Melatonin is an essential human hormone produced mainly by the pineal gland from the amino acid tryptophan; it has several types of bioactivity, such as regulation of circadian rhythm, antioxidant, and DNA protection. Despite the importance of melatonin in the human body, studies on the interaction of melatonin with water molecules, considered explicitly, are quite limited in the literature. Thus, the present work reports a study on the effects of aqueous solvation on the geometric and electronic parameters of melatonin using Car-Parrinello Molecular Dynamics (CPMD). The CPMD results show that the aqueous solvation of melatonin affects mainly C14-O2 (2.176%), N17-C14 (2.169%), and N16-H21 (1.079%) bond lengths as well as O1-C3-C4 (4.37%) and O1-C3-C8 (4.241%) bond angles. These effects are attributed mainly to the H-bond formation between O1, O2, H21, and H30 melatonin sites and water molecules. The topological analysis of the H-bond electron density shows that the H-bond strength varies from weak to intermediate intensities, except for the O2 site – where it varies from weak to strong. The energetic aspect of the H-bonds was investigated using Helmholtz free energy, and the radial distribution function was employed to assess the mean residence time of the water atoms inside the first shell. The supramolecular arrangement of melatonin in the solid-state was investigated using the Hirshfeld surface technique. These findings deepen the knowledge of melatonin chemistry in the human body and help develop explanations for its biological activities.

褪黑激素是一种人体必需的激素，主要由松果体从氨基酸色氨酸中产生；它具有多种类型的生物活性，例如调节昼夜节律、抗氧化和 DNA 保护。尽管褪黑激素在人体中很重要，但关于褪黑激素与水分子相互作用的研究，明确认为，在文献中非常有限。因此，本工作报告了使用 Car-Parrinello 分子动力学 (CPMD) 研究水性溶剂化对褪黑激素几何和电子参数的影响。CPMD 结果表明，褪黑激素的水溶剂化作用主要影响 C14-O2 (2.176%)、N17-C14 (2.169%) 和 N16-H21 (1.079%) 键长以及 O1-C3-C4 (4.37%)和 O1-C3-C8 (4.241%) 键角。这些影响主要归因于 O1、O2、H21 和 H30 褪黑激素位点和水分子。氢键电子密度的拓扑分析表明，氢键强度从弱到中等强度变化，除了 O2 位点——它从弱到强。使用亥姆霍兹自由能研究氢键的能量方面，并使用径向分布函数来评估水原子在第一壳内的平均停留时间。使用 Hirshfeld 表面技术研究了固态褪黑激素的超分子排列。这些发现加深了对人体内褪黑激素化学的了解，并有助于对其生物活性进行解释。氢键电子密度的拓扑分析表明，氢键强度从弱到中等强度变化，除了 O2 位点——它从弱到强。使用亥姆霍兹自由能研究氢键的能量方面，并使用径向分布函数来评估水原子在第一壳内的平均停留时间。使用 Hirshfeld 表面技术研究了固态褪黑激素的超分子排列。这些发现加深了对人体内褪黑激素化学的了解，并有助于对其生物活性进行解释。氢键电子密度的拓扑分析表明，氢键强度从弱到中等强度变化，除了 O2 位点——它从弱到强。使用亥姆霍兹自由能研究氢键的能量方面，并使用径向分布函数来评估水原子在第一壳内的平均停留时间。使用 Hirshfeld 表面技术研究了固态褪黑激素的超分子排列。这些发现加深了对人体内褪黑激素化学的了解，并有助于对其生物活性进行解释。并且采用径向分布函数来评估水原子在第一壳内的平均停留时间。使用 Hirshfeld 表面技术研究了固态褪黑激素的超分子排列。这些发现加深了对人体内褪黑激素化学的了解，并有助于对其生物活性进行解释。并且采用径向分布函数来评估水原子在第一壳内的平均停留时间。使用 Hirshfeld 表面技术研究了固态褪黑激素的超分子排列。这些发现加深了对人体内褪黑激素化学的了解，并有助于对其生物活性进行解释。