NANOSYSTEMS: PHYSICS, CHEMISTRY, MATHEMATICS, 2021, 12 (5), P. 612–622
Structural and energetic analysis of cyclic peptide-gold nano-drug delivery system: a DFT study
B. Khoshbayan – Department of Chemistry, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran; bahareh.khoshbayan@gmail.com
A. Morsali – Department of Chemistry, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran; almorsali@yahoo.com
M. R. Bozorgmehr – Department of Chemistry, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran; mr_bozorgmehr@yahoo.com
S. A. Beyramabadi – Department of Chemistry, Mashhad Branch, Islamic Azad University, Mashhad, Iran; abeyramabadi@gmail.com
By applying cyclooctaglycine model for cyclic peptide (CP) and cluster Au6 model for gold nanoparticles (GN), seven different configurations of cyclic peptide-gold nanoparticles (CPGN) with 5-fluorouracil (FU) were investigated. Binding energies, quantum molecular descriptors, and solvation energies in the aqueous solution and gas phase were studied at the density functional level of M06-2X/6-31g(d, p). Solvation energies indicate that the solubility of FU increases in CPGN/FU1-7. This subject is considered a key factor for drug transfer, so CPGNs can be used as an appropriate drug delivery system. The large negative values of calculated binding energies show the stability of CPGN/FU1-7 structures, and quantum molecular descriptors, such as electrophilicity (ω) and global hardness (η) indicate that the reactivity of FU in CPGN/FU1-7 structures increases. AIM calculations for all structures also show that intermolecular hydrogen bonding and Au-drug interactions play an important role for this drug delivery system.
Keywords: 5-fluorouracil, AIM, drug delivery, DFT, cyclic peptide-gold nanosystem.
PACS 78.67.-n, 78.67.Ch
DOI 10.17586/2220-8054-2021-12-5-612-622
[In Russian] Хошбаян Б., Морсали А., Бозоргмехр М.Р., Бейрамабади С.А.
Структурный и энергетический анализ циклической системы доставки нанолекарств пептид-золото: исследование DFT
Применяя модель циклооктаглицина для циклического пептида (CP) и модель кластера Au6 для наночастиц золота (GN), исследовали семь различных конфигураций циклических систем пептид-наночастиц золота (ЦПГН) с 5-фторурацилом (FU). Энергии связи, квантовые молекулярные дескрипторы и энергии сольватации в водном растворе и газовой фазе изучались на уровне функционала плотности M06-2X/6-31g(d, p). Энергии сольватации указывают на то, что растворимость FU увеличивается в CPGN/FU1-7. Этот субъект считается ключевым фактором для передачи лекарств, поэтому CPGN можно использовать в качестве подходящей системы доставки лекарств. Большие отрицательные значения рассчитанных энергий связи показывают стабильность структур CPGN/FU1-7, а квантовые молекулярные дескрипторы, такие как электрофильность (ω) и глобальная жесткость (η), указывают на то, что реакционная способность FU в структурах CPGN/FU1-7 увеличивается. Расчеты AIM для всех структур также показывают, что межмолекулярные водородные связи и взаимодействия Au с лекарствами играют важную роль для этой системы доставки лекарств.
Ключевые слова: 5-фторурацил, AIM, доставка лекарств, DFT, циклический пептид-золотая наносистема.
