甲硫氨酸模型肽自由基损伤机理的量子化学计算研究

摘要

自由基是带有未成对电子的分子、离子或基团，在体内可以通过多种途径产生。研究发现许多疾病，例如神经退行性疾病以及机体的衰老等等与自由基有很大的关系。氨基酸在生物体内由于广泛的分布和较低的氧化还原电位，成为许多种自由基进攻的靶标，其中甲硫氨酸是最容易氧化的氨基酸之一。甲硫氨酸的氧化不仅代表了一类重要的蛋白翻译后修饰过程，也是衰老和许多疾病(如：阿尔茨海默氏症、疯牛病和帕金森氏症等神经退行性疾病)的诱因之一，因此甲硫氨酸的氧化机理目前已经引起了广泛的关注。研究甲硫氨酸模型肽的氧化机理对揭示神经退行性疾病的发病机理，筛选相关治疗药物都有一定意义。 目前，许多实验方法已被用来探讨氨基酸的氧化机制，其中脉冲辐解方法是最有力的手段之一。对氨基酸各氧化中间体瞬态吸收光谱的归属研究可以初步建立氨基酸的氧化“路线图”。然而瞬态吸收谱的归属通常是有争议的，因此不同的观察者可能给出不同的甚至相互矛盾的结果。量子化学计算目前广泛应用于化学、生命科学、材料科学等领域的研究，是探讨分子结构－功能关系的重要研究手段之一，可以计算小分子几乎所有的物理化学性质。考虑到量子化学的密度泛函理论(DFT)方法，特别是含时DFT(TD-DFT)方法已被成功用于探讨天然产物的氧化还原机制，我们采用了DFT方法对甲硫氨酸及其模型肽进行了比较详尽的理论研究。 首先，选择小分子有机硫化合物二甲基硫和二乙醇基硫评价了计算方法的基组依赖性和长程溶剂效应；其次，选择HOO·-H2O自由基评价了短程溶剂效应，即结合水的氢键对光谱的影响；最后，用经过评价的DFT和TD-DFT方法，对甲硫氨酸模型肽N-乙酰甲硫氨酸氨基在水溶液中的脉冲辐解氧化过程进行了详尽的计算，不仅验证了实验提出的氧化机理，而且指出质子化形式在甲硫氨酸模型肽的氧化反应中应予以考虑，这为进一步的实验研究提供了启发。此外，对甲硫氨酸亚砜的进一步氧化机制也进行了计算。 总之，通过对甲硫氨酸及其模型肽氧化机理的研究，证明DFT方法特别是TD-DFT方法可以作为氨基酸氧化机理实验研究的重要补充。 全文共分六章内容：其中第一章为综述部分，介绍了自由基损伤甲硫氨酸模型肽的研究概况、意义、存在的问题和解决方案等；第二章介绍了量子化学的基本理论和计算方法；第三章介绍了本文所用的理论参数以及参数的具体计算方法；第四章是对本文计算方法有效性的评价；第五章计算了甲硫氨酸及其模型肽N-乙酰甲硫氨酸氨基的氧化过程，并考虑了质子化形式在该过程中的作用；第六章总结了本论文的主要内容并为进一步研究作出展望。

目录

文摘

英文文摘

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第一章综述

第二章量子化学计算的基本理论

第三章理论参数的选择与计算

第四章计算方法评价

第五章甲硫氨酸模型肽的氧化机理研究

第六章总结与展望

附录主要缩写词列表

硕士期间发表的论文及参与的研究项目

致谢