SUPERVISOR
Youseff Ghayeb,Mohamad mohsen Momeni hamaneh
یوسف غایب (استاد راهنما) محمدمحسن مومنی هامانه (استاد مشاور)
STUDENT
Tecush Mohammadi
تی کوش محمدی
FACULTY - DEPARTMENT
دانشکده شیمی
DEGREE
Doctor of Philosophy (PhD)
YEAR
1390
TITLE
An investigation of Acetylcholine Esterase inhibitors by molecular dynamics simulation and molecular docking methods; Preparation and characterization of composite modified WO3-TiO2 nanotubes
The interaction between Chlorfenvinphos and Dichlorvos with bovine serum albumin (BSA) and acetylcholyne esterase (AChE) were investigated using different spectroscopy methodes, molecular docking, and molecular dynamic (MD) simulation. The results revealed that Chlorfenvinphos and Dichlorvoswas strongly bound to BSA [K b = (2.39 ± 0.04) × 10 4 and ((2.12 ± 0.01) × 10 4 ) dm 3 mol -1 ]. The interaction between chlorfenvinphos and AChE was stronger and hydrophobic interaction played a major role in the binding interaction. Moreover, MD simulation results suggested that this interactions probably leads a slight modification of the protein structures. The results of the different optical techniques and molecular modeling confirmed each other. In addition, Over 100 variants based on carbamate structure AChE inhibitors, have been designed and their interaction with AChE studied, using multiple docking methods such as Autodock Vina, ArgusLab, Molegro Virtual Docker (MVD), and Hex-Cuda. 16 selected systems were then subjected to 20 ns MD simulations. Results from all the docking methods are in agreement. Variants that involved biphenyl substituents possess the most negative binding energies in the -37.64 to -39.31 kJ.mol -1 range due to their ?-? interactions with AChE aromatic residues. The root mean square deviation ( RMSD ) values showed that all of these components achieved equilibration after 6 ns. MD simulation results suggested that these components might interact with AChE, possibly with no major changes in AChE secondary and tertiary structures. Todays, concerned about the lack of natural resources and their environmental pollution, lead increasing of scientist’s attention to the development of photo catalytic water splitting using semiconductors to produce oxygen and hydrogen as clean energy production. Among those, TiO 2 is one of the excellent options to continue research in this area due to its unique properties. By doping TiO 2 with various elements or combination with other semiconductors, the problem of large band gap of TiO 2 can be solved. In this project, using simple and easy methods this work was done. In the first step, by in-situ anodizing, WO 3 -TiO 2 nanotubes were prepared. In the next step WO 3 -TiO 2 was modified by photo deposition using coating of Mn, Sn, Ru, CuZnS, FeCr, anad FeS x O y with different molar ratios was prepared on the surface of WO 3 -TiO 2 nanotubes. FE-SEM, XRD, EDX and UV-visible techniques were used for investigation of the morphology, structure and optical properties of samples. The presence of the mentioned composites in nanotubes and reduce the band gap using this techniques was confirmed. Then photoelectrocatalytic activities of photocatalysts were evaluated by LSV, CA, and OCP techniques. The results showed that the photoelectrocatalytic performance of WO 3 -TiO 2 nanotubes modified with all groups, compared with pure TiO 2 and bare WO 3 -TiO 2 , increased considerably. In general, WO 3 -TiO 2 nanotubes modified with Sn and Mn revealed more photoelectrocatalytic performance compared to other composites. Finally, water splitting was performed for all new photocatalysts, as application in solar energy conversion.
برهم کنش بین کلرفن وینفوس و دی کلرووس با پروتئین های آلبومین سرم گاوی(BSA) و استیل کولین استرآز (AChE) با روش های مختلف طیف سنجی فلورسانس، داکینک مولکولی، و شبیه سازی دینامیک مولکولی بررسی شد. کلرفن وینفوس و دی کلرووس دارای برهم کنش قوی با BSA بودند. ثابت اتصال آن ها با استفاده از بررسی خاموشی فلورسانس به ترتیب برابر با مقادیر 10 4 ×(04/0±39/2) و dm 3 mol -1 10 4 ×(01/0±12/2) به دست آمد. نتایج داکینگ مولکولی نشان دادند برهمکنش های آبگریز نقش مهمی در انرژی پیوندی ایفا می کنند. همچنین کلرفن وینفوس نسبت به دی کلرووس برهمکنش قوی تری با استیل کولین استرآز دارد. نتایج شبیه سازی نشان داد که این برهم کنش ها تاثیر چندانی بروی ساختارهای پروتئین ندارند. نتایج مربوط به مطالعات طیف سنجی و محاسباتی، همدیگر را تایید می کنند. سپس، بیش از 100 ترکیب از بازدارنده های استیل کولین استرآز با ساختار کارباماتی طراحی شده و برهم کنش آن ها با نرم افزارهای مختلف داکینک مانند: Autodock Vina ،ArgusLab،Molegro Virtual Docker (MVD) ، و Hex-Cuda مطالعه شد. سپس، از این میان 16 ترکیب دارای قوی ترین برهمکنش با AChE برای بررسی های بیشتر با شبیه سازی دینامیک مولکولی انتخاب شده که هر کدام به مدت 20 نانوثانیه شبیه سازی شد. نتایج تمام روش های داکینگ ها تطابق خوبی با هم نشان دادند. نتایج نشان دادند که ترکیب هایی که شامل استخلاف بی فنیلی هستند، منفی ترین انرژی برهم کنش را داشتند (64/37- تا kJ.mol -1 31/39-) که به خاطر برهم کنش های ?-? با اسیدآمینه ها آروماتیک است. نتایج RMSD نشان داد تمام ترکیب ها پس از 6 نانوثانیه به تعادل می رسند. همچنین این ترکیب ها علیرغم برهم کنش های نسبتا قوی، ساختار دوم و سوم پروتئین را چندان تغییر نمی دهند. در بخش دوم این رساله، با توجه به نگرانی درمورد کمبود سوخت های فسیلی و همچنین آلودگی های ناشی از مصرف آن ها، گسترش کاتالیست های نوری بر پایه نیمه رساناها، در راستای شکافت آب جهت تولید هیدروژن و اکسیژن به عنوان سوخت های پاک مورد توجه قرار گرفته است. در میان نیمه رساناها، تیتانیوم دی اکسید به خاطر ویژگی های منحصربه فرد خود از قبیل در دسترس بودن، غیر سمی بودن، و شکاف نوار بلند، یکی از انتخاب های کامل در این زمینه است. با دوپ کردن عناصر مختلف یا ترکیب با سایر نیمه رساناها می توان برضعف تیتانیوم دی اکسید که شکاف نوار بالای آن است غلبه کرد. در این رساله، با روش های ساده و آسانی این امر تحقق بخشیده شد. نخست به روش آندایزینگ همزمان، اکسید تنگستن بر روی تیتانیوم دی اکسید دوپ شد. سپس در مرحله بعدی، با روش رسوب دهی نوری ترکیب های Mn، Sn، Ru، CuZnS، FeCr و FeS x O y با نسبت های مولی مختلف بروی سطح این کاتالیست ها دوپ شدند. از روش های SEM، XRD، EDX، EIS و UV-Vis برای بررسی مورفولوژی، ساختار و ویژگی های نوری کاتالیست ها استفاده شد. این بررسی ها حضور کامپوزیت های اشاره شده و کاهش شکاف نوار را تایید کردند، که کم ترین شکاف نوار به دست آمده مربوط به Ru/WO 3 -TiO 2 با مقدار eV 5/1 است. سپس ویژگی های فوتوالکتروکاتالیستی کاتالیست های نوری تهیه شده با روش های LSV، CA، OCP، و EIS مطالعه شد. نتایج نشان دادند با اصلاح نانولوله های تیتانیوم دی اکسید به روش رسوب دهی نوری، عملکرد نوری این کاتالیست ها بهبود چشمگیری داشته است، به طوری که دانسیته ی جریان به دست آمده از mAcm -2 38/0 برای WO 3 -TiO 2 به مقدار بیش از mAcm -2 1 برای Sn/WO 3 -TiO 2 افزایش یافته است. به طور کلی، نانولوله های اصلاح شده با Sn و FeS x O y بیشترین بازده فتوکاتالیستی را نشان دادند. سرانجام، فرایند شکافت آب برای همه کاتالیست های نوری تهیه شده، به عنوان کاربرد در تبدیل انرژی نور خورشید بررسی شد. بیش ترین هیدروژن تولیدی از فرایند شکافت آب با نور مربوط به کاتالیست های گروه Sn(x)/WO 3 -TiO 2 به حجم mlcm -2 h -1 98/1 است. کارایی تولید هیدروژن برای ترکیب های مختلف رسوب داده شده بر روی نانولوله های نیمه هادی به ترتیب زیر است: Sn FeS x O y Mn Ru FeCr CuZnS WO 3 -TiO 2