Μελέτη στοιχειωδών χημικών φαινομένων (ισομερισμός - διάσπαση - μεταφορά ενέργειας) σε βιολογικά μακρομόρια με τεχνικές κβαντικής και κλασικής μηχανικής

Abstract

By means of quantum and molecular mechanics methods, the interactions between amino and carbon nanotubes are studied. During the last decade, carbon nanotubes (Carbon Nanotubes – CNTs) are of considerable interest due to their possible implementation in nanomedicine. It has been reported in many studies, that poly-peptides may be functionalized with CNTs, without loosing their immunological properties. The potential curves for the interactions between various amino acids and: a) CNTs and Silicon Carbide nanotubes, are calculated by applying Density Functional Theory (DFT). In other words, bonding and physical sorption are examined in small and large distances from the surface tubes. Furthermore, a suitable force field is developed, which can describe the interactions between amino acids and CNTs. The potential is based on the MM3 force field, as implemented in the TINKER molecular package. Some modifications in the original MM3 parameters are done. In all cases, quantum mechanics calculations are performed, in order to extract the new parameters.

Με τη χρήση μεθόδων κβαντικής και μοριακής μηχανικής γίνεται μελέτη της αλληλεπίδρασης μεταξύ αμινοξέων και νανοσωλήνων άνθρακα. Την τελευταία δεκαετία οι νανοσωλήνες άνθρακα (Carbon Nanotubes – CNTs) έχουν προσελκύσει μεγάλο ερευνητικό ενδιαφέρον λόγω της πιθανής τους χρήση στη νανο-ιατρική. Σε αρκετές μελέτες έχει αναφερθεί η προσθήκη πολυπεπτιδίων τόσο στο εσωτερικό όσο και στο εξωτερικό των νανοσωλήνων, χωρίς απώλεια της βιολογικής τους δράσης. Με τη χρήση της θεωρίας του συναρτησιακού της πυκνότητας ( DFT – Density Functional Theory ) σχεδιάζονται οι καμπύλες δυναμικού διαφόρων αμινοξέων σε: α) νανοσωλήνες καθαρού άνθρακα και β) νανοσωλήνες καρβιδίου του πυριτίου. Δηλαδή, ερευνάται το είδος και η φύση της αλληλεπίδρασης τόσο σε μικρές όσο και σε μεγάλες αποστάσεις από την επιφάνεια των νανοσωλήνων. Στη συνέχεια, θα σχεδιαστεί ένα Πεδίο Δυνάμεων κατάλληλο να περιγράψει τις αντιδράσεις μεταξύ αμινοξέων και νανοσωλήνων. Το Πεδίο Δυνάμεων βασίζεται στο υπάρχον Δυναμικό MM3- 2000, όπως υλοποιείται στο ανοικτού κώδικα πρόγραμμα TINKER. Για την περιγραφή των αντιδράσεων είναι αναγκαία η τροποποίηση ή προσθήκη ορισμένων νέων παραμέτρων μοριακής μηχανικής. Απαραίτητη προϋπόθεση για την ρύθμιση των παραμέτρων είναι ο υπολογισμός με χρήση κβαντοχημικών μεθόδων των ενεργειακών καμπύλων αντίδρασης των αμινοξέων με τους σωλήνες.