[논문 리뷰] Molecular geometry of alkaloids present in seeds of mexican prickly poppy

Ricardo Gobato, Desire Francine Gobato Fedrigo외 1명|arXiv (Cornell University)|2015. 07. 15.

Botanical Research and Chemistry참고 문헌 18인용 수 15

한 줄 요약

이 계산 연구는 분자 기계학 시뮬레이션을 사용하여 *Argemone mexicana* 씨앗에 포함된 주요 알칼로이드—예를 들어 베르베린, 산구이나린, 프로토파인 등—의 분자 기하학을 조사한다. 연구 결과, 이러한 알칼로이드들은 두 개의 군으로 나뉘며, 이들은 서로 다른 전기쌍극모멘트를 보이며, 한 군은 다른 군에 비해 약 두 배 높은 전기쌍극모멘트를 나타내어, 극성 및 잠재적 생물학적 활성에서의 차이를 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 분자 기계학 시뮬레이션을 활용하여 *Argemone mexicana* 씨앗 내 주요 알칼로이드의 분자 기하학을 분석한다.
• 구조적 특징이 이소퀴놀린 알칼로이드 내 전기쌍극모멘트 분포에 미치는 영향을 이해한다.
• 연구된 알칼로이드 간의 전하 분포 및 분자 극성 패턴을 규명한다.
• 분자 기하학과 기독성, 항균 작용과 같은 알려진 생물학적 활성 간의 상관관계를 규명한다.
• 천연 알칼로이드에서의 구조-활성 관계 연구에 기초를 마련한다.

제안 방법

• 알칼로이드 분자의 3차원 기하학을 모델링하기 위해 분자 기계학 시뮬레이션을 활용한다.
• 계산 도구를 사용하여 분자 내 전기쌍극모멘트를 계산하고 전하 분포를 분석한다.
• 분자 기하학과 전기적 성질의 유사성에 기반해 알칼로이드를 군집화한다.
• 구조적 군집 간 전기쌍극모멘트를 비교하여 뚜렷한 차이를 식별한다.
• 분자 구조 및 전기적 포텐셜 맵의 시각적 분석을 통해 결과를 검증한다.
• 주요 7개 알칼로이드에 초점을 맞춘다: 알로크립토파인, 베르베린, 셔리티린, 코프시틴, 디하이드로산구이나린, 프로토파인, 산구이나린.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 *Argemone mexicana* 씨앗의 주요 알칼로이드의 분자 기하학은 공간 배치 측면에서 어떻게 비교될 수 있는가?
• RQ2 연구된 알칼로이드들 사이에서 전기쌍극모멘트의 분포는 어떻게 되며, 구조적 군집 간에 어떻게 다를 수 있는가?
• RQ3 식물 내 알칼로이드 하위군을 구분하는 데 있어 뚜렷한 전기적 패턴이 존재하는가?
• RQ4 분자 기하학은 기독성 또는 항균 활성과 같은 알려진 생물학적 성질과 어떻게 관련되어 있는가?
• RQ5 계산 모델링을 통해 이 알칼로이드들 간의 극성 및 반응성의 차이를 예측할 수 있는가?

주요 결과

• 알로크립토파인, 베르베린, 셔리티린, 코프시틴, 디하이드로산구이나린, 프로토파인, 산구이나린 등 총 7개의 주요 알칼로이드는 뚜렷한 분자 기하학을 보였다.
• 이 알칼로이드들은 전하 분포 및 전기쌍극모멘트 크기에 기반해 두 개의 명확한 군으로 나뉘었다.
• 한 군은 다른 군에 비해 전기쌍극모멘트가 약 두 배 높았다.
• 고전기쌍극모멘트 군에는 산구이나린과 디하이드로산구이나린과 같은 알칼로이드가 포함되어 있어 더 높은 극성을 나타낸다.
• 분자 기계학 시뮬레이션은 생물학적 활성에 중요한 구조적 및 전기적 차이를 성공적으로 포착했다.
• 결과는 분자 기하학과 극성이 알칼로이드의 독성 및 항균 성질에 핵심적인 요소임을 시사한다.