水環(huán)境下氫氧根水分子簇催化纈氨酸旋光異構(gòu)及羥自由基致其損傷機(jī)理

張 新, 佟 華, 閆紅彥, 王佐成, 楊曉翠

(1. 白城師范學(xué)院 物理與電子信息學(xué)院, 吉林 白城 137000； 2. 白城師范學(xué)院 計(jì)算機(jī)科學(xué)學(xué)院, 吉林 白城 137000)

纈氨酸(Val)是生命體內(nèi)必需的氨基酸, 根據(jù)構(gòu)象和旋光性的不同, 分為左纈氨酸(S-Val)和右纈氨酸(R-Val).S-Val具有活性, 能促進(jìn)機(jī)體發(fā)育、 協(xié)調(diào)神經(jīng)系統(tǒng), 可用于動(dòng)物飼料添加劑[1].R-Val用于合成氯氟戊菊酯[2]、 生化研究及抑制纖維細(xì)胞生長[3], 作為手性藥物原料, 可用于合成抗腫瘤藥物[4].

Val分子旋光異構(gòu)目前已引起人們廣泛關(guān)注. 文獻(xiàn)[2]研究表明, 醛催化下S-Val可在羧酸中旋光異構(gòu); 文獻(xiàn)[5-6]研究表明, 高濃度的質(zhì)子易使Val分子消旋; 文獻(xiàn)[7-8]研究表明, Val分子旋光異構(gòu)裸反應(yīng)有4個(gè)通道,α-H以氨基N為橋遷移是優(yōu)勢通道, 水分子簇對質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)有較好的催化作用; 文獻(xiàn)[9]研究表明, 激發(fā)態(tài)的α-H以羰基氧或氨基氮為橋遷移, 實(shí)現(xiàn)了S-Val旋光異構(gòu)； 文獻(xiàn)[10]研究表明, 以氨基氮為質(zhì)子遷移橋梁的旋光異構(gòu)具有優(yōu)勢, 水溶劑環(huán)境下水分子簇的催化, 使優(yōu)勢通道的決速步驟能壘降為113.24 kJ/mol. 在優(yōu)勢通道中, 羥自由基水分子簇致纈氨酸損傷的能壘為25.34 kJ/mol, 水溶劑效應(yīng)使損傷能壘提升至83.81 kJ/mol， 表明生命體內(nèi)纈氨酸可緩慢地實(shí)現(xiàn)旋光異構(gòu), 羥自由基的存在可致其損傷.

水是重要的溶劑, 大氣中富含水蒸氣且存在氫氧根, 生命體也是富水環(huán)境并存在羥自由基和氫氧根[11], 當(dāng)氨基與羧基間為分子內(nèi)單氫鍵和雙氫鍵時(shí), 氨基酸分子構(gòu)象穩(wěn)定[12]. 基于此, 本文研究水環(huán)境下(氣相和液相), 具有氨基和羧基間單氫鍵和雙氫鍵的Val在氫氧根水分子簇作用下的旋光異構(gòu), 以及羥自由基在新的通道致Val損傷機(jī)理.

1 計(jì)算方法

在B3LYP[13]/6-31+G(d,p)水平優(yōu)化水環(huán)境下氫氧根水分子簇催化纈氨酸旋光異構(gòu)及羥自由基致其損傷反應(yīng)的水氣相駐點(diǎn)結(jié)構(gòu), 計(jì)算溶劑化構(gòu)象時(shí), 將水視為連續(xù)介質(zhì), 采用自洽反應(yīng)場(SCRF)理論的SMD模型方法[14]. 通過對過渡態(tài)[15]進(jìn)行內(nèi)稟反應(yīng)坐標(biāo)(IRC)[16]計(jì)算, 驗(yàn)證其為連接所期望的局域極小點(diǎn). 采用微擾理論的MP2方法[17], 在MP2/6-311++G(2df,pd)水平, 計(jì)算高水平反應(yīng)過程體系的單點(diǎn)能. 利用

Gtotal=ESP+Gtc

計(jì)算總自由能, 并繪制反應(yīng)過程的勢能面, 其中ESP和Gtc分別為單點(diǎn)能和Gibbs自由能熱校正值. 水溶劑環(huán)境下,S型Val分子的構(gòu)型1與其前面/后面的氫氧根水分子簇通過氫鍵作用形成的氫鍵配合物, 記作S-Val_1·[(OH-)·H2O(m/n)]@water(m和n分別表示氫氧根水分子簇在Val分子的前面/后面與其配合), 其他體系表示法類似. 計(jì)算均由Gaussian09[18]程序完成.

2 結(jié)果與討論

具有氨基和羧基間分子內(nèi)單氫鍵及雙氫鍵的Val分子手性對映異構(gòu)體的幾何構(gòu)象如圖1所示. 計(jì)算結(jié)果表明,S-Val_1和S-Val_2的單點(diǎn)能分別為-401.605 78,-401.605 51 a.u.,S-Val_1比S-Val_2略穩(wěn)定. 研究表明,S-Val的旋光異構(gòu)可在通道a和b實(shí)現(xiàn): 通道a為氫氧根水分子簇與α-H和氨基通過氫鍵作用形成底物, 氫氧根抽取α-H； 通道b為氫氧根水分子簇與α-H和羰基O通過氫鍵作用形成底物, 氫氧根抽取α-H; 在通道a和b中均可實(shí)現(xiàn)羥自由基致S-Val損傷, 水溶劑對其影響較小.

圖1 S型和R型纈氨酸分子的幾何構(gòu)象Fig.1 Geometric conformation of S-type and R-type of valine molecules

2.1 氫氧根水分子簇催化Val_1旋光異構(gòu)

2.1.1 通道a內(nèi)的旋光異構(gòu) 氫氧根水分子簇催化Val_1在通道a旋光異構(gòu)的反應(yīng)過程如圖2～圖4所示, 反應(yīng)過程的Gibbs自由能勢能面如圖5所示. 對于非氫遷移過程第一、 二、 五、 六基元, 水溶劑對駐點(diǎn)構(gòu)象影響較小, 因此僅給出氣相的構(gòu)象, 反應(yīng)機(jī)理見文獻(xiàn)[10], 本文僅討論第三和第四基元反應(yīng).

圖2 氫氧根水分子簇催化S-Val_1在通道a旋光異構(gòu)的第一、 二基元反應(yīng)Fig.2 Elementary reactions of the 1st, 2nd of optical isomerism of hydroxyl water clusters catalyzed S-Val_1 in channel a

圖3 氫氧根水分子簇催化S-Val_1在通道a旋光異構(gòu)的第三、 四基元反應(yīng)Fig.3 Elementary reactions of the 3rd, 4th of optical isomerism of hydroxyl water clusters catalyzed S-Val_1 in channel a

1) 經(jīng)第一基元反應(yīng),S-Val_1異構(gòu)成a_S-INT1_1, 羧基從反式平面結(jié)構(gòu)變?yōu)轫樖狡矫娼Y(jié)構(gòu), a_S-INT1_1與正面的氫氧根水分子簇形成氫鍵無空間位阻.

2) a_S-INT1_1經(jīng)第二基元反應(yīng), 異構(gòu)成略穩(wěn)定的中間體a_S-INT2_1.

3) 第三基元. 氫氧根水分子簇在20H和5H的前面與S-INT2_1通過氫鍵作用形成配合物a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)], 經(jīng)過渡態(tài)配合物a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)], 實(shí)現(xiàn)20H從α-C向氫氧根24O—21H的遷移, 形成產(chǎn)物配合物a_INT3_1·2H2O(m). 該基元反應(yīng)氫氧根抽取α-H形成水分子, 水分子19H—23O—22H未參與反應(yīng), 僅具有穩(wěn)定氫氧根空間位置的作用.

a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]七元環(huán)結(jié)構(gòu)的氫鍵鍵角1C…20H…24O，24O…22H—23O和23O…5H—3N分別為169.89°,173.04°,155.88°, 接近平角, 水分子和氫氧根形成較強(qiáng)氫鍵, 因此a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]較穩(wěn)定. 該過程中23O—22H從0.113 4 nm縮小至0.100 8 nm, 釋放少許能量； 反應(yīng)活性中心骨架二面角3N-1C-2C-6C由128.17°變?yōu)?36.67°, 形變微小; 1C—3N從0.147 4 nm縮小至0.147 2 nm, 釋放少許能量. 1C—20H從0.111 7 nm增加至0.138 2 nm, 與文獻(xiàn)[10]結(jié)果相比, 其拉伸幅度減小, 且僅有一個(gè)化學(xué)鍵拉伸, 所需能量大幅度減小. 因此, a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]產(chǎn)生的能壘較低, 僅為11.45 kJ/mol.

圖4 氫氧根水分子簇催化S-Val_1在通道a旋光異構(gòu)的第五、 六基元反應(yīng)Fig.4 Elementary reactions of the 5th, 6th of optical isomerism of hydroxyl water clusters catalyzed S-Val_1 in channel a

圖5 氫氧根水分子簇催化Val_1旋光異構(gòu)反應(yīng)的Gibbs自由能勢能面Fig.5 Gibbs free energy potential energy surface of optical isomerism reaction of Val_1 catalyzed by hydroxyl water clusters

結(jié)構(gòu)分析表明, a_INT3_1·2H2O(m)的水分子間以及水分子和氨基間為強(qiáng)氫鍵, 水分子和α-C也形成氫鍵, a_INT3_1的3N-1C-6C-7O-8O形成離域的大π鍵, 因此a_INT3_1·2H2O(m)較穩(wěn)定. 但由于α-C為sp2雜化, 非滿配, 因此在勢能面上a_INT3_1·2H2O(m)處于比a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]略高的位置. a_INT3_1的α-C失去手性, 導(dǎo)致纈氨酸損傷, 即經(jīng)過該基元反應(yīng)后S-Val_1損傷.

水溶劑化效應(yīng)使該基元反應(yīng)能壘升高至60.57 kJ/mol. 能壘大幅度提升的原因?yàn)椋?① 在水液相環(huán)境下, 反應(yīng)活性中心骨架二面角3N-1C-2C-6C由129.65°變?yōu)?39.07°, 1C—3N從0.146 4 nm拉伸至0.148 0 nm, 骨架形變增大； ② 1C…20H從0.109 6 nm增至0.143 4 nm, 拉伸幅度增加； ③ a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]的偶極矩(6.182 6)大于a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]的偶極矩(3.647 6), 在極性溶劑水中, a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]比a_TS3_1·[(OH-)·H2O(m)]體系能量降低的程度大. 由于a_INT3_1·2H2O(m)的偶極矩(2.513 3)小于a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]的偶極矩(6.182 6), 因此在極性溶劑水中， a_INT3_1·2H2O(m)比a_S-INT2_1·[(OH-)·H2O(m)]能量降低的程度小.

4) 第四基元為第三基元的逆反應(yīng), 2個(gè)水分子簇在a_INT3_1的后面與3N和1C通過氫鍵作用形成配合物a_INT3_1·2H2O(n), 經(jīng)過渡態(tài)a_TS4_1·[(OH-)·H2O(n)], 實(shí)現(xiàn)20H從水分子20H…24O…21H向α-C的遷移, 形成產(chǎn)物配合物a_R-INT4_1·[(OH-)·H2O(n)]. 在該基元反應(yīng)中, 水分子19H—23O—22H未參與反應(yīng), 起到穩(wěn)定另一個(gè)水分子20H—24O—21H空間位置的作用, 為α-C抽取20H—24O—21H上的質(zhì)子20H創(chuàng)造了條件. 從a_INT3_1·2H2O(n)到a_TS4_1·[(OH-)·H2O(n)]過程, 24O—20H從0.100 7 nm增加至0.125 7 nm, 拉伸幅度為0.025 0 nm, 小于第三基元的反應(yīng)物至過渡態(tài)1C…20H的增幅0.026 5 nm, 因此, a_TS4_1·[(OH-)·H2O(n)]小于a_TS3_1·[(OH-)·H2O(n)]產(chǎn)生的能壘, 僅為10.53 kJ/mol.

結(jié)構(gòu)分析表明, a_R-INT4_1·[(OH-)·H2O(n)]具有兩個(gè)分子間強(qiáng)氫鍵和一個(gè)分子間弱氫鍵, 且其α-C為sp3雜化, 處于滿配狀態(tài), 使a_R-INT4_1·[(OH-)·H2O(n)]比a_INT3_1·2H2O(n)處于勢能面略低的位置. 水溶劑化效應(yīng)使該基元反應(yīng)的能壘升高至28.57 kJ/mol, a_R-INT4_1·[(OH-)·H2O(n)]@water相對于a_INT3_1·2H2O(n)@water的能量大幅度降低, 原因與第三基元反應(yīng)類似.

經(jīng)第三、 四基元反應(yīng), 完成了α-H從紙面外向紙面內(nèi)的凈遷移,S-INT2_1實(shí)現(xiàn)了旋光異構(gòu), 即S-Val_1實(shí)現(xiàn)了旋光異構(gòu).

5) a_R-INT4_1經(jīng)第五、 六基元反應(yīng)異構(gòu)成更穩(wěn)定的產(chǎn)物a_R-Val_1, 結(jié)構(gòu)分析表明, a_R-Val_1為S-Val_1的手性對映體.

2.1.2 通道b內(nèi)的旋光異構(gòu) 氫氧根水分子簇催化Val_1在通道b的旋光異構(gòu)反應(yīng)過程如圖6所示, 反應(yīng)過程的Gibbs自由能勢能面如圖5所示. 本文僅討論水液相環(huán)境下的反應(yīng)機(jī)理.

圖6 氫氧根水分子簇催化S-Val_1在通道b的旋光異構(gòu)Fig.6 Optical isomerism of hydroxyl water clusters catalyzed S-Val_1 in channel b

1) 第一基元. 氫氧根水分子簇在S-Val_1的前面與20H和8O通過氫鍵作用形成前驅(qū)配合物b_S-Val_1·[(OH-)·H2O(m)]@water, 前驅(qū)配合物經(jīng)過渡態(tài)配合物b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water, 形成中間體產(chǎn)物配合物b_INT1_1·2H2O(m)@water, 氫氧根抽取α-H形成水分子. 該基元反應(yīng)與通道a的第三基元反應(yīng)相似, 水分子19H—23O—22H未參與反應(yīng), 僅起到穩(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條氫鍵均較強(qiáng), 其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； 從b_S-Val_1·[(OH-)·H2O(m)]@water到b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water過程, 反應(yīng)活性中心骨架二面角3N-1C-2C-6C由123.88°變?yōu)?35.38°, 1C—3N鍵長從0.147 6 nm縮小至0.147 4 nm, 骨架形變較小, b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water產(chǎn)生的能壘較低. 但1C…20H從0.109 6 nm拉伸至0.143 6 nm, 需要一定的能量, 因此b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water產(chǎn)生了56.76 kJ/mol的能壘. 結(jié)構(gòu)分析表明, b_INT1_1·2H2O(m)@water具有水分子間及水分子與b_INT1_1間的強(qiáng)氫鍵, 并具有水分子與b_INT1_1間的弱氫鍵, 因此b_INT1_1·2H2O(m)@water為較穩(wěn)定的中間體配合物.

2) 第二基元. 2個(gè)水分子簇在b_INT1_1的后面與α-C和羰基O通過氫鍵作用, 形成中間體反應(yīng)配合物b_INT1_1·2H2O(n)@water, 經(jīng)過渡態(tài)配合物b_TS2_1·[(OH-)·H2O(n)]@water, b_INT1_1·2H2O(n)@water的b_INT1_1抽取水分子20H—24O—21H上的質(zhì)子20H, 形成產(chǎn)物配合物b_R-Val_1·[(OH-)·H2O(n)]@water. 從b_INT1_1·2H2O(n)@water到b_TS2_1·[(OH-)·H2O(m)]@water過程, 1C—3N鍵長從0.145 9 nm拉伸至0.147 4 nm, 24O…20H鍵長從0.098 9 nm拉伸至0.121 2 nm, 幅度較小. 反應(yīng)活性中心骨架二面角3N-1C-2C-6C由163.19°變?yōu)?35.38°,α-C從sp2雜化(空配狀態(tài))向sp3雜化(滿配狀態(tài))過渡, 是放熱過程. 因此, b_TS2_1·[(OH-)·H2O(n)]@water低于b_TS1_1·[(OH-)·H2O(m)]@water產(chǎn)生的能壘, 僅為18.67 kJ/mol.

經(jīng)第一、 二基元反應(yīng),α-H在氫氧根水分子簇與2個(gè)水分子簇的作用下, 實(shí)現(xiàn)了從紙面外向紙面內(nèi)的凈遷移,S-Val_1在通道b實(shí)現(xiàn)了旋光異構(gòu), 即S-Val_1在通道b實(shí)現(xiàn)了手性對映體轉(zhuǎn)變.

由圖5可見, 在水液相環(huán)境下, 氫氧根水分子簇催化Val_1旋光異構(gòu)反應(yīng)的優(yōu)勢通道為通道b, 決速步驟能壘為56.76 kJ/mol, 通道a的決速步驟能壘為60.57 kJ/mol. 這兩個(gè)能壘均遠(yuǎn)小于水分子簇催化Val_1在這兩個(gè)通道中旋光異構(gòu)的決速步驟能壘110.61,156.43 kJ/mol, 表明氫氧根水分子簇對Val_1旋光異構(gòu)反應(yīng)的催化作用明顯優(yōu)于水分子簇, 尤其在通道b中氫氧根水分子簇顯示了極好的催化作用. 56.76,60.57 kJ/mol均小于質(zhì)子遷移溫和反應(yīng)能壘84.00 kJ/mol[19], 因此, 當(dāng)生命體內(nèi)存在大量氫氧根時(shí), Val_1會(huì)較快地旋光異構(gòu), 嚴(yán)重影響健康. 水氣相環(huán)境下,S-Val_1在通道a旋光異構(gòu)的決速步驟為第一基元反應(yīng), 能壘為50.36 kJ/mol, 由于該通道的正反應(yīng)和逆反應(yīng)能壘均較低, 因此通道a中反應(yīng)物、 損傷產(chǎn)物、 旋光異構(gòu)產(chǎn)物及其他中間體可平衡共存.

2.2 氫氧根水分子簇催化Val_2旋光異構(gòu)

1) 通道a. 氫氧根水分子簇催化Val_2在通道a旋光異構(gòu)反應(yīng)過程如圖7(A)所示, 反應(yīng)勢能面如圖8所示. 其機(jī)理與Val_1在通道a旋光異構(gòu)過程的第三、 四基元反應(yīng)相似, 即在羥自由基水分子簇與2個(gè)水分子簇的作用下,α-H實(shí)現(xiàn)從紙面外向紙面內(nèi)的凈遷移, 故略.

由圖8可見, 決速步驟為第一基元反應(yīng), 水氣相環(huán)境的決速步能壘為9.24 kJ/mol, 水液相環(huán)境下該能壘升高至65.24 kJ/mol, 表明水溶劑對該反應(yīng)的阻礙作用較大. 水氣相環(huán)境下第一、 二基元逆反應(yīng)能壘分別為5.17,9.24 kJ/mol, 容易越過, 反應(yīng)物、 中間體和產(chǎn)物共存. INT1_2的α-C失去手性, INT1_2已損傷的Val_2.

圖7 氫氧根水分子簇催化S-Val_2的旋光異構(gòu)過程Fig.7 Optical isomerism of hydroxyl water clusters catalyzed S-Val_2

圖8 通道a氫氧根水分子簇催化Val_2旋光異構(gòu)反應(yīng)的Gibbs自由能勢能面Fig.8 Gibbs free energy potential energy surface of optical isomerism reaction of Val_2 catalyzed by hydroxyl water clusters in channel a

水氣相環(huán)境的決速步驟能壘為9.24 kJ/mol， 遠(yuǎn)低于質(zhì)子遷移溫和反應(yīng)能壘84.00 kJ/mol, 表明水汽環(huán)境下, Val_2會(huì)迅速損傷和消旋. 水液相環(huán)境下的決速步驟能壘65.24 kJ/mol也低于質(zhì)子遷移溫和反應(yīng)的能壘84.00 kJ/mol[19], 表明Val_2在生命體內(nèi)水環(huán)境下也會(huì)較快地消旋.

2) 通道b. 水液相環(huán)境下氫氧根水分子簇催化Val_2在通道b的旋光異構(gòu)反應(yīng)過程如圖7(B)所示， 反應(yīng)勢能面如圖8所示. 首先， 第一基元反應(yīng), 水分子簇作為氫遷移媒介, 10H從9O遷移至8O, 形成中間體b_S-INT1_2, 反應(yīng)能壘為34.97 kJ/mol[11]. 其次， 第二基元反應(yīng)(相似于Val_1在通道b旋光異構(gòu)的第一基元), 氫氧根水分子簇與b_S-INT1_2的α-H及新羰基氧9O通過氫鍵作用形成的配合物b_S-INT1_2·[(OH-)·H2O(m)]@water, 經(jīng)過渡態(tài)b_TS2_2·[(OH-)·H2O(m)]@water, 氫氧根抽取α-H, 形成b_INT2_2·2H2O(m)@water, 該基元反應(yīng)為決速步驟, 能壘為64.11 kJ/mol. 最后， 第三基元反應(yīng)為α-C在另一側(cè)抽取水分子的質(zhì)子, Val_2在通道b完成旋光異構(gòu), 相似于Val_1在通道b旋光異構(gòu)的第二基元反應(yīng), 故略.

2.3 在通道b中羥自由基水分子簇致Val損傷

1) Val_1. 羥自由基水分子簇致Val_1在通道b損傷的反應(yīng)過程如圖9(A)所示, 反應(yīng)勢能面如圖10所示.

圖9 羥自由基水分子簇致Val在通道b的損傷過程Fig.9 Damage process of Val induced by water clusters of hydroxy radicals in channel b

圖10 羥自由基水分子簇致Val在通道b損傷反應(yīng)的Gibbs自由能勢能面Fig.10 Gibbs free energy potential energy surface of Val damage induced by water clusters of hydroxy radicals in channel b

首先， 羥自由基水分子簇在S-Val_1的前面, 通過與20H和8O的氫鍵作用形成前驅(qū)配合物b_S-Val_1·[(HO·)·H2O(m)]. 其次， 經(jīng)過渡態(tài)配合物b_TS1_1·[(HO·)·H2O(m)], 羥自由基抽取Val_1的α-H形成水分子, 得至產(chǎn)物配合物b_P*_1·2H2O(m)(*表示產(chǎn)物為損傷的氨基酸, 下同). b_P*_1的α-C失去手性, 即P*_1是已損傷的Val_1產(chǎn)物. 該基元反應(yīng)與通道a的第三基元反應(yīng)相似, 水分子19H—23O—22H未參與反應(yīng), 僅起到穩(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條氫鍵均較強(qiáng), 其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定； 從b_S-Val_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3N-1C-2C-6C由123.62°變?yōu)?24.43°, 骨架基本未形變, 1C—3N鍵長從0.147 7 nm縮小至0.145 8 nm, 釋放能量, 1C…20H鍵長從0.109 7 nm拉伸至0.114 7 nm, 幅度較小, 所需能量低. 因此, b_TS1_1·[(HO·)·H2O(m)]產(chǎn)生的能壘較低, 僅為25.63 kJ/mol. 結(jié)構(gòu)分析表明, b_P*_1·2H2O(m)具有3條較強(qiáng)的分子間強(qiáng)氫鍵及1條分子內(nèi)單氫鍵, 骨架原子3N,1C,6C,7O,8O形成五中心離域大π鍵. 因此, b_P*_1·2H2O(m)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定.

水溶劑化計(jì)算表明, 水溶劑效應(yīng)使損傷能壘升至26.91 kJ/mol, 但損傷產(chǎn)物配合物變得更穩(wěn)定了, 水溶劑效應(yīng)對羥自由基的水分子簇致Val_1在通道b的損傷僅有微弱的阻礙作用, 可忽略.

2) Val_2. Val_2在通道b損傷的反應(yīng)過程如圖9(B)所示, 反應(yīng)勢能面如圖10所示. 羥自由基水分子簇與b_S-INT1_2的α-H及新羰基9O通過氫鍵作用形成配合物b_S-INT1_2·[(HO·)·H2O(m)], 經(jīng)過渡態(tài)b_TS2_2·[(HO·)·H2O(m)], 羥自由基抽取α-H, 形成b_P*_2·2H2O(m). 機(jī)理與Val_1在通道b的損傷相似, 故略. 計(jì)算表明, 水氣相環(huán)境下的損傷能壘為27.15 kJ/mol, 水溶劑效應(yīng)使該能壘降至26.23 kJ/mol, 水溶劑僅起微弱的助催化作用.

3 結(jié) 論

綜上, 本文可得如下結(jié)論：

1) 纈氨酸的旋光異構(gòu)可在2個(gè)通道a和b實(shí)現(xiàn), 通道a為氫氧根水分子簇與α-H和氨基通過氫鍵作用形成底物, 氫氧根抽取α-H后,α-C在另一側(cè)抽取水分子的H； 通道b為氫氧根水分子簇與α-H和羰基通過氫鍵作用形成底物, 氫氧根抽取α-H后,α-C在另一側(cè)抽取水分子的H. 在通道b中, 水分子輔助羥自由基抽取α-H可致纈氨酸損傷.

2) 水液相環(huán)境下, 構(gòu)象Val_1旋光異構(gòu)的主反應(yīng)通道為通道b, 決速步驟能壘為56.76 kJ/mol； 構(gòu)象Val_2在兩個(gè)通道a和b旋光異構(gòu)的能壘分別為65.24,64.11 kJ/mol. 表明生命體內(nèi)的氫氧根會(huì)導(dǎo)致纈氨酸較快地旋光異構(gòu), 且Val_1的旋光異構(gòu)具有優(yōu)勢.

3) 水氣相環(huán)境下, Val_1和Val_2在通道b的損傷能壘分別為25.63,27.15 kJ/mol, 水溶劑效應(yīng)對損傷能壘影響較小, 表明生命體內(nèi)的羥自由基會(huì)導(dǎo)致纈氨酸較快地?fù)p傷.