Pnictogen bond-driven control of the molecular interaction between organophosphorus and acetylcholinesterase enzyme

. 2024 Jun 05 ; 45 (15) : 1303-1315. [epub] 20240216

Jazyk angličtina Země Spojené státy americké Médium print-electronic

Typ dokumentu časopisecké články

Perzistentní odkaz   https://www.medvik.cz/link/pmid38363124

This study addresses a comprehensive assessment of the interaction between chemical warfare agents (CWA) and acetylcholinesterase (AChE) systems, focus on the intriguing pnictogen-bond interaction (PnB). Utilizing the crystallographic data from the Protein Data Bank pertaining to the AChE-CWA complex involving Sarin (GB), Cyclosarin (GF), 2-[fluoro(methyl)phosphoryl]oxy-1,1-dimethylcyclopentane (GP) and venomous agent X (VX) agents, the CWA is systematically displaced by increments of 0.1 Å along the PO bond axis, extending its distance by 4 Å from the original position. The AIM analysis was carried out and consistently revealed the presence of a significant interaction along the PO bond. Investigating the intrinsic nature of the PnB, the NBO and the EDA analysis unearthed the contribution of orbital factors to the overall energy of the system. Strikingly, this observation challenges the conventional σ-hole explanation commonly associated with such interactions. This finding adds a layer of complexity to understanding of PnB, encouraging further exploration into the underlying mechanisms governing these intriguing chemical phenomena.

Zobrazit více v PubMed

O. V. de Oliveira, T. Cuya, E. C. Ferreira, A. da Silva Gonçalves, Chem. Phys. Lett. 2018, 706, 82.

J. D. Figueroa‐Villar, E. C. Petronilho, K. Kuca, T. C. C. Franca, Curr. Med. Chem. 2021, 28, 1422.

R. T. Delfino, T. S. Ribeiro, J. D. Figueroa‐Villar, J. Braz. Chem. Soc. 2009, 20, 407.

H. Soreq, S. Seidman, Nat. Rev. Neurosci. 2001, 2, 294.

R. M. Gifford, U. Chathuranga, T. Lamb, V. Verma, M. A. Sattar, A. Thompson, S. Siribaddana, A. Ghose, S. Forbes, R. M. Reynolds, M. Eddleston, Clin. Toxicol. 2019, 57, 254.

A. K. R. Joshi, P. S. Rajini, Toxicology 2009, 257, 40.

A. K. R. Joshi, P. S. Rajini, Exp. Toxicol. Pathol. 2012, 64, 115.

M. M. Lasram, A. B. Annabi, R. Rezg, N. Elj, S. Slimen, A. Kamoun, S. El‐Fazaa, N. Gharbi, Pestic. Biochem. Physiol. 2008, 92, 114.

F. P. Possamai, J. J. Fortunato, G. Feier, F. R. Agostinho, J. Quevedo, D. Wilhelm Filho, F. Dal‐Pizzol, Environ. Toxicol. Pharmacol. 2007, 23, 198.

S. Selmi, K. Rtibi, D. Grami, H. Sebai, L. Marzouki, Toxicol. Rep. 2018, 5, 189.

F. Teimouri, N. Amirkabirian, H. Esmaily, A. Mohammadirad, A. Aliahmadi, M. Abdollahi, Hum. Exp. Toxicol. 2006, 25, 697.

L. de Azevedo Santos, T. A. Hamlin, T. C. Ramalho, F. M. Bickelhaupt, Phys. Chem. Chem. Phys. 2021, 23, 13842.

L. de Azevedo Santos, T. C. Ramalho, T. A. Hamlin, F. M. Bickelhaupt, Chem. Eur. J. 2023, 29, e202203791.

P. Politzer, J. S. Murray, T. Clark, Phys. Chem. Chem. Phys. 2013, 15, 11178.

P. Politzer, J. S. Murray, M. C. Concha, J. Mol. Model. 2008, 14, 659.

P. Politzer, J. S. Murray, T. Clark, J. Phys. Chem. A 2019, 123, 10123.

A. Bauzá, T. J. Mooibroek, A. Frontera, ChemPhysChem 2015, 16, 2496.

R. Shukla, D. Chopra, Phys. Chem. Chem. Phys. 2016, 18, 13820.

W. Zierkiewicz, M. Michalczyk, R. Wysokiński, S. Scheiner, J. Mol. Model. 2019, 25, 1.

I. Alkorta, J. Elguero, J. E. Del Bene, J. Phys. Chem. A 2013, 117, 10497.

J. E. Del Bene, I. Alkorta, J. Elguero, J. Phys. Chem. A 2014, 118, 2360.

J. E. Del Bene, I. Alkorta, J. Elguero, J. Phys. Chem. A 2014, 118, 3386.

L. P. Wolters, F. M. Bickelhaupt, ChemistryOpen 2012, 1, 96.

L. de Azevedo Santos, S. C. C. van Der Lubbe, T. A. Hamlin, T. C. Ramalho, F. Matthias Bickelhaupt, ChemistryOpen 2021, 10, 391.

O. Larrañaga, A. Arrieta, C. Fonseca Guerra, F. M. Bickelhaupt, A. de Cózar, Chem. Asian J. 2021, 16, 315.

S. Scheiner, Int. J. Quantum Chem. 2013, 113, 1609.

J. R. McGuire, S. M. Bester, M. A. Guelta, J. Cheung, C. Langley, M. D. Winemiller, S. Y. Bae, V. Funk, J. M. Myslinski, S. D. Pegan, J. J. Height, Chem. Res. Toxicol. 2021, 34, 804.

R. Thomsen, M. H. Christensen, J. Med. Chem. 2006, 49, 3315.

A. Hörnberg, A.‐K. Tunemalm, F. Ekström, Biochemistry 2007, 46, 4815.

A. Shafferman, C. Kronman, Y. Flashner, M. Leitner, H. Grosfeld, A. Ordentlich, Y. Gozes, S. Cohen, N. Ariel, D. Barak, J. Biol. Chem. 1992, 267, 17640.

H. Dvir, I. Silman, M. Harel, T. L. Rosenberry, J. L. Sussman, Chem. Biol. Interact. 2010, 187, 10.

Q. Zhuang, A. Young, C. S. Callam, C. A. McElroy, Ö. D. Ekici, R. J. Yoder, C. M. Hadad, Ann. N. Y. Acad. Sci. 2016, 1374, 94.

A. J. Franjesevic, S. B. Sillart, J. M. Beck, S. Vyas, C. S. Callam, C. M. Hadad, Chem. Eur. J. 2019, 25, 5337.

SystÈMes, D, BIOVIA Discovery Studio. Dassault Syst mes. 2016.

F. Neese, Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 2022, 12, e1606.

A. T. A. Boraei, M. Haukka, A. A. M. Sarhan, S. M. Soliman, A. Barakat, Crystals 2021, 11, 896.

M. K. Tripathi, V. Ramanathan, J. Phys. Chem. A 2023, 127, 2265.

T. A. Hamlin, B. van Beek, L. P. Wolters, F. M. Bickelhaupt, Chem. Eur. J. 2018, 24, 5927.

H. Zijlstra, T. León, A. de Cózar, C. F. Guerra, D. Byrom, A. Riera, X. Verdaguer, F. M. Bickelhaupt, J. Am. Chem. Soc. 2013, 135, 4483.

M. A. van Bochove, F. M. Bickelhaupt, Eur. J. Org. Chem. 2008, 2008, 587 DOI.

M. A. van Bochove, M. Swart, F. M. Bickelhaupt, ChemPhysChem 2007, 8, 2452.

M. A. van Bochove, M. Swart, F. M. Bickelhaupt, J. Am. Chem. Soc. 2006, 128, 10738.

T. Lu, F. Chen, J. Comput. Chem. 2012, 33, 580.

R. F. W. Bader, Acc. Chem. Res. 1985, 18, 9.

R. Laplaza, F. Peccati, A. R. Boto, C. Quan, A. Carbone, J.‐P. Piquemal, Y. Maday, J. Contreras‐García, Wiley Interdiscip. Rev. Comput. Mol. Sci. 2021, 11, e1497.

W. Humphrey, A. Dalke, K. Schulten, J. Mol. Graph. 1996, 14, 33.

E. D. Glendening, C. R. Landis, F. Weinhold, J. Comput. Chem. 2013, 34, 1429.

M. J. Frisch, G. W. Trucks, H. B. Schlegel, G. E. Scuseria, M. A. Robb, J. R. Cheeseman, G. Scalmani, V. Barone, B. Mennucci, G. A. Petersson, H. Nakatsuji, M. Caricato, X. Li, H. P. Hratchian, A. F. Izmaylov, J. Bloino, G. Zheng, J. L. Sonnenberg, M. Hada, M. Ehara, K. Toyota, R. Fukuda, J. Hasegawa, M. Ishida, T. Nakajima, Y. Honda, O. Kitao, H. Nakai, T. Vreven, J. A. Montgomery Jr., J. E. Peralta, F. Ogliaro, M. Bearpark, J. J. Heyd, E. Brothers, K. N. Kudin, V. N. Staroverov, R. Kobayashi, J. Normand, K. Raghavachari, A. Rendell, J. C. Burant, S. S. Iyengar, J. Tomasi, M. Cossi, N. Rega, N. J. Millam, M. Klene, J. E. Knox, J. B. Cross, V. Bakken, C. Adamo, J. Jaramillo, R. Gomperts, R. E. Stratmann, O. Yazyev, A. J. Austin, R. Cammi, C. Pomelli, J. W. Ochterski, R. L. Martin, K. Morokuma, V. G. Zakrzewski, G. A. Voth, P. Salvador, J. J. Dannenberg, S. Dapprich, A. D. Daniels, Ö. Farkas, J. B. Foresman, J. V. Ortiz, J. Cioslowski, D. J. Fox, Gaussian 09 Revision E.1. 2009.

G. T. Te Velde, F. M. Bickelhaupt, E. J. Baerends, C. Fonseca Guerra, S. J. A. van Gisbergen, J. G. Snijders, T. Ziegler, J. Comput. Chem. 2001, 22, 931.

F. M. Bickelhaupt, E. J. Baerends, Kohn‐Sham Density Functional Theory: Predicting and Understanding Chemistry. In Reviews in Computational Chemistry. K. B. Lipkowitz and D. B. Boyd (eds). 2000. https://doi.org/10.1002/9780470125922.ch1

Y. Zhang, J. Kua, J. A. McCammon, J. Am. Chem. Soc. 2002, 124, 10572.

I. Silman, Prog. Biophys. Mol. Biol. 2021, 162, 41.

J. M. Thomas, R. Thomas, J. Phys. Chem. B 2023, 127, 5933.

U. Koch, P. L. A. Popelier, J. Phys. Chem. 1995, 99, 9747.

P. L. A. Popelier, J. Phys. Chem. A 1998, 102, 1873.

Y. S. Mary, Y. S. Mary, A. S. Rad, R. Yadav, I. Celik, S. Sarala, J. Mol. Liq. 2021, 330, 652.

S. Scheiner, J. Phys. Chem. A 2023, 127, 9760.

I. M. Garazade, A. V. Gurbanov, R. M. Gomila, A. Frontera, A. V. M. Nunes, K. T. Mahmudov, A. J. L. Pombeiro, New J. Chem. 2023, 47, 15856.

D. R. Silva, J. M. Silla, L. A. Santos, E. F. F. da Cunha, M. P. Freitas, Mol. Inform. 2019, 38, 1800167.

E. J. L. Toledo, T. C. Ramalho, Mol. Simul. 2021, 47, 1159.

E. R. Johnson, S. Keinan, P. Mori‐Sánchez, J. Contreras‐García, A. J. Cohen, W. Yang, J. Am. Chem. Soc. 2010, 132, 6498.

P. Politzer, J. S. Murray, T. Clark, G. Resnati, Phys. Chem. Chem. Phys. 2017, 19, 32166.

F. M. Bickelhaupt, J. Comput. Chem. 1999, 20, 114.

Nejnovějších 20 citací...

Zobrazit více v
Medvik | PubMed

Intramolecular Pnictogen Bonds as Key Determinants for NMR Quantum Computation Parameters

. 2025 Sep 30 ; 10 (38) : 44201-44209. [epub] 20250916

Najít záznam

Citační ukazatele

Pouze přihlášení uživatelé

Možnosti archivace

Nahrávání dat ...