丙氨酸-無機(jī)鹽溶液中締合與水合作用的密度泛函理論與分子動力學(xué)模擬研究.pdf

1、金屬離子廣泛參與一些生命過程，其與氨基酸或蛋白質(zhì)分子間的相互作用在許多生物功能中發(fā)揮著重要作用。目前臨床上難治愈的疾病大多數(shù)也與氨基酸以及一些金屬離子的異常結(jié)合有關(guān)。探討水溶液中氨基酸與金屬離子之間的相互作用，對進(jìn)一步研究多肽、蛋白質(zhì)的性質(zhì)與功能，進(jìn)而解釋一些生命現(xiàn)象的問題具有重要意義。針對氨基酸和金屬離子在水溶液中的相關(guān)行為已經(jīng)進(jìn)行了大量實驗與理論方面的研究，但相關(guān)分子機(jī)制的問題仍缺乏較完善的解釋。因此，有必要從理論模擬角度進(jìn)一步研究

2、無機(jī)鹽溶液中氨基酸分子締合結(jié)構(gòu)特征。
　　本文采用CAM-B3LYP和經(jīng)典分子動力學(xué)(MD)模擬方法研究了兩性離子形式丙氨酸分子(zw-Ala)的締合結(jié)構(gòu)，以及其與Na+、Cu2+、Zn2+和Cl-之間的相互作用。在 CAM-B3LYP和MD模擬結(jié)果的基礎(chǔ)上，分析了考慮離子水合作用對其與丙氨酸極性基團(tuán)之間相互作用的影響，進(jìn)而探討了溶液中金屬陽離子、Cl-與丙氨酸極性基團(tuán)之間相互作用對丙氨酸分子締合作用的影響。本論文的結(jié)論如下：

3、r>　　氣相中丙氨酸分子之間的相互締合結(jié)構(gòu)存在雙齒締合以及兩極性基團(tuán)兩兩締合兩種形式，后者更穩(wěn)定，兩種締合結(jié)構(gòu)能量相差64kJ/mol。結(jié)合能的計算結(jié)果表明，Na+、Cu2+和Zn2+與丙氨酸羧基雙齒配位形式結(jié)構(gòu)較穩(wěn)定，Cl-則與氨基的氫原子形成離子氫鍵(iHB)。丙氨酸與陰離子、陽離子之間相互作用強(qiáng)度均強(qiáng)于丙氨酸分子之間的締合強(qiáng)度，尤其是與二價金屬離子Cu2+、Zn2+之間的作用更為顯著。丙氨酸與Cl-間的相互作用強(qiáng)度相對弱一些，但是

4、仍強(qiáng)于丙氨酸分子間的締合作用。計算結(jié)果還表明，陽離子的水合作用較強(qiáng)，二價陽離子尤為顯著。這意味著，在水溶液中離子的水合、離子與丙氨酸極性基團(tuán)的締合相互競爭，共同影響丙氨酸分子之間的締合作用。另外，NBO電荷布居分析的結(jié)果顯示，丙氨酸與金屬離子或Cl-之間的相互作用會導(dǎo)致丙氨酸分子帶正電荷的氨基上正電荷更多，羧基部位負(fù)電荷也相應(yīng)增加，二價金屬陽離子與羧基之間存在明顯的電荷轉(zhuǎn)移，Cl-對氨基的電荷影響較小。
　　MD模擬結(jié)果分析表明，

5、兩性離子形式的丙氨酸在水溶液中存在單齒、雙齒的締合結(jié)構(gòu)。在無機(jī)鹽溶液中，陰離子、陽離子與丙氨酸極性基團(tuán)之間也存在締合作用，并對丙氨酸分子間的締合造成不同程度的影響。陽離子與羧基之間的相互作用，不僅削弱了丙氨酸分子間的締合，也可導(dǎo)致丙氨酸的締合結(jié)構(gòu)發(fā)生轉(zhuǎn)變。陽離子種類與濃度不同都會影響陽離子與丙氨酸間的締合結(jié)構(gòu)形式以及丙氨酸分子間的締合程度。與金屬陽離子相比，Cl-與丙氨酸氨基之間的相互作用強(qiáng)度較小，對丙氨酸分子間締合作用的影響較小。在稀