碱基腺嘌呤与多肽酰胺间氢键作用的最佳位点

刘帅 李书实 刘冬佳 王长生

引用本文: 刘帅, 李书实, 刘冬佳, 王长生. 碱基腺嘌呤与多肽酰胺间氢键作用的最佳位点[J]. 物理化学学报, 2013, 29(12): 2551-2557. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310293 shu
Citation:  LIU Shuai, LI Shu-Shi, LIU Dong-Jia, WANG Chang-Sheng. Site Preferences of Adenine Hydrogen Bonding to Peptide Amides[J]. Acta Physico-Chimica Sinica, 2013, 29(12): 2551-2557. doi: 10.3866/PKU.WHXB201310293 shu

碱基腺嘌呤与多肽酰胺间氢键作用的最佳位点

  • 基金项目:

    国家自然科学基金(21173109) (21173109)

    教育部高等学校博士点基金(20102136110001) (20102136110001)

    辽宁省优秀人才基金(LR2012037) (LR2012037)

    大连市领军人才资助项目 

摘要:

正确理解核酸碱基和蛋白质多肽间的作用机制有助于人们利用这些生物分子有效地进行分子设计, 进而制备具有特殊纳米结构和功能的生物分子材料. 本文优化得到了碱基腺嘌呤与N-甲基乙酰胺、甘氨酸二肽、丙氨酸二肽形成的20 个氢键复合物的结构并计算了结合能, 探讨了腺嘌呤与多肽酰胺间氢键作用的最佳位点. 研究发现: 腺嘌呤可以使用两个不同位点(A1 位点和A2 位点)与N-甲基乙酰胺形成N―H…N型或者N―H…O=C型氢键复合物, 腺嘌呤使用A1 位点与N-甲基乙酰胺形成的N―H…N型氢键复合物更稳定; 二肽分子可以使用主链上两个不同位点(丙氨酸的Ala7位点和Ala5位点或者甘氨酸的Gly7位点和Gly5位点)与腺嘌呤形成含有N―H…N和N―H…O=C两条氢键的复合物, 二肽分子使用Ala7 或Gly7 位点与腺嘌呤形成的氢键复合物更稳定; 腺嘌呤与多肽间的氢键作用强于其与N-甲基乙酰胺的作用. 基于分子中的原子理论与自然键轨道计算结果分析了氢键作用的本质.

English

    1. [1]

      (1) Hobza, P.; Sponer, J. Chem. Rev. 1999, 99, 3247. doi: 10.1021/cr9800255

      (1) Hobza, P.; Sponer, J. Chem. Rev. 1999, 99, 3247. doi: 10.1021/cr9800255

    2. [2]

      (2) Kennedy, R. J.; Tsang, K. Y.; Kemp, D. S. J. Am. Chem. Soc.2002, 124, 934. doi: 10.1021/ja016285c(2) Kennedy, R. J.; Tsang, K. Y.; Kemp, D. S. J. Am. Chem. Soc.2002, 124, 934. doi: 10.1021/ja016285c

    3. [3]

      (3) Jones, S.; Heyningen, P.; Berman, H. M.; Thornton, J. M. J. Mol. Biol. 1999, 287, 877. doi: 10.1006/jmbi.1999.2659(3) Jones, S.; Heyningen, P.; Berman, H. M.; Thornton, J. M. J. Mol. Biol. 1999, 287, 877. doi: 10.1006/jmbi.1999.2659

    4. [4]

      (4) Mukherjee, S.; Majumdar, M.; Bhattacharyya, D. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10484. doi: 10.1021/jp0446231(4) Mukherjee, S.; Majumdar, M.; Bhattacharyya, D. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 10484. doi: 10.1021/jp0446231

    5. [5]

      (5) Gu, J.;Wang, J.; Leszczynski, J. J. Phys. Chem. B 2006, 110,13590. doi: 10.1021/jp061360x(5) Gu, J.;Wang, J.; Leszczynski, J. J. Phys. Chem. B 2006, 110,13590. doi: 10.1021/jp061360x

    6. [6]

      (6) Cheng, A. C.; Chen,W.W.; Fuhrmann, C. N.; Frankel, A. D. J. Mol. Biol. 2003, 327, 781. doi: 10.1016/S0022-2836(03)00091-3(6) Cheng, A. C.; Chen,W.W.; Fuhrmann, C. N.; Frankel, A. D. J. Mol. Biol. 2003, 327, 781. doi: 10.1016/S0022-2836(03)00091-3

    7. [7]

      (7) Allers, J.; Shamoo, Y. J. Mol. Biol. 2001, 311, 75. doi: 10.1006/jmbi.2001.4857(7) Allers, J.; Shamoo, Y. J. Mol. Biol. 2001, 311, 75. doi: 10.1006/jmbi.2001.4857

    8. [8]

      (8) Rutledge, L. R.; Campbell-Verduyn, L. S.; Hunter, K. C.;Wetmore, S. D. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 19652. doi: 10.1021/jp061939v(8) Rutledge, L. R.; Campbell-Verduyn, L. S.; Hunter, K. C.;Wetmore, S. D. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 19652. doi: 10.1021/jp061939v

    9. [9]

      (9) Ma, G. Z.; Qiu, Y. F.; Nan, J. M.; Xiao, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 1917. [马国正, 求亚芳, 南俊民, 肖信. 物理化学学报, 2008, 24, 1917.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20081031(9) Ma, G. Z.; Qiu, Y. F.; Nan, J. M.; Xiao, X. Acta Phys. -Chim. Sin. 2008, 24, 1917. [马国正, 求亚芳, 南俊民, 肖信. 物理化学学报, 2008, 24, 1917.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20081031

    10. [10]

      (10) Fan, D.; Liu, Z. M.; Jin, H.W.; Zhang, L. R. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1223. [樊迪, 刘振明, 金宏威, 张亮仁. 物理化学学报, 2011, 27, 1223.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110439(10) Fan, D.; Liu, Z. M.; Jin, H.W.; Zhang, L. R. Acta Phys. -Chim. Sin. 2011, 27, 1223. [樊迪, 刘振明, 金宏威, 张亮仁. 物理化学学报, 2011, 27, 1223.] doi: 10.3866/PKU.WHXB20110439

    11. [11]

      (11) Schyman, P.; Danielsson, J.; Pinak, M.; Laaksonen, A. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 1713. doi: 10.1021/jp045686m(11) Schyman, P.; Danielsson, J.; Pinak, M.; Laaksonen, A. J. Phys. Chem. A 2005, 109, 1713. doi: 10.1021/jp045686m

    12. [12]

      (12) Rutledge, L. R.; Churchill, C. D. M.;Wetmore, S. D. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 3355.(12) Rutledge, L. R.; Churchill, C. D. M.;Wetmore, S. D. J. Phys. Chem. B 2010, 114, 3355.

    13. [13]

      (13) Leavens, F. M. V.; Churchill, C. D. M.;Wang, S.;Wetmore, S.D. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 10990. doi: 10.1021/jp205424z(13) Leavens, F. M. V.; Churchill, C. D. M.;Wang, S.;Wetmore, S.D. J. Phys. Chem. B 2011, 115, 10990. doi: 10.1021/jp205424z

    14. [14]

      (14) Chocholousova, J.; Feig, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110,17240. doi: 10.1021/jp0627675(14) Chocholousova, J.; Feig, M. J. Phys. Chem. B 2006, 110,17240. doi: 10.1021/jp0627675

    15. [15]

      (15) Qin, S.; Zhou, H. X. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 5955. doi: 10.1021/jp075919k(15) Qin, S.; Zhou, H. X. J. Phys. Chem. B 2008, 112, 5955. doi: 10.1021/jp075919k

    16. [16]

      (16) Rozas, I.; Alkorta, I.; Elguero, J. J. Phys. Chem. B 2004, 108,3335. doi: 10.1021/jp036901m(16) Rozas, I.; Alkorta, I.; Elguero, J. J. Phys. Chem. B 2004, 108,3335. doi: 10.1021/jp036901m

    17. [17]

      (17) Xu, B.; Schones, D. E.;Wang, Y.; Liang, H.; Li, G. PLoS ONE2013, 8, e52460.(17) Xu, B.; Schones, D. E.;Wang, Y.; Liang, H.; Li, G. PLoS ONE2013, 8, e52460.

    18. [18]

      (18) Zhang, Y.; Shen, H.; Zhang, M.; Li, G. J. Phys. Chem. B 2013,117, 982. doi: 10.1021/jp309682t(18) Zhang, Y.; Shen, H.; Zhang, M.; Li, G. J. Phys. Chem. B 2013,117, 982. doi: 10.1021/jp309682t

    19. [19]

      (19) Shen, H.; Sun, H.; Li, G. PLoS Comput. Biol. 2010, 8, e1002851.(19) Shen, H.; Sun, H.; Li, G. PLoS Comput. Biol. 2010, 8, e1002851.

    20. [20]

      (20) Galetich, I.; Stepanian, S. J.; Shelkovsky, V.; Kosevich, M.;Bla i, Y. P.; Adamowicz, L. J. Phys. Chem. A 2000, 104,8965. doi: 10.1021/jp000755s(20) Galetich, I.; Stepanian, S. J.; Shelkovsky, V.; Kosevich, M.;Bla i, Y. P.; Adamowicz, L. J. Phys. Chem. A 2000, 104,8965. doi: 10.1021/jp000755s

    21. [21]

      (21) Alkorta, I.; Elguero, J. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5306.(21) Alkorta, I.; Elguero, J. J. Phys. Chem. B 2003, 107, 5306.

    22. [22]

      (22) Lee, J.; Kim, J. S.; Seok, C. J. Phys. Chem. B 2010, 114,7662. doi: 10.1021/jp1017289(22) Lee, J.; Kim, J. S.; Seok, C. J. Phys. Chem. B 2010, 114,7662. doi: 10.1021/jp1017289

    23. [23]

      (23) Rutledge, L. R.; Navarro-Whyte, L.; Peterson, T. L.;Wetmore,S. D. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 12646. doi: 10.1021/jp203248j(23) Rutledge, L. R.; Navarro-Whyte, L.; Peterson, T. L.;Wetmore,S. D. J. Phys. Chem. A 2011, 115, 12646. doi: 10.1021/jp203248j

    24. [24]

      (24) Liu, D. J.;Wang, C. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2809.[刘冬佳, 王长生. 物理化学学报, 2012, 28, 2809.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201209263(24) Liu, D. J.;Wang, C. S. Acta Phys. -Chim. Sin. 2012, 28, 2809.[刘冬佳, 王长生. 物理化学学报, 2012, 28, 2809.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201209263

    25. [25]

      (25) Li, Y.;Wang, C. S. Sci. China. Chem. 2011, 54, 1759. doi: 10.1007/s11426-011-4411-y(25) Li, Y.;Wang, C. S. Sci. China. Chem. 2011, 54, 1759. doi: 10.1007/s11426-011-4411-y

    26. [26]

      (26) Li,Y.; Jiang, X. N.;Wang, C. S. J. Comput. Chem. 2011, 32,953. doi: 10.1002/jcc.v32.5(26) Li,Y.; Jiang, X. N.;Wang, C. S. J. Comput. Chem. 2011, 32,953. doi: 10.1002/jcc.v32.5

    27. [27]

      (27) Li,Y.;Wang, C. S. J. Comput. Chem. 2011, 32, 2765. doi: 10.1002/jcc.v32.13(27) Li,Y.;Wang, C. S. J. Comput. Chem. 2011, 32, 2765. doi: 10.1002/jcc.v32.13

    28. [28]

      (28) Huang, C. Y.; Li, Y.;Wang, C. S. Sci. China. Chem. 2013, 56,238. doi: 10.1007/s11426-012-4715-6(28) Huang, C. Y.; Li, Y.;Wang, C. S. Sci. China. Chem. 2013, 56,238. doi: 10.1007/s11426-012-4715-6

    29. [29]

      (29) Wang, C. S.; Liu, P.; Yu, N. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29,1173. [王长生, 刘朋, 于楠. 物理化学学报, 2013, 29,1173.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201303153(29) Wang, C. S.; Liu, P.; Yu, N. Acta Phys. -Chim. Sin. 2013, 29,1173. [王长生, 刘朋, 于楠. 物理化学学报, 2013, 29,1173.] doi: 10.3866/PKU.WHXB201303153

    30. [30]

      (30) Radoszkowicz, L.; Huppert, D.; Nachliel, E.; Gutman, M. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 1017. doi: 10.1021/jp908766e(30) Radoszkowicz, L.; Huppert, D.; Nachliel, E.; Gutman, M. J. Phys. Chem. A 2010, 114, 1017. doi: 10.1021/jp908766e

    31. [31]

      (31) Bhattacharyya, S.; Stankovich, M. T.; Truhlar, D. G.; Gao, J. L.J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5729. doi: 10.1021/jp071526+(31) Bhattacharyya, S.; Stankovich, M. T.; Truhlar, D. G.; Gao, J. L.J. Phys. Chem. A 2007, 111, 5729. doi: 10.1021/jp071526+

    32. [32]

      (32) Kuppuraj, G.; Sargsyan, K.; Hua, Y. H.; Merrill, A. R.; Lim, C.J. Phys. Chem. B 2011, 115, 7932. doi: 10.1021/jp1118663(32) Kuppuraj, G.; Sargsyan, K.; Hua, Y. H.; Merrill, A. R.; Lim, C.J. Phys. Chem. B 2011, 115, 7932. doi: 10.1021/jp1118663

    33. [33]

      (33) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03,Revision D.01; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2004.(33) Frisch, M. J.; Trucks, G.W.; Schlegel, H. B.; et al. Gaussian 03,Revision D.01; Gaussian Inc.:Wallingford, CT, 2004.

    34. [34]

      (34) Biegler, K. F.; Schonbohm, J.; Bayles, D. J. Comput. Chem.2001, 22, 545.(34) Biegler, K. F.; Schonbohm, J.; Bayles, D. J. Comput. Chem.2001, 22, 545.

    35. [35]

      (35) Zhao, G. J.; Han, K. L. Accounts Chem. Res. 2012, 45, 404. doi: 10.1021/ar200135h(35) Zhao, G. J.; Han, K. L. Accounts Chem. Res. 2012, 45, 404. doi: 10.1021/ar200135h

    36. [36]

      (36) Zhao, G. J.; Liu, J. Y.; Zhou, L. C.; Han, K. L. J. Phys. Chem. B2007, 111, 8940. doi: 10.1021/jp0734530(36) Zhao, G. J.; Liu, J. Y.; Zhou, L. C.; Han, K. L. J. Phys. Chem. B2007, 111, 8940. doi: 10.1021/jp0734530

    37. [37]

      (37) Scheiner, S. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16132. doi: 10.1021/jp053416d(37) Scheiner, S. J. Phys. Chem. B 2005, 109, 16132. doi: 10.1021/jp053416d

    38. [38]

      (38) Scheiner, S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18670. doi: 10.1021/jp063225q

      (38) Scheiner, S. J. Phys. Chem. B 2006, 110, 18670. doi: 10.1021/jp063225q

  • 加载中
计量
  • PDF下载量:  600
  • 文章访问数:  1166
  • HTML全文浏览量:  49
文章相关
  • 发布日期:  2013-11-28
  • 收稿日期:  2013-08-11
  • 网络出版日期:  2013-10-29
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
  • 1. 

    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

  1. 本站搜索
  2. 百度学术搜索
  3. 万方数据库搜索
  4. CNKI搜索

/

返回文章