不同環(huán)境中模擬肽單元質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)理的理論研究.pdf

1、肽在生物體系中起著十分重要的作用。肽單元的互變異構(gòu)平衡現(xiàn)象決定著許多生物分子的結(jié)構(gòu)和功能。而分子內(nèi)和分子間質(zhì)子轉(zhuǎn)移或者質(zhì)子交換是互變異構(gòu)平衡以及氧化還原反應(yīng)中最簡單，最基本的現(xiàn)象，在許多化學(xué)和生化反應(yīng)中有著十分重要的作用。最新的研究表明質(zhì)子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象廣泛存在于光合鏈、呼吸鏈、酶促反應(yīng)等各種細(xì)胞代謝過程，而且對生物信息的編碼、傳遞也起著重要的作用。所以，對模擬肽單元質(zhì)子轉(zhuǎn)移異構(gòu)化的研究是一個很重要的領(lǐng)域。本文的工作正是立足于此，在對復(fù)雜的肽

2、鏈結(jié)構(gòu)以及其周圍的生物學(xué)環(huán)境進(jìn)行了簡單化模擬的基礎(chǔ)上，利用密度泛涵理論B3LYP/6-311+G*和B3LYP/6-311++G**方法對肽單元模型在不同的生物學(xué)環(huán)境當(dāng)中的質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)理進(jìn)行了一系列的討論，并取得了一些非常有意義的結(jié)論： 首先，討論了不同的給電子/吸電子鄰接基團(tuán)的存在以及水環(huán)境當(dāng)中對肽單元質(zhì)子轉(zhuǎn)移異構(gòu)化的影響。計(jì)算結(jié)果表明，水分子以及鄰接基團(tuán)的引入，會使整個體系趨于穩(wěn)定。肽單元模型無輔助以及水輔助的質(zhì)子轉(zhuǎn)移都是吸熱

3、的過程，而當(dāng)強(qiáng)給電子基團(tuán)引入到肽單元模型的兩端時(shí)，會使質(zhì)子轉(zhuǎn)移異構(gòu)化過程的反應(yīng)熱降低，這同水分子引入后對肽單元模型異構(gòu)化過程反應(yīng)熱的影響是相似的。當(dāng)水分子參與肽單元模型質(zhì)子轉(zhuǎn)移異構(gòu)化過程時(shí)，由于水分子的輔助作用，使得質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程所需跨越的活化能能壘顯著降低。而且，當(dāng)具有給電子性質(zhì)的基團(tuán)分別引入到肽單元的兩端時(shí)都會對肽單元的質(zhì)子轉(zhuǎn)移異構(gòu)化過程有一個促進(jìn)的作用。 其次，我們討論了氨基酸活性位引入后對肽單元質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)理的影響。分析結(jié)果

4、表明，氨基酸殘基與肽單元模型形成的八元環(huán)結(jié)構(gòu)不僅要比六元環(huán)的結(jié)合方式穩(wěn)定的多，而且這種結(jié)合方式對質(zhì)子轉(zhuǎn)移輔助的效果也較后者明顯。另外，我們還得出了一個重要的結(jié)論，即參與輔助的氨基酸活性位越易給出質(zhì)子，那么雙質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程所需要跨越的能壘就會越低，這也是為什么醋酸是我們所討論的輔助效果最明顯的氨基酸活性位的模擬物。當(dāng)氨基酸活性位的模擬基團(tuán)甲基亞氧基甲二胺以八元環(huán)結(jié)構(gòu)參與輔助肽單元模型質(zhì)子轉(zhuǎn)移異構(gòu)化時(shí)，是一個分步進(jìn)行的雙質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程。但是當(dāng)它

5、以六元環(huán)結(jié)構(gòu)參與輔助時(shí)，則是一個協(xié)調(diào)不同步的雙質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程。甲胺輔助時(shí)，也是同樣的質(zhì)子轉(zhuǎn)移機(jī)理。而我們所討論的其它氨基酸殘基輔助的雙質(zhì)子轉(zhuǎn)移都是協(xié)調(diào)同步進(jìn)行的過程。 最后，討論了當(dāng)金屬離子引入到肽鏈結(jié)構(gòu)中時(shí)，對肽單元質(zhì)子轉(zhuǎn)移現(xiàn)象的影響。這里，我們對鈣泵的形成過程中，由于鈣離子的引入對肽鍵單元上質(zhì)子H特征的影響做了相關(guān)的研究。通過對NBO、NMR、酸度以及水分子和氨分子的輔助解離等參數(shù)做的分析得出結(jié)論，由于鈣離子的引入，以及鈣離子