Квантово-химическое изучение молекулярной структуры микотоксинов зерна пшеницы
Автор: Потороко И.Ю., Малинин А.В., Руськина А.А.
Рубрика: Биохимический и пищевой инжиниринг
Статья в выпуске: 2 т.13, 2025 года.
Бесплатный доступ
В настоящее время на фоне глобального изменения климата все более наблюдается активная динамика распространения на зерновых культурах токсинообразующих грибов и роста их вторичных метаболитов. На масштабы загрязнения оказывают влияние температура и влажность, что определяет активность опасных микромицетов сельсхозяйственных культур, что проявляется при нарушении условий хранении урожая. Микотоксины создают серьёзные риски для зерновых культур, так как являются продуктами жизнедеятельности плесневых грибов и могут загрязнять зерно. Содержание микотоксинов в сельскохозяйственном пищевом сырье, продуктах питания и кормах строго регламентируется. Микотоксины оказывают негативное воздействие на организм человека и животных. В связи с представленной выше проблемой являются актуальным поиск и разработка инновационных методов обеззараживания и более детального изучения микотоксинов на квантово-химическом уровне. Цель данного исследования была направлена на изучение геометрических параметров, стабильности, реактивности молекул микотоксинов (Афлатоксина B1, Дезоксиниваленола (ДОН), Зеараленона, Т-2 токсина), определяющих риски снижения качества и безопасности зерна пшеницы, полученного в экстремальных погодных условиях. В рамках исследования микотоксинов учитывались такие показатели, как общая энергия (Total energy), энергия молекулярных орбиталей HOMO и LUMO, размер энергетического зазора HOMO-LUMO (Homo-LUMO gap), энергия отталкивания электронов (Repulsion energy), вибрационные частоты ИК-спектров, карты электростатического потенциала. В ходе квантово-химических вычислений был сформирован массив данных, который будет полезен для дальнейшего изучения взаимодействия микотоксинов с белками зерна пшеницы. Таким образом, квантово-химические методы открывают новые возможности для исследования микотоксинов и их свойств благодаря применению принципов квантовой механики.
Микотоксины, квантово-химические расчеты, метод gfn2-xtb, молекулярные орбитали, карты электростатического потенциала
Короткий адрес: https://sciup.org/147250724
IDR: 147250724 | DOI: 10.14529/food250210
Список литературы Квантово-химическое изучение молекулярной структуры микотоксинов зерна пшеницы
- Игнатов С.К. Квантовхимическое моделирование атомно-молекулярных процессов. Н. Новгород: Нижегородский государственный университет им. Н.И. Лобачевского, 2019. С. 79.
- Основы квантовой механики и квантовой химии. Методы расчёта электронной структуры и свойств молекул: учеб. пособие для студентов хим. фак. / С.П. Муштакова Н.А. Бурмистрова, И.Ю. Горячева и др. Саратов: Изд-во Новый ветер, 2009. 107 с. ISBN: 978-5-9758-1036-6
- Потороко И.Ю., Руськина А.А., Анйум В. Прогнозирование рисков присутствия микотоксинов в пищевых системах, полученных на основе зернового сырья // Вестник ЮУрГУ. Серия "Пищевые и биотехнологии". 2024. Т. 12, № 2. С. 38-47. DOI: 10.14529/food240205
- Alshannaq A., Yu J-H. Occurrence, toxicity, and analysis of major mycotoxins in food // Int J Environ Res Public Health. 2017. V. 14. P. E632. DOI: 10.3390/ijerph14060632
- Atoui A., Khoury A.I., Kallassy M. et al. Quantification of Fusarium graminearum and Fusarium culmorum by real-time PCR system and zearalenone assessment in maize // Int J Food Microbiology. 2012. Vol. 154(1-2). P. 59-65. DOI: 10.1016/j.ijfoodmicro.2011.12.022
- Feride Akman. Spectroscopic investigation, HOMO-LUMO energies, natural bond orbital (NBO) analysis and thermodynamic properties of two-armed macroinitiator containing coumarin with DFT quantum chemical calculations // Canadian Journal of Physics. 2016. Vol. 94(6). P. 583-593. DOI: 10.1139/cjp-2016-0041
- Jundi Liu, Jundi Liu, Todd Applegate. Zearalenone (ZEN) in Livestock and Poultry: Dose, Toxicokinetics, Toxicity and Estrogenicity // Toxins. 2020. Vol. 12(6). P. 377. 10.3390/toxins 12060377. DOI: 10.3390/toxins12060377
- John A. Agwupuye, Peter A. Neji, Hitler Louis et al. Investigation on electronic structure, vibrational spectra, NBO analysis, and molecular docking studies of aflatoxins and selected emerging mycotoxins against wild-type androgen receptor // Heliyon. 2021. Vol. 7, Iss. 7. e07544. DOI: 10.1016/j.heliyon.2021.e07544
- Markus Bursch et al. Best Practice DFT Protocols for Basic Molecular Computational Chemistry / Markus Bursch, Jan-Michael Mewes, Andreas Hansen, Stefan Grimme // Angewandte Chemie International Edition. 2022. Vol. 61(42). DOI: 10.1002/anie.202205735
- Valdemir Ludwig, Zélia Maria da Costa Ludwig, Marlon de Assis Modesto et al. Binding energies and hydrogen bonds effects on DNA-cisplatin interactions: a DFT-XTB study // Journal of Molecular Modeling. 2024. Vol. 30. Art. No. 187. DOI: 10.1007/s00894-024-05983-4
