مطالعه کوانتومی تاثیر ساختار دوم پروتئین روی خاصیت اسیدی هیستیدین در زنجیره پلی پپتیدی گلایسین

با هدف محاسبه ثابت تفکیک اسیدی، سه ساختار مختلف رندوم، مارپیچ آلفا و صفحه بتای آمینواسید کاتیونی هیستیدین به همراه8 گلایسین در فازمحلول بررسی شده است. مقادیر pKa با استفاده از نرم افزار محاسباتی گوسین 90 و روش آغازین HF و نظریه تابعی چگالیB3LYP برای محاسبات فازگاز و مدل حلال پوشی CPCM/UFF برای محاسبات فاز محلول با مجموعه پایه 6-31G(d) انجام شده است. دو چرخه ترمودینامیکی مختلف با نام هایروش مستقیم و روش تبادل پروتون (شکل1) در این تحقیق مورد استفاده قرار گرفته است. دست یافتن به مقادیر نزدیک به مقادیر تجربی در محاسباتpKa بسیار مشکل است زیرا خطای 36/1کیلوکالری بر مول در تغییرات انرژی آزاد در فرایند از دست دادن پروتون منجر به1 واحد خطا در مقدارpKa می شود. یکی از اصلی ترین منابع خطا، انرژی آزاد مورد استفاده برای هیدروژن کاتیونی و یون هیدرونیوم است که به ترتیب در چرخه اول و دوم مورداستفاده قرار می گیرد. نتایج نشان می دهد که روش تبادل پروتون مقادیر صحیح تری (نزدیک به مقادیر تجربی) از pKa نسبت به روش مستقیم به دست می آورد. مقایسه بین مقادیر pKa سه ساختار مختلف رندوم، مارپیچ آلفا و صفحه بتا (شکل2) نشان می دهد که قدرت اسیدی بتا، آلفا و رندوم به ترتیب کاهش می یابد. برای بررسی علت این پدیده از آنالیز ساختاری و محاسبه اوربیتالهای پیوندی طییعی( NBO ) استفاده شده است. محاسبات ساختاری نشان داد که علت این پدیده تشکیل پیوند هیدروژنی در ساختارهای آلفا و بتا می باشد. آنالیز NBO نشان داد که یکی از دلایل عمده افزایش خاصیت اسیدی در فاز محلول افزایش انرژی غیر مستقر(E delocal∆) در ساختار اسید خنثی نسبت به اسید باردار مثبت است. برای آگاهی از قدرت پیوند هیدروژنی محاسبات اتم در مولکول انجام شد که نشان دهنده افزایش قدرت پیوند هیدروژنی در ساختار بتا نسبت به آلفا و رندوم میباشد. مطالعه دانسیته با ر الکترونیو لاپلاسین آن، این نتایج را تأیید میکند..