[論文レビュー] Molecular geometry of alkaloids present in seeds of mexican prickly poppy

Ricardo Gobato, Desire Francine Gobato Fedrigo+1 more|arXiv (Cornell University)|Jul 15, 2015

Botanical Research and Chemistry参考文献 18被引用数 15

ひとこと要約

本研究では、分子力学シミュレーションを用いて、メキシコのトゲナシナデシの種子に含まれるアルカロイド（例：ベルベリン、サンギナリン、プロトピン）の分子幾何学的構造を計算的に調査した。その結果、これらのアルカロイドは、双極子モーメントに著しい差を示す2つのグループに分類されることが判明した。一方のグループは他方のグループと比較して、双極子モーメントが約2倍にのぼっており、極性の違いや生物学的活性の可能性を示唆している。

ABSTRACT

The work is a study of the geometry of the molecules via molecular mechanics of the main alkaloids found in the seeds of Argemone Mexicana Linn, a prickly poppy, which is considered one of the most important species of plants in traditional Mexican and Indian medicine system. The seeds have toxic properties as well as bactericide, hallucinogenic, fungicide, insecticide, in isoquinolines and sanguinarine alkaloids such as berberine. A computational study of the molecular geometry of the molecules through molecular mechanics of the main alkaloids compounds present in plant seeds is described in a computer simulation. The plant has active ingredients compounds: allocryptopine, berberine, chelerythrine, copsitine, dihydrosanguinarine, protopine and sanguinarine. The studied alkaloids form two groups having similar charge distribution among themselves, which have dipole moments of these two times higher than in the other group.

研究の動機と目的

• メキシコのトゲナシナデシの種子に含まれる主要アルカロイドの分子幾何学的構造を、計算的手法を用いて分析すること。
• 構造的特徴がイソキンオールイン系アルカロイドにおける双極子モーメント分布に与える影響を理解すること。
• 研究対象のアルカロイド間で、電荷分布および分子極性のパターンを同定すること。
• 分子幾何学的構造と既知の生物学的活性（例：毒性や抗菌作用）の相関関係を明らかにすること。
• 天然アルカロイドにおける構造-活性相関関係研究の基盤を提供すること。

提案手法

• アルカロイド分子の3次元幾何学的構造をモデル化するために、分子力学シミュレーションを採用した。
• 計算ツールを用いて、分子全体の双極子モーメントを算出し、電荷分布を分析した。
• 分子幾何学的構造および電気的性質の類似性に基づいて、アルカロイドをグループ化した。
• 構造的グループ間の双極子モーメントを比較し、顕著な差を同定した。
• 分子構造および静電ポテンシャルマップの可視的分析を通じて、結果の妥当性を検証した。
• 主な7種のアルカロイドに焦点を当てた：アロキシプトパイン、ベルベリン、チレイシドリン、コプシチン、ジヒドロサンギナリン、プロトピン、サンギナリン。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 メキシコのトゲナシナデシの種子に由来する主要アルカロイドの分子幾何学的構造は、空間的配置においてどのように比較されるか？
• RQ2 研究対象のアルカロイド全体における双極子モーメントの分布はどのようなものか？また、構造的グループ間でどのように変動するか？
• RQ3 植物内のアルカロイド亜群を区別する明確な静電的パターンが存在するか？
• RQ4 分子幾何学的構造と、毒性や抗菌活性といった既知の生物学的特性との相関関係は何か？
• RQ5 計算モデルは、これらのアルカロイド間の極性および反応性の差を予測できるか？

主な発見

• アロキシプトパイン、ベルベリン、チレイシドリン、コプシチン、ジヒドロサンギナリン、プロトピン、サンギナリンの7種の主要アルカロイドは、明確に異なる分子幾何学的構造を示した。
• 電荷分布および双極子モーメントの大きさに基づいて、これらのアルカロイドは2つの明確なグループに分類された。
• 一方のグループは、他方のグループと比較して、双極子モーメントが約2倍にのぼった。
• 高双極子モーメントグループには、サンギナリンやジヒドロサンギナリンなどのアルカロイドが含まれており、極性がより高いことが示唆された。
• 分子力学シミュレーションは、生物学的活性に重要な構造的および静電的差を的確に捉えた。
• 結果から、分子幾何学的構造と極性が、アルカロイドの毒性および抗菌性の主要因である可能性が示唆された。