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文檔簡介
1、甘氨酸,又名氨基乙酸、氨基醋酸。它作為最簡單的氨基酸,在生物、化學領域扮演著重要的角色。作為生命的基礎物質之一,它與水的結合方式是人們感興趣的課題。
本文討論了(H2O)10-(Glycine)n(n=1-3)團簇的結構與性質,以期探索生命物質的基礎有機小分子在水團簇中的聚集特征。首先,我們采用Compass分子力場,應用NVT系綜的分子動力學,產生一系列(H2O)10-(Glycine)n(n=1-3)水合團簇的初始位形;然
2、后,采用GGA/PBE的密度泛函理論計算,對通過分子動力學得到的近1500種(H2O)10-(Glycine)n(n=1-3)的初始位形進行能量最小化;對于能量較低的結構位形,再UPBEPBE/6-31g(d)的級別上進行了進一步的結構優(yōu)化(能量最小化),討論它們的構型規(guī)律和物理特性,主要結論如下:
1.(H2O)10-Glycine所有形成的復合物中,呈現(xiàn)Glycine與水集團疏離的現(xiàn)象。在(H2O)10-Glycine最穩(wěn)
3、態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)的復合物中,均有17個氫鍵,多于其它結構的復合物;氫鍵的平均距離略短于其它復合物氫鍵平均長度;O--H...O的角度約為180°。水分子中的-OH與Glycine中的-COOH結合,形成環(huán)狀結構,且以四元環(huán)居多。甘氨酸的羧基-COOH中的H與水分子中的O原子通過氫鍵結合時,-COOH中的氫原子作為質子供體,水分子中的氧原子作為質子受體。在-COOH中的氧原子與水分子中的H原子通過氫鍵結合時,氧原子作為質子受體,氫原子作為質子供
4、體。由于水分子與甘氨酸的相互作用,導致甘氨酸中的鍵長相對于單體時變短,使鍵能增大。
2.(H2O)10-(Glycine)2所形成的復合物中,同樣呈現(xiàn)Glycine與水集團的疏離;(H2O)10-(Glycine)2的最穩(wěn)態(tài)和亞穩(wěn)態(tài)結構中,兩個甘氨酸中的羧基和氨基分別與水分子之間形成氫鍵,整體呈現(xiàn)出籠狀結構。水分子中的-OH多與Glycine中的-COOH結合,形成環(huán)的形式,(H2O)10-(Glycine)2的最穩(wěn)態(tài)結構中有
5、21個氫鍵,(H2O)10-(Glycine)2的亞穩(wěn)態(tài)結構中有22個氫鍵。甘氨酸以及甘氨酸與水分子間的鍵長也隨著穩(wěn)定性的降低變長;O--H...O的角度略小于180°。
3.在(H2O)10-(Glycine)3所形成的復合物中,Glycine與水集團之間呈現(xiàn)疏離的狀態(tài),同時三個甘氨酸之間也是互相遠離。(H2O)10-(Glycine)3的最穩(wěn)態(tài)結構有24個氫鍵、亞穩(wěn)態(tài)結構中有25個氫鍵。所有的復合物中,整體呈現(xiàn)能量越低氫鍵
6、個數(shù)越多的趨勢。最穩(wěn)定的結構中,三個甘氨酸的羧基和氨基分別與水分子之間形成氫鍵,整體呈現(xiàn)出籠狀結構。與(H2O)10-Glycine和(H2O)10-(Glycine)2類似,甘氨酸以及甘氨酸與水分子間的鍵長越長的復合物穩(wěn)定性越低,O--H...O的角度都是略小于180°。
在我們研究的范圍內,甘氨酸沒有嵌入水團簇的內部,它吸附在水團簇的表面,和水分子以環(huán)的形式結合。主要的分子間氫鍵相互作用發(fā)生在H2O和Glycine的羧基-
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