Molecular modelling of the Garlic compound with the beta-cyclodextrin
at the best computer simulation

Mabroukah Mahjoub                                        Aziza ahwedi                                                    Boubaker Hosouna

Sebha University || Libya

DOI PDF

The study involved the integration of Alliin with β_cyclodecxtrin at a different energy levels and angles. A total of 176 computer samples were created using the Gaussian 03 and Hyperchem 08 programs for drawing, integrating, simulating and calculating the potential energy surface value, through which the lowest energy value of 25.563423661-) kcal\mol) was found at the ” ninth” level and internal angle 225o. From these results, we have obtained the best inclusion complex between Alliin and β-cyclodecxtrin which is considered very useful for the industrial application of drug. Keywords: Alliin, β-cyclodecxtrin, potential energy surface molecular modelling, computational chemistry.

 

النمذَجة الجزيئية لمركب “الثوم” مع متراكب البيتاسيكلودكسترين عند أفضل محاكاة حوسبية

مبروكة محجوب                                          عزيزة اهويدي                                        أبو بكر احسونه

جامعة سبها || ليبيا

تم في هذه الدراسة دمج مركب الألين مع متراكب (بيتا سيكلوديكسترين) عند مستويات طاقية وزوايا مختلفة، وتم تكوين عدد 176 عينة حوسبية بين المركبين باستخدام برنامجي Gaussian 03 وHyperchem 08 من رسم ودمج ومحاكاة يدوية وذلك من أجل حساب قيم جهد الطاقة الخارجية الكلي بين المركبين، وتم إيجاد أقل قيمة للطاقة عند مستوى ” التاسع ” وزاوية داخلية ” 225o “، كانت تساوي kcal\mol) 25.563423661-) ومن خلال هذه النتائج تحصلنا علي أفضل معقد مدرج بين الألين والبيتاسيكلوديكسترين يمكن الاستفادة منه في التطبيق الصناعي للأدوية. الكلمات المفتاحية: سيكلوديكسترين، الأليين، جهد الطاقة الخارجية، النمذجة الجزيئية، الكيمياء الحاسوبية.

1.المقدمة:

الحوسبة الكيميائية

هي شعبة جديدة تزامن ظهورها مع تطور ميكانيكا الكم في أوائل القرن العشرين وزادت شعبيتها مع التحسينات في تقنيات الحاسوب، تعد الحوسبة نقطة التداخل بين علوم الحاسب وعلوم الكيمياء لإعطاء حلول سريعة وعاجلة لبعض المسائل اللي تعترض الكيميائي [1]؛ كما هو الحال في شعب الكيمياء الأخرى تستخدم الكيمياء الحاسوبية أدوات لفهم التفاعلات والعمليات الكيميائية يستخدم هذا الفرع محاكاة الكومبيوتر لابتكار تقريبات رياضية فعالة ووضع خوارزميات وبرامج حاسوبية لحساب خصائص الجزيئات مثل: الطاقة الكلية، العزم ثنائي القطب، العزم رباعي القطب، الترددات الاهتزازية والتفاعلية المطيافية، المقاطع العرضية لتصادم الجزيئات مع جزيئات أخرى بمستويات ذرية وتحت ذرية كما تستخدم في العديد من الحسابات الأخرى.

علي وجه الخصوص تستخدم في تصميم نظام جزيئي قبل تركيب ذلك الجزيء فالمختبر فالنماذج الحوسبية تكون مثالية لاستبعاد 90% من المركبات المحتملة بأنها غير مناسبة للاستخدام المقصود، هذه المعلومات مهمة جدا حيث تحضير مركب واحد قد يستغرق شهر من المعاملة والعديد من المواد الخام ويولد المخلفات السامة ويعطي نتيجة سلبية بالتالي الكيمياء الحاسوبية توفر الجهد والوقت وتحافظ علي البيئة وتعطي نتائج دقيقة [2].

فالوقت الحالي أصبحت الدراسات الحوسبية لأي مركب أو تفاعل من أهم الطرق البحثية لدراسة جميع الجوانب الخاصة به ومعرفة إمكانية تطبيقه والحصول على أفضل النتائج من هذه الدراسات:

دراسة طاقة جزيء H3 الخطي بشكل دقيق كانت النتيجة أن معدل الطاقة المتوقع Kcal(0.8 _0.2) تم تطبيق هذه الدراسة ومقارنة النتائج حيث ظهر بينها تطابق جيد حيث

قدمت هذه الدراسة طريقة لحساب الطاقة للأنظمة الأكثر تعقيدا [3].

دراسة التغيرات في جهد الطاقة الناتجة عن تكسير الرابطة التساهمية وتشكيلها أيـضا ما يصحبها من تغيير فالتهجين الذري للهيدروكربونات وكانت النتيجة وصف أفضل بكثير من القياس الكلاسيكي لطاقة الروابط وأطوالها وخصائص المرونة للألماس [4].

تم استخدام الحوسبة في تصميم نموذج رياضي يحاكي الأذين في قلب الإنسان؛ لدراسة تأثير توازن أيون الكالسيوم على الأمراض القلبية واستنادا إلى نتائج المحاكاة تم الوصول إلى أن النموذج يوفر فكرة مهمة عن تأثير النسب المختلفة للأيون مع وصف دقيق من الناحية الفيزيائية لخلايا الأذين تم تصنيف النموذج كأداة فعالة كذلك أقترح تصميم نماذج تحاكي القلب والانسجة [5].

تمت دراسة خصائص جزيئات الكربوهيدرات المرتبطة برابطة α-1,4)) في المحلول

استخدم الماء لمحاكاة محلول المالتوز والسيكلو دكسترنات (CDs)، ثم تم حساب متوسط المسافات بين ذرات الهيدروجين والهيدروكسيل واختبار مدى تعقيد الحلقة للجزيئات الكبيرة ومدى استقرار الروابط فيها، نتائج الدراسات تم نقلها واختبارها وأظهرت اتفاق ممتاز مع النتائج التجريبية.[6]

أجريت دراسة حوسبية وتجريبية علي المعقدات الناتجة من دمج bromoadomant-1 مع اكثر السكلودكسترينات شيوعاCDs) γ α, β,) تم إجراء النمذجة الجزيئية ومحاكاة المعقدات المحتملة كذلك حساب طيفNMR لتحديد نسب المركبات في كل معقد، تم تبني نتائج الدراسة وحسابها تجريبيا توافقت النتائج مع الاستنتاجات التجريبية [7].

تضمنت دراسة خصائص المعـقد المتكـون بين β_CDو _dinitrophenol2,6 حساب ثابت الارتباط للمعقد وحساب G∆ والتي تشير إلى أن التفاعل عملية تلقائية تم وصف المعقد الناتج بواسطة الطرق الشبه تجريبية (sesiempirical) والطرق الكهروكيميائية كذلك بأجهزة XRDوHNMR و UV_Visنتائج المعقد الذي تم الحصول عليها كانت مطابقة مع النتائج التي تم الحصول عليها من الطرق التجريبية [8].

استنادا إلى ما اثبتته الحوسبة الكيميائية من نجاح نتائجها ودقة قياساتها تجريبيا تم استخدام برامجها وحساباتها في هذه الدراسة التي تشمل مركب بيتا سيكلوديكسترين β_CD)) ومركب الألين.

1.1. مميزات السايكلو دكسترينات (CDs)

تستخدم (CDs) في الكثير من التطبيقات الزراعية والصناعية والكيميائية والطبية وذلك لما تتميز به من تأثيرات على طبيعة المركبات المضافة أثبتت بالعديد من الدراسات التي يمكن تلخيصها فالاتي:

تعزيز القابلية للذوبان: الأقراص المدمجة تزيد من قابلية الذوبان المائي للعديد من الأدوية غير القابلة للذوبان من خلال تشكيل معقدات تتضمن المادة الفعالة(الضيف) محاطة بـــجزيئات ((CD، يخفي المعقد الناتج معظم المجموعات الوظيفية ضمن التجويف الداخلي من القرص المضغوط في حين أن مجموعات هيدروكسيل الماء على السطح الخارجي لاتزال معرضة للبيئة مثل تغير ذوبانية 5_ فلورو يورايسيل عند تكوين معقدات مع جزيئات β_CDs), (α بشكل ملحوظ أدى لرفع كفاءته كعلاج للقولون وسرطان المعدة حيث كان التأثير الصافي هو تشكيل العقار القابل للذوبان في الماء [9].

تعزيز التوافر البيولوجي: عندما يكون الدواء مدمج مع CD، فان ذلك يؤدي إلى تعزيز امتصاصها عن طريق الجلد أو المستقيم [10].

تحسين الاستقرار: دمج المواد الفعالة مع CD هو تطبيق هائل في تحسين الاستقرار الكيميائي والفيزيائي والحراري للأدوية، حيث يتم حماية المواد داخل تجويف القرص المضغوط بالتالي يمنع وصول المتفاعلات اليها مثل الماء والأكسجين والاشعاع والحرارة كما أثبت في دراسة تأثير دمج β_CD مع مضادات الأكسدة في القهوة حيث زاد تكويـن المعقدات من استقرارها فالطور المائي [13]؛ أيضا أثبتت الدراسات الحرارية زيادة الاستقرارية الحرارية للــ andrographolide عند تكوين معقد مع β_CD [11].

الحد من تهيج: المواد الفعالة التي تهيج المعدة والجلد أو العين يمكن أن تكون مغلفة داخل تجويف CD للحد من تأثيرها المهيج، حيث ينفصل الـ CD تدريجيا ويتم تحرير الدواء وامتصاصه في الجسم وتركيزه يبقى دائما أقل من المستويات التي قد تكون مزعجة في الغشاء المخاطي؛ مثل الانفصال التدريجي لـ β_CD عن النيترو بنزين [12].

الوقاية من عدم التوافق: العقاقير غالبا ما تكون غير متوافقة مع بعضها البعض أو مع غيرها من المكونات غير النشطة الموجودة في الصيغة، يؤدي تغليف المواد غير المتوافقة داخل جزيء CD إلى تثبيط التفاعل الجانبي من خلال فصل المكونات [13].

إخفاء الرائحة والطعم: الرائحة الكريهة والمذاق المر للأدوية يمكن التخلص منه من خلال الدمج مع CD في الأقراص المدمجة، والأدوية الناتجة لا تحتوي على طعم أو رائحة او تكون رائحتها قليلة وأكثر قبولا لدى المريض، وتمت الاستفادة من هذه الميزة أيضا في تركيب مواد حافظة للأغذية مثل الكوبوليمر المكون بين β_CD وايثيلين فينيل الكحول [14].

فوائد مناولة المواد: المواد مثل الزيوت/ السوائل في درجة حرارة الغرفة يمكن أن يكون من الصعب التعامل معها وصياغتها في شكل الجرعة الصلبة المستقرة يؤدي دمجها كأقراص مدمجة مع CD إلى تحويل هذه المواد إلى مساحيق صغيرة أو غير متبلورة يمكن معالجتها بسهولة وصياغتها في أشكال جرعة صلبة من خلال عمليات الإنتاج التقليدية والمعدات الخاصة [15].

يعتبر CDذو كفاءة عالية لتكوين المركبات المعقدة وخصائص المواد التي تكونه يمكن تعديلها بشكل ملحوظ، وظاهرة التركيب الجزيئي تستخدم بشكل واسع في المنتجات الصناعية والتقنيات والطرق التحليلية فهو مفيد جدا في نقل الجزيئات، ويستخدم للتحكم في اضطرابات الخصائص الفيزيائية والكيميائية للجزيئات العضوية الكارهة للماء فالمحاليل المائية وهو قادر على الاندماج بمعدل عالي مع الجزيئات المضافة المعتمدة على الهيدروفيلك والشكل الهندسي.

النوع المستخدم في هذه الدراسة هو(β_CD) كمركب مضيف وتم استخدام الألين أحد مكونات الثوم كمركب ضيف بسبب أهميته الطبية.

2.1. الثــوم Garlic:

نبات عشبي ثنائي الحول من جنس الثوم من الفصيلة الثومية تتكون نبتة الثوم من فصوص مغلقة بأوراق سلولوزية شفافة تحفظها من الجفاف يعرف علميا بانه Allium sativum تنتشر زراعته في جميع انحاء العالم [14].

تحتوي حبة الثوم على كبريتات الجليكوسد، زيوت طيارة، خليط متجانس من أكسيد الأليل والكبريت والسيليلوز واليود ومركبات الكبريت كمادة الألين، الأجوين، الأليسين، الأليلبروبيل، الأحماض الأمينية، الأملاح المعدنية ومن أهمها السيلينيوم كذلك مجموعة من الإنزيمات منها ميروسيناز، أليناز وغيرها ويحتوي علي العديد من العناصر الغذائية [15]

1.2.1. أهمية الثوم الطبية:

يعتبر الثوم من أقدم الأعشاب المستخدمة في الطب واستخدم قديما بكثرة على أساس التجربة حاليا بعد تحليل تركيب الثوم وإجراء التجارب الاختبارية تم إثبات خواص الثوم العلاجية منها:

الكوليسترول وضغط الدم: يخفّض من مستوى الكوليسترول الضار في الدم ويخفّض من ارتفاع ضغط الدم [16] عن طريق رفع إنتاج أكسيد النيتريك الذي يعمل على توسيع وارتخاء الأوعية الدموية [17] وتعتبر هذه الميزة العلاجية هي الأكثر شيوعاً للثوم ويساعد على حماية الأوعية الدموية من الانسداد؛ لذلك له قدرة على منع حدوث الجلطات القلبيّة والجلطات الدماغية، وأيضاً ينظّم دقات القلب فيجعلها تحافظ على معدلها الطبيعي [18].

مكافحة الأمراض المعدية: استخدم الثّوم منذ قرون لعلاج الكثير من الأمراض المعدية التي تشمل العديد من أنواع البكتيريا والفيروسات والفطريات، وفي الأبحاث الحديثة وجد أن للثوم آثاراً فعّالةً في محاربة العديد من أنواع البكتيريا الموجبة والسالبة، حيث إن مادة Allicin تقاوم إنزيمات البكتيريا، ولذلك تستخدم كعلاج لداء الجاريا الطفيلي الذي يصيب الجهاز الهضمي مسبباً العديد من الأعراض، كما وجد له دور فعّال في محاربة العديد من أنواع الفطريات[19].

الوقاية والعلاج من السرطان: الثوم يحتوي على العديد من المركّبات المحاربة للسرطانً منها المواد المحضرة بالمستخلصات الزيتية مثل مادة (دياليل) التي لها دورٌ فعّال في مُحاربة خلايا سرطان الثدي، حيث أن معدّل نمو الخلايا السرطانية يقل باستخدام الثوم، كما استنتج المعهد الوطني الأمريكي أن الثوم هو أعلى المواد الغذائية احتواءً للمواد المحاربة للسرطان [20] في التجارب الحيوانية، وجد أثر الثوم ومكوناته في منع تطور الخلايا السرطانية في الأورام المحفزة كيميائياً في كلّ من: سرطان الكبد والقولون البروستات والمثانة [21]، الغدد اللبنية والمريء والرئة والجلد والمعدة كما أن الثوم يرفع من قدرة جهاز المناعة على محاربة الخلايا السرطانية [22].

الثوّم وداء السكري: وجدت العديد من الدراسات على حيوانات المختبر أثراً فعّالاً للثوم في تخفيض مستوى سكر الجلوكوز في الدم، وتخفيض كوليسترول ودهون الدم في حيوانات التجارب المصابة بالسكري [25]، غير أن أثر نتائج الدراسات التي أجريت على الإنسان لا زالت متضاربة في أثره على سكر الدم، إلا أنّها أوضحت أثراً فعّالاً له في محاربة الكوليسترول ودهون الدم في الأشخاص المصابين بالسكري [26] أن تناول مستخلص الثوم مع دواء السكري (الميتفورمين) يخفّض من سكر الدم بشكلٍ أكبرٍ من الميتفورمين وحده، كما أن لمستخلصات الثوم أثرا فعالا في تحسين حالات مقاومة الإنسولين.

الثّوم ومحاربة الصلع: هناك بعض الدلائل العلمية على فائدة الثوم في تحسين نموّ الشعر من خلال استخدامه كمستحضر موضعيّ مع غيره من المستحضرات؛ حيث إنّه يساعد في محاربة مرض الثعلبة.

الثّوم وفطريات الجلد: يستعمل البعض زيت الثوّم على بشرته لعلاجِ الالتهاب الفطريّة ذلك لأنّه يعمل على تجديد الخلايا والأنسجة التالفة في الجلد ويقتل الفطريات [25].

محاربة الشيخوخة: للثوم دور مثبت كمضاد أكسدة يحمي الخلايا ويحارب شيخوختها المبكرة [26، 27].

.2.12. التأثيرات السلبية للثوم وتفاعله مع الأدوية:

بشكل عام يعتبر تناول الثوم بكميّاتٍ متوسطة مع الطعام آمناً ولا تنتج عنه سمية أو آثار سلبية، ولكن هناك بعض الحالات التي تنتج عنها آثار سلبية في حال تناوُل كميّات علاجيّة أو حبوب مستخلصات الثوم ومن أبرزها:

تناول خمسة فصوص من الثوم أو أكثر في اليوم الواحد قد يُسبّب حرقةً في المعدة أو شعوراً بالانتفاخ، نظرا للأثر الفعّال للثوم على تقليل تكون الجلطات يجب أخذ الحيطة عند تناوله مع الأسبرين أو أيّ من الأدوية المضادة للتخثر كذلك بسبب التأثير الملحوظ للثوم في تخفيض الكوليسترول والضغط ودهون الدم، يجب أخذ الحيطة عند تناول كميّات علاجية منه من قبل الأشخاص الذين يتناولون أدوية الضغط والكوليسترول وأخيرا يجب عدم تناول الثوم أثناء تعاطي دواء فيروس نقص المناعة المكتسبة (ساكوينافير) حيث يثبط الثوم بمقدار فصين فقط من فعالية هذا الدواء بنسبة 51%. [29, 28]

1.2.3. مادة الألـين 2_amino-3-prop-2-enylsulfinylpropanoicacid (C6H11O3NS)

هي المكون الأساسي للثوم وأهم المواد الفعالة فيه مشتق من حمض السيستين المكون من الثوم، ويتم تحويله بواسطة انزيم allinase إلى allicin والذي يضفي رائحة ونكهة لاذعة عند سحق الثوم.

 

الألين له خصائص واضحة لمكافحة السرطان [23] وأمراض الكبد [30] والقضاء على عدوى الجراثيم، ومكافحة ارتفاع ضغط الدم، وأنشطة القلب المفرطة والأكسدة [18] وتثبيط التخليق الحيوي للكوليسترول.

Alliin وإنزيم alliinase هي مستقرة جدا حراريا وهي أيضا مستقرة عندما تجف وبالتالي يمكن الحصول عليها كمساحيق مجففة والاستفادة منها في تركيب الأدوية بعد حساب احتمال تكوينها حوسبيا.

للحصول على مركب حوسبي احتمالي كدواء مركب بين الناقل والمادة الفعالة (_CD__Alliin β) تم تطبيق حساب جهد الطاقة الكلية الخارجية.

3.1. جهد الطاقة الكلية الخارجية potential energy surface scan:

الطاقة واحدة من أكثر المفاهيم أهمية في العلوم تحليل قيم الطاقة يمكننا من التنبؤ بالعمليات الجزيئية والتفاعلات المحتمل أن تحدث، كل تقنيات الكيمياء الحاسوبية تعطي الطاقة اعتمادا على حقيقة أن النظام الأقل طاقة أكثر استقرار وهكذا يتوافق شكل الجزيء لتكوين شكل بأقل طاقة[2].

يتم فحص جهد الطاقة باستخدام حسابات النقطة الواحدة والتحسينات الهندسية ومحاكاة الديناميكا الجزيئية حيث يعطي هذا المفهوم الطاقة ومشتقات الطاقة مثل القوة على الذرات التي تكون لازمة لإنتاج وفحص الطاقة الكامنة للسطوح.

يمكن تحليل قيم الحساب لتحديد معلومات عن النظام الكيميائي تعتبر الأكثر اكتمالا لجميع المتطابقات والايزومرات والحركات التي يمكن الوصول إليها بشكل فعال في النظام وكذلك نقطة الانتقال(انظر الملحق).

حيث لا يمكن الوصول إلى الجزيء المستقر من خلال حساب نموذج واحد لذلك يجب التحقيق في مجموعة من الهياكل المحتملة والقيام بحساب جهد الطاقة للسطح المرتبطة بالمواقع النووية؛ التي تمثل شبكة من النقاط على السطح، ثم يتم تحديد الهيكل الأكثر استقرارا بتحليل النتائج.

تم إجراء هذه الدراسة للتنبؤ بإمكانية وظروف تداخل مادة الالليين مع مركب بيتاسايكلو ديكسترين عند اكتر الوضعيات استقرارا.

2. طريقة العمل:

1.2. المرحلة الأولى رسم البنية التركيبية للجزيئات:

الصيغ الكيميائية للجزيئات β-CDوAlliin أخدت من قاعدة بيانات كامبردج للتراكيب Cambrige Structural Database CSD)) وتم بنائها وعرضها باستخدام GaussView software والتراكيب تم تحسينها حوسبيا باستخدام طريقة العمل COMPUTE àGeometry Optimization المتاحة في برنامج Hyper Chem Professional.

التحسين الهندسي:

أن الصيغ المرسومة تحمل نسبة أخطاء عالية من ناحية أطوال الروابط وتموضع المجموعات الوظيفية، بالتالي اجراء الحسابات عليها سيؤدي إلى نتائج غير معتمدة، لذلك يعد التحسين الهندسي من أهم الخطوات لدعم دقة الحساب، بتطبيقه يتم تغير تموضع الجزيء المرسوم حتى يصل إلى أفضل هيكل مستقر عند أدنى حالة للطاقة ويعتمد التحسين على خوارزميات ومعادلات هندسية صممت خصيصا لتحاكي سلوك الذرات داخل تركيب الجزيئات المختلفة [31].

2.2. المرحلة الثانية تكوين العينات الحوسبية:

  

شكل (1) نماذج مركب الألين والبيتاسيكلوديكسترين قبل الدمج.

تم دمج المركب المضيفCD_ βوالمركب الضيف الألين لتكوين المعقد المدرج بينهما (Alliin_β_CD) باستخدام بيئة برنامج Hyper Chem Professional.

تم الدمج في صورة نموذجين النموذج Aتم فيه إدخال الألين من المجموعة (OH) داخل تجويف _CD β والنموذج B تم فيه ادخال لألين من المجموعة (CH2) داخل تجويف _CD β وتم هدا الدمج عند مستويات مختلفة للمسطرة الكيميائية عددها 11مستوى لكل منها 8 زوايا تم تدوير المعقد حولها بنظام بالتالي اجمالي العينات هو 176 عينة حوسبية.

شكل 2. الدمج النهائي بين المركبين.

عملية تكوين المعقدات تمت بالإعتماد على تثبيت المضيف عند الزاوية صفر للمستوى الأول بحيث تتطابق المحاور (X,Y,Z) على الزوايا الثمانية للمسطرة باستخدام أدوات HyperChem يكون مركز الزوايا والمحاور هو التجويف المركزي للمضيف، جزيئات الألين أدخلت في تجويف المضيف من خلال مجموعة (OH) بطول المحور Z بالنسبة لعينات النموذج A ومن خلال المجموعة (CH2) للنموذج Bعملية الادخال تمت لزيادة التفاعل الإلكتروستاتيكي والتفاعل الكاره للماء بين المضيف والضيف، نماذجالمعقد المتعددة نتجت من حركة الضيف عبر المستويات من 1- 11 والدوران بثمان زوايا من o0 – 315o حول المحاور الداخلية.

3.2. طريقة الحساب:

تمت الحسابات باسخدام برنامج Gaussian03 تم اتباع الخطوات التالية لحساب جهد الطاقة الخارجية.

  • Calculate ←job type ← Scan
  • Method←Semi empirical ←PM3

Semi empirical (ii:

الطرق الشبه تجريبة تجمع بين فيزياء الكم والقياسات التجريبة المستمدة من التجارب اعتمد فيها عدد من التقريبات من أجل تسريع عملية الحساب هي أسرع من حسابات (ab initio) الرياضية أكثر هذه الطرق استخداما هي (PM3,NNDO,AM1) تستخدم لدراسة الطاقات الجزيئة والذرية والعزم ثنائي القطب وبعض الاطياف الإلكترونية وغيرها من الخصائص، تعد أنسب الأساليب لدراسة الأنظمة متوسطة الحجم (مئات الذرات) والأنظمة التي تحتوي على انتقال الكتروني [2، 34].

PM3 (iii:

Parameterization method 3 هو مقياس ثلاثي الأبعاد فراغي المحاور (x,y,z) من ضمن طرق Semi empirical الأكثر شيوعا للأنظمة العضوية، يستخدم لحساب المحتوى الحراري للتكوين والطاقة الكلية وأطوال الروابط وزوايا الروابط الهيدروجينة هوأكثر دقة من طرق Semi empirical الأخرى المستخدمة لنفس هذه الحسابات مثل MP1, MNDO)) [2,32].

لحساب طاقة الترابط للنموذج المحدد تم استخدام نفس القياسات مع تغيير في نوع العمل

  • optimization ← job type ← Calculate

تم تكوين طيف الرنين النووي المغناطيسي لأفضل نموذج باستخدام طريقة:

  • NMR ← job type ← Calculate
  • Hartree_fock ← Method

3. النتائج والمناقشة:

3.1. حساب جهد طاقة الجزيئات المنفردة:

أظهرت النتائج أن جهد الطاقة لجزيئβ_CD والألين كانت تساوي(2.2941256-) (0.1618481-) هارتري على التوالي.

غالبا ما تكون قيم الطاقة الأكثر دقة هي الطاقات النسبية التي تم الحصول عليها عن طريق طرح اجمالي الطاقات الأولية من نتيجة الحسابات الابتدائية؛ والناتج هو الطاقة النهائية بالتالي فإن الفرق في الطاقة بين المتشاكلات وكذلك طاقات التفكك يمكن حسابها بغاية الدقة.

تم حساب طاقة المعقدات (E) لهياكل الطاقة الدنيا بالمعادلة التالية:

E = Ecomplex – (Eβ_CD + EAllin)

حيث تمثل E طاقة الرابطة النهائية, Ecomplex طاقة المعقد الابتدائية (أنظر الملحق) β_CD E, EAlliin, تمثل طاقات جزيء المضيف وجزيء الضيف المنفردة على التوالي.

حجم تغير الطاقة هو مؤشر على القوة الدافعة نحو تكوين المعقد وكلما زاد التغير السلبي لتغير الطاقة، كلما كان الدمج عند هذا المستوى هو الأكثر استقرارا [33].

2.3. نتائج حساب جهد الطاقة الخارجية لعينات النموذج A:

أوضحت نتائج جهد الطاقة المحسوبة للنموذج A والموضحة فالجدول2 والشكل (14) أن أقل قيمة لجهد الطاقة هي (Ha 0.0285553-) في المستوي 1 عند الزاوية 180o.

الجدول(1) قيم جهد الطاقة النهائية لمتراكب (Alliin_ β_CD) المدمج عبر مجموعةOH (النموذج (A حول الزوايا من o 0315o محسوبة بمحاكاة برنامج القاوسيان 03G بوحدة Hartree.

من الجدول (1) نلاحظ الاختلافات الدقيقة في قيم جهد الطاقة من مستوى إلى أخر ومن زاوية إلى أخرى، وهذا يوضح تأثير المحاكاة عند زوايا ومستويات مختلفة في الطاقات السطحية الناتجة من التداخل والتجاذب الفيزيائي بين ذرات المعقد، في الشكل (3) سنوضح أقل قيم لجهد الطاقة في النموذج A.

شكل (3( منحنى قيم الطاقة لمتراكب (Alliin, β -CD) للمجموعة المدخلة OHعند زوايا من 0o315o.

3.3. نتائج حساب جهد السطح المحتمل لعينات النموذج B:

أوضحت نتائج جهد الطاقة المحسوبة للنموذجB والموضحة فالجدول 2 والشكل (4) أن أقل قيمة لجهد الطاقة هي (Ha0.0407379-) في المستوي 9 عند الزاوية225o.

الجدول (2) قيم جهد الطاقة النهائية لمتراكب β_CD) (Allin المدمج عبر مجموعة CH2(النموذجB )حول الزوايا من o 0إلى 315o محسوبة بمحاكاة برنامج القاوسيان 03G بوحدة Hartree

الجدول (2) يوضح أيضا الاختلافات في قيم جهد الطاقة من مستوى إلى أخر ومن زاوية إلى أخرى، في الشكل (4) سنوضح أقل قيم لجهد الطاقة في عينات النموذج.B

 

شكل (4) منحنى قيم الطاقة لمتراكب (Alliin, β -CD) للمجموعة المدخلة CH2عند زوايا من 0o إلى 315o.

من خلال نتائج الجداول (1) و(2) والأشكال (3) و(4) نجد أن النموذج B في المستوى 9 عند الزاوية 225o أفضل نموذج للمعقد المدرج β_CD) _ (Alliinلأن له أقل جهد سطحي يساوي kcal\mol) 25.563423661 (-

نتيجة حساب طاقة الترابط لنفس النموذج كانت (ha2.4622082-) تساوي kcal\mol) 1545.0593025-) القيمة المنخفضة تؤكد استقرار المعقد.

الاشكال (5) و(6) توضح أطياف الرنين النووي المغناطيسي C_NMR)) (H_NMR) لـنفس النموذج.

شكل (5) طيف الرنين النووي المغناطيسي للكربون

شكل (6) طيف الرنين النووي المغناطيسي للهيدروجين

 

حيث يظهر الطيف معقد بسبب كبر حجم المركب، نتيجة تفسير الطيف تعطي البنية الجزيئة والهيئة الفراغية المتوقعة كما فالشكل (18) أيضا هذه النتيجة الحوسبية تشير بوضوح إلى تكوين معقد β_CD) _ (Alliinعند هذه القياسات التحت ذرية.

أقرب مسافة تداخل كانت على بعد 8.55034 انجستروم بين ذرة الهيدروجين رقم 147 في β_CD وذرة الهيدروجين رقم 163 في الألين.

 

شكل (7) النموذج النهائي لأفضل قياس حوسبي مستقر للمعقد المدرج ((β _CD_Alliin للمجموعة CH2المدخلة في المستوى التاسع عند الزاوية 225o

4. الخلاصة:

تم تحديد أفضل هيكل مستقر للمعقد وكان ضمن عينات النموذجB التي أعدت بإخال مجموعةCH2 تحديدا في المستوى التاسع عند الزاوية 225o؛ وكانت قيمة الطاقة kcal\mol) 25.563423661 (-بمسافة تداخل كانت على بعد 8.55034 انجستروم بين ذرة الهيدروجين رقم 147 في β_CD وذرة الهيدروجين رقم 163 في الألين مخطط NMR يتنبأ بالهيكل الفراغي للمعقد، حيث لم يحث تفاعل بين المركبين فان نوع الإضافة عبارة عن تداخل فيزيائي وهذا الناتج يعطي إمكانية أكيدة لاستخدام المعقد كدواء.

5. التوصيات

  • نقل نتائج هذه الدراسة للتطبيق المباشروتكوين معقد فعلي.
  • استخدام الحوسبة الكيميائية كمجال للبحث للتأكد من احتمالية حدوث التفاعلات توفيرا للوقت والجهد والتكلفة.
  • استخدام مركبات أخرى كمركبات مضيفة غير السايكودكسترين للخوض في الدراسات الفوق جزيئية (المضيف الضيف)
  • الاتجاه إلى طب الأعشاب لتركيب الأدوية البديلة للكيماويات.

6. قائمة المراجع:

  1. CHEM, E.N.C.H., HyperChem Computational Chemistry, in Practical Guide Theory and Methods, I. Hypercube, Editor 1996: CANADA. p. 366.
  2. Young, D., Computational chemistry: a practical guide for applying techniques to real world problems. 2004: John Wiley & Sons.
  3. Liu, B., Ab initio potential energy surface for linear H3. The Journal of Chemical Physics, 1973. 58(5): p. 1925-1937.

 

  1. Brenner, D.W., et al., A second-generation reactive empirical bond order (REBO) potential energy expression for hydrocarbons. Journal of Physics: Condensed Matter, 2002. 14(4): p. 783.
  2. Koivumäki, J.T., T. Korhonen, and P. Tavi, Impact of sarcoplasmic reticulum calcium release on calcium dynamics and action potential morphology in human atrial myocytes: a computational PLoS computational biology, 2011. 7(1): p. e1001067.
  3. Momany, F.A. and J. Willett, Computational studies on carbohydrates: solvation studies on maltose and cyclomaltooligosaccharides (cyclodextrins) using a DFT/ab initio-derived empirical force field, AMB99C. Carbohydrate research, 2000. 326(3): p. 210-226.
  4. Ivanov, P., D. Salvatierra, and C. Jaime, Experimental (NMR) and computational (MD) studies on the inclusion complexes of 1-bromoadamantane with α-, β-, and γ-cyclodextrin. The Journal of organic chemistry, 1996. 61(20): p. 7012-7017.
  5. Srinivasan, K., et al., Spectroscopic and electrochemical studies on the interaction of an inclusion complex of β-cyclodextrin with 2, 6-dinitrophenol in aqueous and solid phases. Journal of Molecular Structure, 2013. 1036: p. 494-504.
  6. Di Donato, C., et al., Alpha-and beta-cyclodextrin inclusion complexes with 5-fluorouracil: characterization and cytotoxic activity evaluation. Molecules, 2016. 21(12): p. 1644.
  7. Rasheed, A. and S.S. VVNS, Cyclodextrins as drug carrier molecule: a review. Scientia Pharmaceutica, 2008. 76(4): p. 567-598.
  8. Zhao, D., et al., Study of the supramolecular inclusion of β-cyclodextrin with andrographolide. Journal of inclusion phenomena and macrocyclic chemistry, 2002. 43(3-4): p. 259-264.
  9. Chen, M., G. Diao, and E. Zhang, Study of inclusion complex of β-cyclodextrin and nitrobenzene. Chemosphere, 2006. 63(3): p. 522-529.
  10. Tiwari, G., R. Tiwari, and A.K. Rai, Cyclodextrins in delivery systems: Applications. Journal of Pharmacy and Bioallied Sciences, 2010. 2(2): p. 72.
  11. López-de-Dicastillo, C., et al., Immobilization of β-cyclodextrin in ethylene-vinyl alcohol copolymer for active food packaging applications. Journal of Membrane Science, 2010. 353(1-2): p. 184-191.
  12. Bayan, L., H. Koulivand, and A. Gorji, Garlic: a review of potential therapeutic effects. Avicenna journal of phytomedicine, 2014. 4(1): p. 1.
  13. . حسن, أ.د.أ.ع.ا., إنتاج خضر المواسم المعتدلة والباردة في الأراضي الصحراوية سلسلة العلم والممارسة لإنتاج الخضر في الأراضي الصحراوية 2013, القاهرة: الدار العربية للنشر والتوزيع. 114.
  14. Ried, K., Garlic Lowers Blood Pressure in Hypertensive Individuals, Regulates Serum Cholesterol, and Stimulates Immunity: An Updated Meta-analysis and Review, 2. The Journal of nutrition, 146(2): p. 389S-396S.

 

  1. Ilmawati, R.R., A.Z. Amin, and M. Amin, Alliin as a Natural Bioactive from Single Bulb Garlic (Allium sativum) for Nitric Oxide (NO) Increasing in Atherosclerotic Process Based on Insilico Screening. Biology, Medicine, & Natural Product Chemistry, 2017. 6(2): p. 59-62.
  2. Lawson, L.D., D.K. Ransom, and B.G. Hughes, Inhibition of whole blood platelet-aggregation by compounds in garlic clove extracts and commercial garlic products. Thrombosis research, 1992. 65(2): p. 141-1
  3. Ross, Z., et al., Antimicrobial properties of garlic oil against human enteric bacteria: evaluation of methodologies and comparisons with garlic oil sulfides and garlic powder. Applied and environmental microbiology, 2001. 67(1): p. 475-480.
  4. Nicastro, H.L., S.A. Ross, and J.A. Milner, Garlic and onions: their cancer prevention properties. Cancer prevention research, 2015: p. canprevres. 0172.2014.
  5. Kim, W.T., et al., Garlic extract in bladder cancer prevention: Evidence from T24 bladder cancer cell xenograft model, tissue microarray, and gene network analysis. International journal of oncology, 2017. 51(1): p. 204-212.
  6. Arreola, R., et al., Immunomodulation and anti-inflammatory effects of garlic compounds. Journal of immunology research, 2015.
  7. Uddandrao, V.S., P. Brahmanaidu, and G. Saravanan, Therapeutical perspectives of S-allylcysteine: effect on diabetes and other disorders in animal models. Cardiovascular & Hematological Agents in Medicinal Chemistry (Formerly Current Medicinal Chemistry-Cardiovascular & Hematological Agents), 2017. 15(2): p. 71-77.
  8. Oboh, G., et al., Inhibitory Effect of Garlic, Purple Onion, and White Onion on Key Enzymes Linked with Type 2 Diabetes and Hypertension. Journal of dietary supplements, 2018: 1-14.
  9. Mukthamba, P. and K. Srinivasan, Hypolipidemic and antioxidant effects of dietary fenugreek (Trigonella foenum-graecum) seeds and garlic (Allium sativum) in high-fat fed rats. Food Bioscience, 2016. 14: p. 1-9.
  10. الحمروني, أ.م. and ا.د.ع.ا.ع.ا. العوزي, الدراسىة الكيميانباتية والفائدة الغدائية والتأثير المضاد للأكسدة والتأثير المضاد للميكروبات لنبات الثوم الأسود, 2015, جامعة طرابلس.
  11. Abebe, W., Herbal medication: potential for adverse interactions with analgesic drugs. Journal of clinical pharmacy and therapeutics, 2002. 27(6): p. 391-401.
  12. Izzo, A.A. and E. Ernst, Interactions between herbal medicines and prescribed drugs. Drugs, 2001. 61(15): p. 2163-2175.
  13. Zou, L., et al., Garlic and Liver Diseases, in The Liver. 2018, Elsevier. p. 337-347.
  14. Lewars, E.G., Computational chemistry: introduction to the theory and applications of molecular and quantum mechanics. 2010: Springer Science & Business Media.

 

  1. Tetko, I.V., et al., Virtual computational chemistry laboratorydesign and description. Journal of computer-aided molecular design, 2005. 19(6): p. 453-463.
  2. Frisch, M., et al., Gaussian 03, revision C. 02. 2008.

 

 

 

 

==> أرسل بحثك <==