分子动力学模拟和自由能微扰方法用于α-环糊精对氨基酸的手性识别研究

摘要

尽管利用环糊精进行手性分离的实验研究已取得了很大进展，但对不同的对映体其手性识别机理以及所形成包结物的结构信息却少有报道。氨基酸是一种常见的手性化合物，而环糊精又具有手性识别的微环境，有关环糊精对氨基酸的手性识别的实验研究已有很多，但是理论研究相对较少。本文分别用分子动力学模拟和自由能微扰方法通过计算环糊精和氨基酸对映体相互作用能和相对结合自由能，进行环糊精对氨基酸的手性识别研究。主要内容如下： 首先总结了环糊精的计算机模拟研究所包括的内容，综述了环糊精与客体分子进行分子识别和手性识别研究的计算机模拟方法及其进展。 介绍了适用于大分子体系的高性能并行分子动力学计算软件NAMD的功能、构成和特点，并结合具体应用实例，介绍了利用NAMD进行分子动力学模拟的使用方法。 将常规分子动力学模拟方法应用于α-环糊精对四组手性氨基酸D/L-丙氨酸、D/L-缬氨酸、D/L-亮氨酸和D/L-丝氨酸的手性识别研究。结果表明：(1)在用分子动力学模拟方法对环糊精与氨基酸的手性识别研究中，平均相互作用能可以作为手性识别的一个判断标准；(2)α-环糊精对丙氨酸、亮氨酸和丝氨酸对映体具有一定的识别能力，并且对L异构体具有较强的结合能力，与实验结果一致，而对缬氨酸对映体则无法进行识别；(3)对亮氨酸和丙氨酸识别的过程中静电相互作用对手性识别是决定性的，但对丝氨酸的手性识别，范德华相互作用起决定作用。 在分子动力学的基础上利用自由能微扰方法研究了环糊精对上述四组氨基酸的手性识别。结果表明：(1)α-环糊精对这四组氨基酸均可以进行手性识别；(2)自由能微扰方法计算得到的相对结合自由能数值与实验测定的吉布斯自由能差值比较一致；(3)与常规分子动力学模拟方法相比较，自由能微扰方法在环糊精对氨基酸的手性识别研究上更加可靠，为进一步开展主客体分子之间手性识别提供一种真实可靠的工具。

目录

文摘

英文文摘

第一章综述

第二章分子动力学软件—NAMD

第三章NAMD用于α-环糊精对氨基酸的手性识别研究

第四章自由能微扰方法用于α-环糊精对氨基酸的手性识别研究

附录

致谢