Анализ взаимодействия пропиконазола с ДНК на основе расчетов методом функционала плотности и молекулярного докинга

Теоретический анализ, основанный на структурных и спектральных данных, использован для выяснения механизма молекулярного взаимодействия пропиконазола — фунгицида — с ДНК. Оптимизация, анализ полос колебаний и электронной структуры проведены с использованием теории функционала плотности уровней B3LYP с базисным набором aug-cc-pVDZ. Проведено моделирование молекулярного докинга для определения механизма и способов взаимодействия между пестицидом пропиконазолом и ДНК (ID PDB: 1BNA). Показано, что соединение проявляет реакционную способность и поляризуемость, на что указывает диапазон энергий ВЗМО-НСМО. Анализ поверхности молекулярного электростатического потенциала (МЭП) и поверхности электростатического потенциала молекулы показал, что атомы N6 и N7 обладают отрицательным потенциалом и служат активными центрами для нуклеофильных атак. Аналогичные наблюдения сделаны для атомов кислорода и хлора. Анализ молекулярного докинга показал способность лиганда пропиконазола связываться с ДНК в сайтах, включающих в себя атомы азота, кислорода и хлора, в частности, с взаимодействиями гуанин (G)-цитозин (C). Соответствие результатов MЭП и молекулярной вставки подтверждает сделанные выводы. Результаты дают ценную информацию о механизме повреждения ДНК и токсикологическом воздействии пестицида. В результате анализа молекулярного докинга выявлены изменения в оптимизированной структуре молекулы пропиконазола. Длина связи Cl1–C15, которая изначально составляла 1.73 Å в оптимизированной структуре, пересчитана как 1.77 Å после анализа молекулярного докинга.

1. X. Tan, Z. Wang, D. Chen, K. Luo, X. Xiong, Z. Song, Chemosphere, 108, 26–32 (2014).

2. Y. Zhang, G. Zhang, Y. Li, Y. Hu, J. Agric. Food Chem., 61, No. 11, 2638−2647 (2013).

3. C. Wang, Y. Li, J. Agric. Food Chem., 59, No. 15, 8507–8512 (2011).

4. E. Kurti, D. Heyd, S. Wylie, Wood Sci. Technol., 39, 618–629 (2005).

5. N. O. Costa, M. L. Vieira, V. Sgarioni, M. R. Pereira, B. G. Montagnini, S. D. F. P. Mesquita, D. C. C. Gerardin, Toxicology, 335, 55–61 (2015).

6. P. J. Chen, T. Moore, S. Nesnow, Toxicol. in Vitro., 6, No. 22, 1476–1483 (2008).

7. A. A. Khalaf, M. Elhady, E. Hassanen, A. Azouz, M. Ibrahim, M. Galal, P. Noshyve, R. Azouz, Rev. Bras. Farm., 31, 67–74 (2021).

8. X. Pan, Y. Cheng, F. Dong, N. Liu, J. Xu, X. Liu, X. Wu, Y. Zheng, J. Hazard. Mater., 359, 194–202 (2018).

9. H. C. Kwon, H. Sohn, D. H. Kim, D. M. Shin, C. H. Jeong, Y. H. Chang, J. H. Yune, Y. J. Kim, S. H. Kim, S. G. Han, J. Agric. Food. Chem., 69, No. 26, 7399–7408 (2021).

10. F. Ekelund, K. Westergaard, D. Soe, Biol. Fertil. Soils., 31, 70–77 (2000).

11. S. Kurth, M. Marques, E. Gross, Cond. Matter Phys., 395–402 (2005).

12. N. Rezki, F. Faleh Al-blewi, S. Al-Sodies, A. Khalid Alnuzha, M. Messali, I. Ali, M. Reda Aouad, ACS Omega, 5, No. 10, 4807–4815 (2020).

13. M. Frisch, G. Trucks, G. Schlegel, M. Suzerain, M. Robb, J. Cheeseman, J. Montgomery, T. Vreven, K. Kudin, J. Burant, J. Millam, S. Iyengar, J. Tomasi, V. Barone, B. Mennucci, M. Cossi, G. Scalmani, N. Rega, G. Petersson, H. Nakat, Gaussian 09 (2003).

14. R. Dennington, T. Keith, Gausswiev 5 (2009).

15. M. Jamroz, Vibration Energy Distribution Analysis VEDA (2004).

16. W. Lindstrom, Using AutuDock 4 for Virtual Screening (2008).

17. L. Schrodinger, The PyMOL Molecular Graphics System, Version 2.4.1, Schrodinger (2015).

18. L. Jin-xiang, Y. Chun-long, Chin. J. Pesticide Sci., 8, No. 1, 20–24 (2006).

19. S. Premkumar, A. Jawahar, T. Mathavan, M. Kumara Dhas, V. Sathe, A. Milton Franklin Benial, Spectrochim. Acta A: Mol. Biomol. Spectrosc., 129, 74–83 (2014).

20. K. Saraswathi, M. Suresh, A. Pandurangan, J. Mol. Struct., 1255, 132447 (2022).

21. R. Silverstein, F. Webster, D. Kiemle, Spectrometric Identification of Organic Compounds, 7 ed., John Wiley& Sons (2005).

22. N. Kaya Kınaytürk, T. Kalaycı, B. Tunalı, Spectrosc. Lett., 54, No. 9, 1–15 (2021).

23. F. Berrah, F. Boursas, S. Bouacida, F. Ouannassi, J. Mol. Struct., 1205, 127624 (2020).

24. J. S. Singh, M. S. Khan, S. Uddin, Polym. Bull., 80, 3055–3083 (2023).

25. M. E. Moghadam, A. Jafari, R. K. Khashandaragh, A. Divsalar, M. Ghasemzadeh, J. Iran. Chem. Soc., 18, 1927–1939 (2021).

26. F. Akman, Russ. J. Phys. Chem. B, 15, No. 3, 517–532 (2021).

27. E. S. Marinho, M. M. Marinho, Int. J. Sci. Eng. Res., 7, No. 8, 1264–1270 (2016).

28. https://www.rcsb.org/structure/1BNA (accessed: 10 April 2022).

29. Y. Zhang, G. Zhang, P. Fu, Y. Ma, J. Zhou, Spectrochim. Acta A: Mol. Biomol. Spectrosc., 96, 1012–1019 (2012).

30. P. F. Corregidor, M. Zigolo, E. Ottavianelli, J. Mol. Struct., 1241, 130628 (2021).

31. I. Ahmad, A. Ahmad, M. Ahmad, Phys. Chem. Chem. Phys., 9 (2016).

32. S. Celik, G. Yilmaz, A. Ozel, S. Akyuz, J. Biomol. Struct. Dyn., 40, No. 2, 660–672 (2022).