丙氨酸-無機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，對進一步研究多肽、蛋白質(zhì)的性質(zhì)與功能，進而解釋一些生命現(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)進行了大量實驗與理論方面的研究，但相關(guān)分子機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一步研究

2、無機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之間相互作用的影響，進而探討了溶液中金屬陽離子、Cl-與丙氨酸極性基團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度均強于丙氨酸分子之間的締合強度，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-間的相互作用強度相對弱一些，但是

4、仍強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，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)。在無機鹽溶液中，陰離子、陽離子與丙氨酸極性基團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度較小，對丙氨酸分子間締合作用的影響較小。在稀