氨基酸在含氧酸鹽及酰胺衍生物水溶液中的熱力學性質研究.pdf

1、氨基酸作為蛋白質的基本結構單元，是研究蛋白質結構和性質的良好模型化合物。通過對氨基酸在水及混合溶劑中的熱力學性質的研究，既可以獲得溶質-溶劑相互作用的信息，又有助于認識蛋白質的穩(wěn)定性機理。鹽溶液對蛋白質的結構和功能有著重要的影響，酰胺衍生物具有與蛋白質的骨架結構相同的肽鍵，是多肽結構的一種很好的模型化合物，研究氨基酸在鹽及酰胺衍生物水溶液中的熱力學性質，有助于揭示蛋白質與鹽之間、蛋白質的氨基酸殘基之間以及蛋白質與周圍介質之間的相互作用。

2、 本論文是國家自然科學基金資助項目(No.20273061)的部分工作，主要由以下五個部分組成： 第一章：簡要介紹了蛋白質模型分子溶液熱力學的研究背景、理論和研究現(xiàn)狀。 第二章：用遷移焓方法研究了甘氨酸、L-丙氨酸和L-絲氨酸三種典型的天然氨基酸與含氧酸鹽：LiNO<,3>、NaNO<,3>、KNO<,3>、Na<,2>SO<,4>和NaClO<,4>之間的相互作用。用RD496-Ⅱ型微量熱量計分別測定了298.

3、15 K三種氨基酸在含氧酸鹽水溶液中的溶解焓，以遷移焓為探針，系統(tǒng)研究了氨基酸的結構和離子的性質對遷移焓的影響，探討了離子對蛋白質穩(wěn)定性的影響及含氧酸鹽水溶液的結構特征。研究表明：1)除L-丙氨酸在Na<,2>SO<,4>水溶液外，氨基酸在五種含氧酸鹽中的遷移焓均為負值。不同的氨基酸從水到同濃度的含氧酸鹽水溶液中的遷移焓的差異取決于氨基酸側鏈的性質。三種氨基酸在NaNO<,3>，KNO<,3>，Na<,2>SO<,4>及低濃度的NaCl

4、O<,4>和LiNO<,3>溶液中遷移焓的大小均表現(xiàn)為：L-丙氨酸>甘氨酸>L-絲氨酸。在NaClO<,4>和LiNO<,3>溶液中，當鹽的濃度大于1.5 mol·kg<'-1>時，遷移焓的大小為：L-丙氨酸>L-絲氨酸>甘氨酸，體現(xiàn)了高濃度時溶劑結構的變化。2)離子的水化性質對遷移焓有明顯的影響，陰離子的影響要大于陽離子。離子越容易去水化，對遷移焓的負貢獻越大。對于結構相似的陽離子或陰離子，半徑越大，與氨基酸之間的結構相互作用越大，結

5、構相互作用在大多數情況下超過了靜電作用而成為影響氨基酸與鹽之間遷移焓規(guī)律的主要因素。3)陰離子使蛋白質變性的能力與陰離子-甘氨酸之間相互作用的放熱效應有近似平行的關系。 第三章：用體積方法研究甘氨酸、L-丙氨酸和L-絲氨酸與LiNO<,3>、NaNO<,3>、KNO<,3>、Na<,2>SO<,4>和NaClO<,4>之間的相互作用。用DMA55型精密密度測定儀分別測定了298.15 K三種氨基酸在含氧酸鹽水溶液中的密度。計算了

6、氨基酸的遷移偏摩爾體積，討論了氨基酸側鏈對遷移偏摩爾體積和理論水化數的的影響。探討了離子的性質對遷移體積和蛋白質穩(wěn)定性的影響。研究發(fā)現(xiàn)：1)三種氨基酸在五種含氧酸鹽水溶液中的遷移體積均為正值，并且隨著鹽濃度的增大而增大。在鹽濃度相同時，三種氨基酸的遷移偏摩爾體積的大小順序為：L-絲氨酸>甘氨酸>L-丙氨酸。2)氨基酸兩性頭部與鹽之間的靜電作用對遷移偏摩爾體積的貢獻是主要的，靜電作用的大小取決于離子的半徑和電荷。同一種氨基酸在含氧酸鹽中的

7、遷移體積表現(xiàn)為：Na<,2>SO<,4>>NaNO<,3>>KNO<,3>>NaClO<,4>>LiNO<,3>。3)離子對蛋白質結構的破壞能力與離子對甘氨酸遷移體積影響減小的順序基本一致。 第四章：用溶解焓方法研究298.15 K甘氨酸、L-丙氨酸和L-絲氨酸與N-甲基甲酰胺(NMF)，N，N-二甲基甲酰胺(DMF)，N-甲基乙酰胺(NMA)和N，N-二甲基乙酰胺(DMA)之間的相互作用，并與氨基酸在甲酰胺(FA)和乙酰胺(A

8、D)中的遷移焓進行比較，得到以下結論：1)除L-絲氨酸在低濃度NMF溶液外，三種氨基酸從水到四種酰胺衍生物水溶液中的遷移焓都為正值。三種氨基酸在同一種酰胺衍生物水溶液中的遷移焓表現(xiàn)為：L-丙氨酸>甘氨酸>L-絲氨酸，這種差異反映了側鏈與溶劑之間的結構相互作用的不同。2)氨基酸兩性離子頭部與酰胺衍生物之間的結構相互作用對遷移焓的貢獻是主要的，氨基酸與酰胺衍生物之間主要表現(xiàn)為兩分子相互作用。3) 同一種氨基酸在酰胺及酰胺衍生物溶液中的遷移焓

9、大小為：DMA>NMA>DMF>NMF>AD>FA，這一順序與酰胺的疏水性大小是一致的。 第五章：用與第三章中相同的方法研究298.15 K時甘氨酸、L-丙氨酸和L-絲氨酸分別在NMF、NMA、DMF和DMA水溶液中的體積性質。討論了氨基酸的結構和酰胺衍生物的結構對遷移體積的影響，探討了溫度對三種氨基酸在DMA水溶液中遷移體積的影響。結果表明：1)三種氨基酸從水到酰胺衍生物水溶液中的遷移體積與氨基酸和酰胺的相對疏水性有關。甘氨酸

10、和L-絲氨酸與四種酰胺間的親水-親水相互作用對遷移體積的貢獻是主要的，遷移體積均為正值，并且隨溶劑濃度的增大而增大，水化數隨濃度的增大而減小。L-丙氨酸與NMA、DMF和DMA之間的疏水-疏水作用略占優(yōu)勢，遷移體積為負值，水化數較水溶液中稍大，但隨溶劑濃度變化遷移體積和水化數變化很小。L-丙氨酸在低濃度NMF溶液中疏水-疏水作用對遷移體積的貢獻較大，溶劑濃度增大，親水-親水作用逐漸明顯，并且隨濃度的增大而增大，水化數逐漸減小。2)在同一

11、溶劑濃度下(除在m>2.5 mol·kg<'-1>DMA溶液中)，三種氨基酸遷移偏摩爾體積的大小均表現(xiàn)為：L-丙氨酸2.5 mol·kg<'-1>DMA溶液中為：L-丙氨酸<甘氨酸