоб оцінити ефективність Boltz-1 у порівнянні з іншими обчислювальними інструментами, ми провели тестування його здатності точно відтворювати 3D-структури різних біомолекулярних комплексів. Ці комплекси включали ферменти та ліганди різної складності, такі як низькомолекулярні органічні ліганди, стероїди та пептидоміметики. Ми виявили, що Boltz-1 продемонстрував високу ефективність у відтворенні згортання білків, досягнувши середньоквадратичного відхилення (RMSD) менше 1 Å. У порівнянні з іншими обчислювальними інструментами, такими як Glide від Schrödinger та AutoDock Vina, здатність Boltz-1 прогнозувати 3D-структури біомолекулярних комплексів була добре збалансованою. Він успішно повторно задокував різноманітний набір лігандів різної складності, досягнувши точностей, порівнянних з показниками комерційного програмного забезпечення Glide. З точки зору RMSD та поз зв'язування лігандів, Boltz-1 перевершив широко використовуваний інструмент для докінгу - AutoDock Vina для всіх оцінених лігандів, демонструючи можливості для поліпшення комп’ютерного скринінгу взаємодій ліганд-білок.

Оцінки методу TD-DFTB для широкомасштабного скринінгу органічних барвників

2025-08-31T15:39:14+00:00

Досліджено ефективність напівемпіричного методу TD-DFTB (Time-Dependent Density Functional Tight Binding) у відтворенні спектральних властивостей органічних барвників на прикладі бібліотеки ізомерів тіофенвмісного донорно-акцепторного барвника Еффенбергера, відомого вираженою сольватохромією. Метою роботи було з'ясувати, наскільки придатним є прискорений підхід TD-DFTB для сучасних задач молекулярного дизайну, з необхідністю швидкої та надійної ідентифікації сполук з інтенсивними електронними переходами в довгохвильовій області УФ-Видимого спектру. Бібліотека містила 60 структур, в яких систематично варіювалися положення донорного (N,N-диметиламін) та акцепторного (NO₂) замісників, а також ступінь планарності π-каркаса. Для кожного ізомеру геометрія спочатку оптимізувалася на рівні DFTB, після чого енергії збудження розраховувалися за допомогою методу TD-DFTB. Отримані значення порівнювали з розрахунками TD-DFT (функціонали B3LYP та CAM-B3LYP), виконаними з геометріями, отриманими як методами DFT, так і DFTB. Така гібридна схема значно знижує обчислювальні витрати, дозволяючи проводити скринінг великих бібліотек без втрати точності. Наведено кореляцію між енергіями збудження, розрахованими за допомогою TD-DFTB та TD-DFT. TD-DFTB має тенденцію систематично занижувати енергії збудження, але значною мірою відображає сполуки з мінімальними енергіями збудження та високими силами осцилятора, що робить його надійним інструментом для початкового скринінгу. Було ідентифіковано кілька ізомерів з довгохвильовим поглинанням та достатньою інтенсивністю переходів, які є перспективними для подальшої модифікації. Таким чином, TD-DFTB у поєднанні з TD-DFT на оптимізованих геометріях DFTB демонструє оптимальний баланс між точністю та швидкістю попереднього скринінгу донорно-акцепторних барвників із заданими спектральними параметрами, що значно розширює можливості раціонального дизайну функціональних органічних матеріалів.

Квантово-хімічне та експериментальне дослідження нітразинового жовтого на поверхні кремнезему

2025-08-31T15:39:16+00:00

У статті представлено результати дослідження спектральних характеристик (УФ-область) індикаторного барвника нітразинового жовтого (NY), адсорбованого на поверхні кремнійорганічних матеріалів. Експериментальні дані порівнюються з результатами теоретичних (квантово-хімічних) розрахунків.

В спектрах поглинання спостерігається значне розширення смуг поглинання NY, що обумовлено різноманіттям утворених комплексів барвника з поверхневими групами. Враховуючи, що поверхня кремнезему має складну будову, розглянуто кілька модельних сценаріїв, в яких поверхня кремнійорганічних матеріалів представлена характерними структурними особливостями, зокрема ізольованими групами Si(OH), віцинальними парами Si(OH)‑O‑Si(OH) та гемінальними групами Si(OH)₂.

Квантово-хімічні розрахунки були проведені з використанням ab initio теорії функціоналу густини, залежного від часу (TD-DFT), функціоналу CAM‑B3LYP та базисного набору LANL2DZ.

Одержані результати свідчать про задовільний опис впливу навколишнього середовища на спектри поглинання трьох форм нітразинового жовтого на поверхні кремнезему.

Перевірка прогностичної здатності деяких функцій розподілу ймовірностей у тестовому аналізі

2025-08-31T15:39:18+00:00

Запропоновано комплексний метод оцінки прогностичної здатності функцій розподілу ймовірностей виявлення аналіту в методиках якісного хімічного аналізу. За результатами розрахунків визначені функції розподілу ймовірностей, які характеризуються максимальною прогностичною здатністю.

Анатолій Петрович Шкумат (09.02.1951 — 31.03.2025)

2025-08-31T15:39:20+00:00

Олена Олександрівна Решетняк (26.11.1954 — 24.04.2025)

2025-08-31T15:39:20+00:00