替拉雜明酶催化代謝產(chǎn)物及其水合物性質(zhì)的理論研究.pdf

1、本文用量子化學(xué)密度泛函理論研究了替拉雜明酶催化代謝產(chǎn)物及其水合物的性質(zhì)，具體的內(nèi)容如下； (1)替拉雜明酶催化代謝產(chǎn)物脫羥基機(jī)理； (2)替拉雜明酶催化代謝產(chǎn)物水解機(jī)理； (3)替拉雜明酶催化代謝產(chǎn)物的核磁共振碳譜的理論研究； (4)替拉雜明酶催化代謝產(chǎn)物異構(gòu)體的理論研究； (5)替拉雜明酶催化代謝產(chǎn)物一水化合物的性質(zhì)。 對替拉雜明酶催化產(chǎn)物脫羥基微觀過程(Gates模型)進(jìn)行了較為詳細(xì)的

2、理論計算研究。研究發(fā)現(xiàn)：替拉雜明(M1)酶一級催化代謝中間體脫羥基反應(yīng)，有兩條通道，反應(yīng)生成的代謝中間體M4與M5均能發(fā)生酶二級催化脫羥基反應(yīng)并生成同一產(chǎn)物M8。通過比較理論計算值與實(shí)驗(yàn)值，我們得到：考慮溶劑化效應(yīng)下的能量是比較合理可信的，同時通過比較所有可能的脫羥基過程活化能，我們可以得到：在替拉雜明(M1)兩步酶催化產(chǎn)物脫羥基反應(yīng)中，相對而言；酶二級催化產(chǎn)物脫羥基較難。在替拉雜明(M1)母體酶一級催化脫羥基過程所生成的產(chǎn)物M4和M5

3、中，M4因其穩(wěn)定性小，脫羥基過程活化能也不大，更容易進(jìn)一步發(fā)生后續(xù)反應(yīng)而最終生成M8，也就是說M8主要是由M4產(chǎn)生的，整個反應(yīng)最終的重要產(chǎn)物應(yīng)該是M5和M8。 對替拉雜明酶催化代謝產(chǎn)物的兩種水解機(jī)理(Brown模型和Denny模型)的微觀過程進(jìn)行了較為詳細(xì)的理論計算研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：Brown模型路徑的速控步驟是M2l→TS21→M5，活化能為55.7kcal/mol；而Denny模型路徑的速控步驟是M2→TS22→M22，活化能

4、為60.6kcal/mol。因此，對于同樣是水解機(jī)理的兩種模型，Brown模型在能量上更為可行一些。最后結(jié)合我們對Gates模型的研究結(jié)果，比較三種模型，在M1→M2→M5反應(yīng)過程中，Brown模型的速控步驟活化能比Denny模型的要低，Gates模型的活化能最小，因此相對而言，反應(yīng)按Gates模型進(jìn)行應(yīng)該最為有利。 在B3LYP/6-31G(d)和B3LYP/6-311+G(d)水平上，優(yōu)化了4種化合物和四甲基硅，同時用密度泛

5、函B3LYP方法在相同基組水平并考慮溶劑效應(yīng)的基礎(chǔ)上，用GIAO方法計算了4種化合物和四甲基硅的核磁共振碳譜。結(jié)果表明用密度泛函B3LYP方法在6-31G(d)基組水平上優(yōu)化四種化合物的構(gòu)型，然后用GIAO方法，在6-31G(d)基組水平上來計算化合物的核磁共振碳譜，其計算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果最為吻合。 在密度泛函B3LYP/6-31G(d)計算水平上，對替拉雜明兩次酶催化代謝產(chǎn)物分別所對應(yīng)的12種異構(gòu)體在氣相和水相中可能存在構(gòu)型進(jìn)行

6、了全自由度優(yōu)化，并計算出它們的總能量、焓、熵、吉布斯自由能。Onsager反應(yīng)場溶劑模型用于水相的計算。較詳細(xì)地討論了水溶劑化作用對異構(gòu)體的能量、幾何構(gòu)型、電荷分布和偶極矩的影響。計算結(jié)果同已有的實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本一致。 采用密度泛函理論B3LYP方法對替拉雜明的各種酶催化產(chǎn)物與水所形成的氫鍵復(fù)合物進(jìn)行了研究，分析了各復(fù)合物的穩(wěn)定化能，幾何構(gòu)型特征及電荷變化情況等。結(jié)果表明各種酶催化產(chǎn)物與水之間能夠穩(wěn)定的復(fù)合物，這些復(fù)合物的相對穩(wěn)定性