English

Архив публикаций

Тезисы

XVI-ая конференция

Дуализм поведения N-H группы в формировании водородных связей простейшими аминопроизводными

Самченко А.А., Кабанов А.В., Комаров В.М.

Институт биофизики клетки РАН, Россия, 142290, г. Пущино, Тел. 8(4967)73-94-04, e-mail: open13@mail.ru

1  стр. (принято к публикации)

Невалентные взаимодействия и в первую очередь водородные связывания играют важную роль в организации вторичной структуры белковых молекул, в определении специфики их функционирования. В реальных условиях существования таких молекул конкурирующий вклад в эти процессы дает и гидратная среда, изобилующая водородными связями молекул воды с элементами полипептидной цепи.

Считается, что N-H группы амидов в составе цепи всегда выступает как протоно-доноры и через водородное N-H…O связывание с соответствующими соседними амидными группами стабилизируют элементы вторичной структуры белка. При этом, как свободные N-H связи амидов, так и N-H связи аминогрупп боковых остатков координируются через N-H…O связи либо с молекулами воды, либо с другими боковыми остатками.

Вместе с тем, экспериментально давно известно, что аминогруппа в простейших аминопроизводных в отличие от амидов при водородном связывании с молекулой воды как правило выступает не как протонодонор, а как протоноакцептор. Полагают, что такое поведение атома азота при водородном связывании обусловлено высоким значением основности их амино групп. (pKa для аммиака равен 9,2 , в то время как в формамиде pKa = –0,5). Резкое возрастание основности «NH-центра» простых аминов по сравнению с амидами обусловлено «выключением» неподеленной пары электронной атома азота из π-электронной системы молекулы. Именно по этой причине пептидная группа всегда рассматриваться как кислотная группа при H-связывании.

С другой стороны в литературе можно найти данные, указывающие на то, что тот же аммиак в Н-связывании может выступать еще и как протонодонор, а амид - может координироваться в N…H-O связывании еще и как протоноакцепторная группа. Поэтому представлялось чрезвычайно важным сравнить на теоретическом уровне детальную энергетику водородного связывания аминов с молекулами воды по обоим канадам их альтернативного Н-связывания.

В работе на примере молекул NH3, CH3-NH2, (CH3)2-NH, (CH3)3-N, CH2=CH-NH2, O=CH-NH2 O=CCH3-N(CH3)H был проведен сравнительный анализ структурных и энтальпийных характеристик протоноакцепторных и протонодонорных вариантов Н-связывания аминов с молекулой воды. Оптимизационные расчеты проводились на базе ab initio квантово-химических MP2 и DFT(B3LYP, PBE1PBE0, PBELYP) методик в различных вариантах расширенных наборов базисных функций. Учитывались вклады BSSE поправок и энергетика нулевых колебаний в рассчитываемые характеристики.

Показано, что протонодонорный, N-H…O вариант Н-связывания формамида с водой имеет величину энтальпии порядка 4,5 kcal/mol в то время как протоноакцепторный вариант, N…H-O - имеет энтальпию ~ 1,0 kcal/mol. При переходе к более коротким, простым аминам порядок этих величин плавно инвертируются.



© 2004 Дизайн Лицея Информационных технологий №1533