水環(huán)境下氫氧根水分子團簇催化賴氨酸旋光異構(gòu)及羥自由基致?lián)p傷的機理*

趙曉波，佟華，楊曉翠，王佐成

(1. 白城師范學(xué)院化學(xué)學(xué)院，吉林 白城 137000；2. 白城師范學(xué)院物理學(xué)院，吉林 白城 137000)

賴氨酸(lysine，Lys)是生命體必須氨基酸，根據(jù)旋光性的不同，可分為左旋賴氨酸(S-Lys)和右旋賴氨酸(R-Lys)。S-Lys在生命體內(nèi)是優(yōu)構(gòu)體，具有改善免疫系統(tǒng)、促進吸收鈣和降低甘油三酯的作用。R-Lys是劣構(gòu)體，無活性，主要用于生物化學(xué)研究。

由于Lys有重要作用，人們對它進行了廣泛的研究。文獻[1]研究了水液相環(huán)境下的S-Lys分子構(gòu)象。文獻[2]研究了S-Lys分子與糖美拉德反應(yīng)產(chǎn)物的理化特性及抗氧化活性。文獻[3-6]研究了Lys分子在裸環(huán)境、水汽相和液相環(huán)境下的旋光異構(gòu)及羥自由基致其損傷。研究發(fā)現(xiàn)，裸反應(yīng)優(yōu)勢通道決速步能壘為250.00 kJ·mol-1左右；水分子簇的催化決速步能壘降為150.00 kJ·mol-1左右，水溶劑效應(yīng)使該能壘降至115.00 kJ·mol-1，羥自由基致賴氨酸損傷發(fā)生在旋光異構(gòu)的主反應(yīng)通道，損傷能壘是134.12 kJ·mol-1，水液相環(huán)境下變?yōu)闊o勢壘反應(yīng)。說明了生命體內(nèi)Lys可以緩慢地旋光異構(gòu)，羥自由基可致其快速地損傷。

富水的生命體有影響健康的氫氧根和羥基自由基存在[7]，氫氧根是否會對賴氨酸旋光異構(gòu)產(chǎn)生影響，羥自由基致賴氨酸損傷在其他反應(yīng)通道是否會發(fā)生，這些問題的討論目前鮮見報道。有研究[8]表明，具有羧基與氨基間分子內(nèi)單氫鍵和雙氫鍵的氨基酸分子構(gòu)象最穩(wěn)定?；诖?，對水環(huán)境下(水汽相和水液相)具有氨基與羧基間為單氫鍵和雙氫鍵的2種Lys分子的標題反應(yīng)進行了研究。

1 研究與計算方法

采用自洽反應(yīng)場(SCRF)理論的smd模型方法[9]，在B3LYP[10]/6-31+G(d, p)水平，優(yōu)化標題反應(yīng)的駐點結(jié)構(gòu)。通過對過渡態(tài)[11]進行IRC[12]計算，確認其可靠性。為計算出高水平的反應(yīng)過程勢能面，在MP2[13]/6-311++G(2df, pd)水平計算體系的單點能。利用Gtotal=ESP+Gtc(ESP和Gtc分別為高水平的單點能和吉布斯自由能熱校正)計算總自由能，繪制反應(yīng)過程的勢能面。水液相環(huán)境下，S型Lys_1與2個水分子簇通過氫鍵作用形成的氫鍵絡(luò)合物，記作S-Lys_1·2H2O(m)@water[m和n分別表示水分子簇在Lys分子的前面和后面與其絡(luò)合)，其它體系表示法相似。計算均由Gaussian09[14]程序完成。

2 結(jié)果與討論

具有氨基與羧基間單氫鍵及雙氫鍵的Lys分子手性對映體的幾何構(gòu)象，見圖1。從圖1可以看出，S-Lys旋光異構(gòu)，就是α-氫從紙面外遷移到紙面里。研究表明，水環(huán)境下S-Lys旋光異構(gòu)有兩個通道a和b實現(xiàn)，a是氫氧根水分子簇與α-氫和氨基通過氫鍵作用形成底物，氫氧根拔α-氫；b是氫氧根水分子簇與α-氫和羰基氧通過氫鍵作用形成底物，氫氧根拔α-氫；羥自由基致S-Val損傷，除去以往研究[5-7]的在a通道實現(xiàn)，還可發(fā)生在b通道。水溶劑效應(yīng)對這些反應(yīng)有重要的影響，下面分別進行討論。

2.1 氫氧根水分子簇催化Lys_1旋光異構(gòu)

2.1.1 氫氧根水分子簇催化Lys_1在a通道旋光異構(gòu) 氫氧根水分子簇催化Lys_1在a通道的旋光異構(gòu)，反應(yīng)歷程見圖2，反應(yīng)勢能面，見圖3。對于非氫遷移過程第1、2、5和第6基元反應(yīng)，水溶劑的存在對駐點構(gòu)象影響不大，只給出氣相的構(gòu)象。

首先，第1基元反應(yīng)羧基異構(gòu)，S-Lys_1經(jīng)過渡態(tài)a_S-TS1_1，異構(gòu)成中間體a_S-INT1_1。從S-Lys_1到a_S-TS1_1過程，二面角11C-9O-8C-10O和6H-5N-1C-12H分別從179.58°和-22.59°變?yōu)?90.45°和-49.07°，鍵長8C-9O從0.134 0 nm拉伸到0.138 8 nm。二面角異構(gòu)和一個化學(xué)鍵較小的拉伸需要的能量不高也不會很低，a_S-TS1_1產(chǎn)生了49.12 kJ·mol-1的能壘。水溶劑環(huán)境下該能壘微降到48.76 kJ·mol-1，水溶劑效應(yīng)不明顯。從S-Lys_1到a_S-INT1_1，羧基從反式平面結(jié)構(gòu)變成順式平面結(jié)構(gòu)，此時a_S-INT1_1與正面的氫氧根水分子簇形成氫鍵無空間位阻。接著，a_S-INT1_1經(jīng)a_S-TS2_1，異構(gòu)成略穩(wěn)定的中間體a_S-INT2_1。此基元反應(yīng)只是氨基的6H和7H左右翻轉(zhuǎn)，所需能壘較低，只有12.34 kJ·mol-1。水溶劑環(huán)境下該能壘升高到21.34 kJ·mol-1，升高了72.9%，水溶劑效應(yīng)對此基元反應(yīng)起了明顯的阻礙作用。原因是a_S-INT1_1的偶極矩3.746 7大于a_S-TS2_1的偶極矩1.919 5許多，導(dǎo)致水溶劑環(huán)境下a_S-INT1_1能量的降低大于a_S-TS2_1能量的降低許多。

圖 1 水液相環(huán)境下S型與R型賴氨酸分子的幾何結(jié)構(gòu)Fig.1 The geometries of S-type and R-type of lysine molecule in water liquid environment

然后是第3基元反應(yīng)，氫氧根水分子簇在α-氫25H與氨基氮5N的前面與S-INT2_1通過氫鍵作用形成的絡(luò)合物a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]，經(jīng)過渡態(tài)絡(luò)合物a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]，實現(xiàn)了25H從α-碳向氫氧根29O-27H的遷移，形成了產(chǎn)物絡(luò)合物a_INT3_1·2H2O(m)。此基元反應(yīng)氫氧根抽取了α-H形成水分子，水分子28O-12H-26H未參與反應(yīng)，但起了穩(wěn)定氫氧根空間位置的作用。

a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]七圓環(huán)結(jié)構(gòu)的氫鍵鍵角1C-25H-29O、29O-26H-28O和28O-12H-5N分別是172.07°、161.03°和145.74°，前兩個接近平角，氫鍵很強；二面角1C-25H-29O-26H、29O-26H-28O-12H和26H-28O-12H-5N分別為11.45°、0.72°和-21.92°，七圓環(huán)結(jié)構(gòu)基本共面，因此a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]較穩(wěn)定。又從a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]到a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]過程，28O-26H從0.108 4 nm縮小到0.098 7 nm，釋放能量；反應(yīng)活性中心骨架二面角5N-1C-3C-8C從124.16°變?yōu)?33.47°，1C-5N從0.147 8 nm拉伸到0.148 0 nm，骨架微小形變需要能量較小。1C-25H從0.111 3 nm拉伸到0.138 7 nm斷裂，所需能量不會太高。因此，a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]產(chǎn)生的能壘較低，只有20.59 kJ·mol-1。結(jié)構(gòu)分析表明，a_INT3_1·2H2O(m)的水分子之間以及水分子和氨基之間存在較強的氫鍵，水分子和α-碳形成了弱氫鍵，a_INT3_1的5N-1C-8C-9O-10O形成了離域的大π鍵，因此a_INT3_1·2H2O(m)較穩(wěn)定。但由于α-碳是sp2雜化，非滿配，導(dǎo)致在勢能面上a_INT3_1·2H2O(m)是處于比a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]高的位置。

水溶劑效應(yīng)使該基元反應(yīng)能壘升高到78.13 kJ·mol-1。能壘大幅提升的原因，一是1C-5N從0.147 1 nm拉伸到0.148 3 nm，二是1C-25H從0.109 2 nm拉伸到0.143 4 nm，拉伸幅度相對于水汽環(huán)境的情況大幅增加；三是a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]@water的偶極矩21.374 8大于a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]@water的偶極矩6.857 6許多，在極性溶劑水中，a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]體系能量的降低會顯著大于a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]體系能量的降低。

接著的第4基元反應(yīng)近似第3基元的逆反應(yīng)，2個水分子簇在a_INT3_1的后面與5N和1C通過氫鍵作用形成的絡(luò)合物a_INT3_1·2H2O(n)，經(jīng)過渡態(tài)絡(luò)合物a_TS4_1·[(OH-)·H2O(n)]，形成了產(chǎn)物絡(luò)合物a_R-INT4_1·[(OH-)·H2O(n)]，實現(xiàn)了α-碳從水分子28O-26H-29H抽取26H的過程。在此基元反應(yīng)，水分子25O-24H-27H沒參與反應(yīng)，只是起了穩(wěn)定水分子28O-26H-29H空間位置的作用，為α-碳1C抽取質(zhì)子26H創(chuàng)造了條件。從a_INT3_1·2H2O(n)到a_TS4_1·[(OH-)·H2O(n)]過程，28O-26H從0.100 3 nm增加到0.135 8 nm，拉伸幅度0.035 5 nm比第3基元的反應(yīng)物到過渡態(tài)1C-25H的拉伸幅度0.027 4 nm略有增加，所需能量會有所升高。但從a_INT3_1·2H2O(n)到a_TS4_1·[(OH-)·H2O(n)]過程，二面角5N-1C-3C-7C從-161.87°變?yōu)?137.88°，α-碳從sp2雜化向sp3雜化過渡，體系又會釋放能量，因此，a_TS4_1·[(OH-)·H2O(n)]產(chǎn)生的能壘是23.64 kJ·mol-1，與a_TS3_1·[(OH-)·H2O(n)]產(chǎn)生的能壘相差不是多。結(jié)構(gòu)分析表明，a_R-INT4_1·[(OH-)·H2O(n)]具有2個分子間強氫鍵，α-碳是sp3雜化，處于滿配狀態(tài)，構(gòu)象穩(wěn)定。水溶劑化效應(yīng)使該基元反應(yīng)的能壘升高到29.77 kJ·mol-1，a_R-INT4_1·[(OH-)·H2O(n)]@water相對于a_INT3_1·2H2O(n)@water的能量大幅降低，原因相似于第3基元反應(yīng)，不再贅述。

圖2 水環(huán)境下氫氧根離子水分子簇催化Lys_1在a通道旋光異構(gòu)Fig.2 Optical isomerism of hydroxide ions-water clusters catalyzed Lys_1 in channel a in water liquid environment

經(jīng)過第3和4基元反應(yīng)，完成了α-氫從紙面外向紙面里的凈遷移，S-INT2_1實現(xiàn)了旋光異構(gòu)，亦即，S-Lys_1完成了旋光異構(gòu)。

最后，a_R-INT4_1經(jīng)5、6基元反應(yīng)，實現(xiàn)了氨基翻轉(zhuǎn)和羥基旋轉(zhuǎn)異構(gòu)兩個過程，異構(gòu)成產(chǎn)物a_R-Lys_1。結(jié)構(gòu)分析表明，a_R-Lys_1具有氨基和羧基間較強的分子內(nèi)單鍵鍵，構(gòu)象更穩(wěn)定[8-9]。

2.1.2 氫氧根的水分子簇催化Lys_1在b通道旋光異構(gòu) 為節(jié)省篇幅，僅對水液相環(huán)境下的反應(yīng)機理進行討論。水溶劑環(huán)境下氫氧根水分子簇催化Lys_1在b通道旋光異構(gòu)反應(yīng)歷程，見圖4; 反應(yīng)過程勢能面，見圖3。

圖3 氫氧根離子水分子簇催化Lys_1旋光異構(gòu)反應(yīng)過程的吉布斯自由能勢能面Fig.3 Gibbs free energy surface of the process of optical isomerism reaction of Lys_1 catalyzed by hydroxide ions-water clusters

首先，氫氧根的水分子簇在S-Lys_1的前面與α-氫25H和羰基氧10O通過氫鍵作用形成的前驅(qū)絡(luò)合物b_S-Lys_1·[(OH-)·H2O(m)]@water，經(jīng)過渡態(tài)絡(luò)合物b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water，形成中間體產(chǎn)物絡(luò)合物b_INT1_1·2H2O(m)@water，氫氧根從α-碳上抽取了25H形成水分子。此基元反應(yīng)相似于a通道的第3基元反應(yīng)，水分子28O-24H-27H并沒參與反應(yīng)，只是起到了穩(wěn)定氫氧根空間位置的作用。結(jié)構(gòu)分析表明，過渡態(tài)b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water的八元環(huán)結(jié)構(gòu)基本共面，3條氫鍵較強，很穩(wěn)定；從b_S-Lys_1·[(OH-)·H2O(m)]@water到b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water過程，活性中心的骨架二面角5N-1C-3C-8C從122.11°變?yōu)?32.52°，1C-5N鍵長從0.147 8 nm微縮到0.147 7 nm，骨架形變較小，b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water不會產(chǎn)生較高的能壘。但1C-25H從0.109 7 nm拉伸到了0.143 2 nm，需要一定的能量，因此，b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water產(chǎn)生了49.94 kJ·mol-1的能壘。結(jié)構(gòu)分析表明，b_INT1_1·2H2O(m)@water具有水分子間、水分子與b_INT1_1間的強氫鍵，還具有水分子與b_INT1_1間的弱氫鍵，因此，b_INT1_1·2H2O(m)@water是較穩(wěn)定的中間體絡(luò)合物。

圖4 水液相環(huán)境下氫氧根離子水分子簇催化Lys_1在b通道的旋光異構(gòu)反應(yīng)過程Fig.4 The process of optical isomerism of hydroxide ions-water clusters catalyzed Lys_1 in channel b in water liquid environment

然后，2個水分子簇在b_INT1_1的后面與α-碳和羰基氧通過氫鍵作用，形成中間體反應(yīng)物絡(luò)合物b_INT1_1·2H2O(n)@water，經(jīng)過渡態(tài)b_TS2_1·[(OH-)·H2O(n)]@water，b_INT1_1·2H2O(n)@water抽取了水分子29O-25H-26H上的25H，形成產(chǎn)物b_R-Lys_1·[(OH-)·H2O(n)]@water。從b_INT1_1·2H2O(n)@water到b_TS2_1·[(OH-)·H2O(m)]@water過程，1C-5N鍵長從0.145 9 nm拉伸到0.147 4 nm，24O-20H鍵長從0.098 9 nm拉伸到0.122 4 nm，拉伸幅度較小。又反應(yīng)活性中心骨架二面角5N-1C-3C-8C從-169.65°變?yōu)?139.24°，α-碳從sp2雜化向sp3雜化(從空配狀態(tài)向滿配狀態(tài))過渡，是放熱過程。因此，b_TS2_1·[(OH-)·H2O(n)]@water產(chǎn)生了低于b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water的能壘，只有19.88 kJ·mol-1。

經(jīng)過1、2兩個基元反應(yīng)，相當于α-氫在氫氧根水分子簇和2個水分子簇的連續(xù)作用下，實現(xiàn)了從紙面外向紙面內(nèi)的凈遷移，S-Lys_1在b通道完成了旋光異構(gòu)。

從圖3可以看出：水液相環(huán)境下，氫氧根水分子簇催化Lys_1的旋光異構(gòu)反應(yīng)在b通道具有絕對優(yōu)勢，決速步能壘是49.94 kJ·mol-1，在另一通道a的決速步能壘是78.13 kJ·mol-1。49.94 kJ·mol-1已低于質(zhì)子遷移溫和反應(yīng)的能壘84.00 kJ·mol-1[15]許多，在b通道的異構(gòu)反應(yīng)會較快的進行。78.13 kJ·mol-1已略低于質(zhì)子遷移溫和反應(yīng)的能壘84.00 kJ·mol-1[15]，在a通道的異構(gòu)反應(yīng)也會溫和進行，但速率會明顯降低。這說明，生命體內(nèi)有大量的氫氧根存在時，Lys_1會較快的旋光異構(gòu)，嚴重影響健康。

2.2 氫氧根水分子簇催化Lys_2旋光異構(gòu)

氫氧根水分子簇催化Lys_2在a通道的旋光異構(gòu)反應(yīng)歷程，見圖5(A)，反應(yīng)勢能面見圖6。機理相似于Lys_1在a通道旋光異構(gòu)過程的第3和4基元反應(yīng)，這里只做一般討論。

首先是第一基元反應(yīng)。在水分子的協(xié)助下羥自由基抽取了a_S-Lys_2的α-氫，得到中間體絡(luò)合物a_INT1_2·2H2O(m)。然后是第2基元反應(yīng)，2個水分子簇在a_INT1_的另一側(cè)與a_INT1_2通過氫鍵作用形成絡(luò)合物a_INT1_2·2H2O(n)，經(jīng)過渡態(tài)a_TS2_2·[(OH-)·H2O(n)]，a_INT1_2的α-碳抽取了1個水分子上的氫，形成了產(chǎn)物絡(luò)合物a_R-Lys_2·[(OH-)·H2O(n)]。實現(xiàn)了α-氫從紙面外向紙面內(nèi)的凈遷移，S-Lys_2完成了旋光異構(gòu)。

從圖6可以看出，決速步驟是第1基元反應(yīng)，水汽相環(huán)境的決速步能壘是32.98 kJ·mol-1，水溶劑效應(yīng)使此能壘升高到68.76 kJ·mol-1，說明水溶劑對此反應(yīng)起了較大的阻礙作用。

水汽相環(huán)境的決速步能壘32.94 kJ·mol-1已遠低于質(zhì)子遷移溫和反應(yīng)的能壘84.00 kJ·mol-1[16]，說明水汽環(huán)境下，Lys_2會極其迅速地損傷與消旋。水液相環(huán)境下的決速步能壘68.76 kJ·mol-1低于質(zhì)子遷移溫和反應(yīng)的能壘84.00 kJ·mol-1[15]許多，說明在生命體內(nèi)水液相下Lys_2會在b通道消旋。

水液相環(huán)境下，氫氧根水分子簇催化Lys_2在b通道旋光異構(gòu)，首先是第1基元反應(yīng)，水分子簇作氫遷移媒介，11H從10O遷移到9O，形成中間體b_S-INT1_2，反應(yīng)能壘是45.6 kJ·mol-1[4]。然后是第2基元反應(yīng)(相似于構(gòu)象1在b通道旋光異構(gòu)的第1基元反應(yīng))，氫氧根水分子簇與b_S-INT1_2的α-氫和新羰基氧10O通過氫鍵作用形成的絡(luò)合物b_S-INT1_2·[(OH-)·H2O(m)]@water，經(jīng)過渡態(tài)絡(luò)合物b_TS2_2·[(OH-)·H2O(m)]@water，氫氧根拔取了α-氫，形成b_INT2_2·2H2O(m)@water，計算表明，此基元反應(yīng)是決速步驟，能壘是60.41 kJ·mol-1。接下來的第3基元反應(yīng)是α-碳在另一側(cè)抽取水分子的質(zhì)子，Lys_2在b通道完成旋光異構(gòu)，此基元反應(yīng)相似于構(gòu)象1在b通道旋光異構(gòu)的第2基元反應(yīng)，從略。這里只給出了決速步驟的反應(yīng)過程見圖5(B)，勢能面見圖6。

2.3 羥自由基致Lys在b通道的損傷

水分子輔助羥自由基致Lys_1在b通道損傷的反應(yīng)歷程，見圖7(A)，反應(yīng)勢能面見圖8。

首先，羥自由基水分子簇在S-Lys_1的前面，通過與α-氫25H和羰基氧10O的氫鍵作用形成前驅(qū)絡(luò)合物b_S-Lys_1·[(HO·)·H2O(m)]。然后，經(jīng)過渡態(tài)絡(luò)合物b_TS1_1·[(HO·)·H2O(m)]，羥自由基抽取了α-碳上的氫原子形成水分子，形成產(chǎn)物絡(luò)合物b_P*_1·2H2O(m)。b_P*_1的α-碳已經(jīng)失去了手性，也就是說，P*_1是Lys_1損傷的產(chǎn)物(這里星號表示產(chǎn)物非手性，是損傷的氨基酸)。此基元反應(yīng)相似于a通道的第3基元，水分子28O-24H-27H沒參與反應(yīng)，只是起到了穩(wěn)定羥自由基空間位置的作用。結(jié)構(gòu)分析表明，過渡態(tài)b_TS1_1·[(HO·)·H2O(m)]的八元環(huán)結(jié)構(gòu)基本共面，3條氫鍵較強，很穩(wěn)定；從b_S-Lys_1·[(HO·)·H2O(m)]到b_TS1_1·[(HO·)·H2O(m)]過程，反應(yīng)活性中心骨架二面角5N-1C-3C-8C從118.58°變?yōu)?23.22°，骨架只是微小形變，并且1C-5N鍵長從0.147 7 nm縮小到0.145 1 nm要釋放能量；1C-25H鍵長從0.109 7 nm到0.117 0 nm小幅拉伸需要的能量較小。因此，b_TS1_1·[(HO·)·H2O(m)]產(chǎn)生的能壘很低，只有13.78 kJ·mol-1。結(jié)構(gòu)分析表明，b_P*_1·2H2O(m)具有5條較強的分子間氫鍵和一條分子內(nèi)單氫鍵，5N、1C、8C、9O、10O形成了5中心離域大π鍵，因此，b_P*_1·2H2O(m)極穩(wěn)定。

水溶劑化計算表明，水溶劑效應(yīng)使損傷能壘升高，能壘是27.57 kJ·mol-1，損傷產(chǎn)物絡(luò)合物也很穩(wěn)定。說明水溶劑效應(yīng)對羥自由基致Lys_1在b通道的損傷反應(yīng)起了負催化作用。

Lys_2在b通道的損傷發(fā)生在第2基元反應(yīng)，反應(yīng)歷程見圖7(B)，反應(yīng)勢能面見圖8。羥自由基水分子簇與b_S-INT1_2的α-氫25H和新羰基氧10O通過氫鍵作用形成的絡(luò)合物b_S-INT1_2·[(HO·)·H2O(m)]，經(jīng)過渡態(tài)b_TS2_2·[(HO·)·H2O(m)]，羥自由基拔取了α-氫25H，形成b_P*_2·2H2O(m)。機理相似于Lys_1在b通道的損傷，不再贅述。勢能面計算表明，水汽環(huán)境下的損傷能壘是-1.16 kJ·mol-1，水溶劑效應(yīng)使該能壘微微升到0.68 kJ·mol-1，水溶劑效應(yīng)不顯著。

圖5 水環(huán)境下氫氧根離子水分子簇催化Lys_2旋光異構(gòu)過程Fig.5 Optical isomerism of hydroxide ions-water clusters catalyzed Lys_2 in water liquid environment

圖6 氫氧根離子水分子簇催化Lys_2旋光異構(gòu)反應(yīng)過程的吉布斯自由能勢能面Fig.6 Gibbs free energy surface of optical isomerism reaction of Lys_2 catalyzed by hydroxide ions-water clusters

圖7 羥自由基水分子簇催化Lys在b通道的損傷反應(yīng)過程Fig.7 Process of Lys_1 damaged by hydroxy radicals-water clusters in channel b

圖8 羥自由基水分子簇致Lys在b通道損傷反應(yīng)過程的吉布斯自由能勢能面Fig.8 Gibbs free energy surface of Lys damaged by hydroxy radicals-water clusters in channel b

3 結(jié) 論

綜上得到如下結(jié)論：

1) 賴氨酸旋光異構(gòu)有2個通道a和b實現(xiàn)，a是氫氧根水分子團簇與α-氫和氨基氮通過氫鍵作用形成底物，氫氧根拔α-氫，然后α-碳再在另一側(cè)拔水分子的氫；b是氫氧根水分子團簇與α-氫和羰基氧通過氫鍵作用形成底物，氫氧根拔α-氫，然后α-碳再在另一側(cè)拔取水分子的氫。

2) 水液相環(huán)境下，構(gòu)象1和2在a通道旋光異構(gòu)的決速步能壘分別是78.13和68.76 kJ·mol-1，在b通道旋光異構(gòu)的決速步能壘分別是49.94 和60.41 kJ·mol-1，說明生命體內(nèi)氫氧根的存在會導(dǎo)致賴氨酸較快地旋光異構(gòu)。

3) 水液相環(huán)境下，羥自由基水分子簇致賴氨酸在b通道的損傷是低勢壘放熱反應(yīng)，生命體內(nèi)羥自由基的存在會導(dǎo)致賴氨酸較快地損傷。