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水液相下羟自由基与谷氨酸分子反应机理的量子化学研究

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采用密度泛函理论的 M06-2X和 MN15 方法,结合自洽反应场理论的 SMD模型方法,研究了水液相下羟自由基(OH)与谷氨酸分子(Glu)反应的机理。研究发现:Glu的损伤可通过OH 抽取其不同位置的 H 原子、OH 加成到羧基和去质子羧基C以及单电子从Glu分子向OH 转移 3 个途径实现。势能面计算表明:OH 加成到羧基和去质子羧基C的反应通道最具优势,反应无势垒;OH 抽取质子化氨基 H、α-H、β-H、γ-H 和羧基 H 的最低能垒分别是 28。7、17。6、8。0、18。3 和 29。0 kJ/mol;电子从 Glu 分子向 OH 转移为劣势通道,反应能垒是255。2 kJ/mol。结果表明,水液相下 OH 加成和抽 H 均可诱导 Glu 分子损伤,损伤的 Glu 绝大多数难以修复,Glu具有清除羟自由基的能力。
Quantum Chemistry Study on the Reaction Mechanism of Hydroxyl Radical with Glutamate Molecule in Water-Liquid Phase Environment
M06-2 X and MN15 methods of density functional theory and SMD model method of self consistent reaction field theory are used to study the reaction mechanism of hydroxyl radical with amphoteric glutamate molecule in water-liquid phase environment.The study shows that the damage of Glu can be achieved by three ways:OH extracting H atoms from different positions of it,OH adding to carboxyl C and deprotonation of carboxyl C,single electron transferring to OH from Glu molecule,all of which could induce Glu damage.Investigation on the potential energy surface shows that there is no potential barrier on the second reaction channel,it has the most advantage;the lowest energy barrier of OH extracts the protonation of amino group H,α-H,β-H,γ-H and carboxyl H are 28.7,17.6,8.0,18.3 and 29.0 kJ/mol respectively;the channel of single electron transfers to OH from Glu molecule is a inferior channel,and the reaction energy barrier of it is 255.2 kJ/mol.The results show that both OH addition and H extraction can induce Glu molecular damage in water-liquid phase environment,and most of the damaged Glu are difficult to be repaired,glutamate has the ability to clear OH free radical.

glutamatehydroxyl radicaldensity functional theorytransient stateelectron transferenergy barrierdamage

牛鹤丽、杨应、徐岩、孙艳雨、郝成欣、王佐成、姜春旭、赵丽红

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谷氨酸 羟自由基 密度泛函理论 过渡态 电子转移 能垒 损伤

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2024

复旦学报(自然科学版)
复旦大学

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CSTPCD北大核心
影响因子:0.388
ISSN:0427-7104
年,卷(期):2024.63(1)
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