Евразийский
научный
журнал

Влияние водородной связи на структуру и колебательный спектр цвиттер-ионной формы L– цистеина

Поделитесь статьей с друзьями:
Автор(ы): Кадров Дмитрий Михайлович
Рубрика: Физико-математические науки
Журнал: «Евразийский Научный Журнал №9 2016»  (сентябрь)
Количество просмотров статьи: 1038
Показать PDF версию Влияние водородной связи на структуру и колебательный спектр цвиттер-ионной формы L– цистеина

Кадров Дмитрий Михайлович
Аспирант, СГУ им.Н.Г.Чернышевского, Россия, г. Саратов
spikersgu@yandex.ru

Аннотация: В данной работе был выполнен расчёт структуры и ИК спектров цвиттер-ионной формы L–цистеина методом scrf с учетом Ван-дер-ваальсовых сил и  молекулы цистеина с молекулой воды. Расчёт структуры и колебательных спектров был выполнен с помощью программы Gaussian-09 методом DFT [1].

Ключевые слова: цистеин, водородная связь, цвиттер-ион

Цистеин – алифатическая серосодержащая аминокислота, существующая в виде L– и DL– изомеров. Способствует обезвреживанию токсических веществ и защищает организм от повреждающего действия радиации. Он ускоряет выздоровление после операций, ожогов, связывает тяжелые металлы и растворимое железо. Эта аминокислота также ускоряет сжигание жиров и образование мышечной ткани.

Экспериментальное и теоретическое исследование структуры молекулы цистеина является предметом многих исследований  [2-7].


Рис 1. Молекулярные диаграммы с обозначением атомов молекулы цвиттер-ионной формы L– цистеина и L– цистеина с  молекулой воды.

В таблице приведены вычисленные геометрические параметры цвиттер-ионной формы L–цистеина в водной среде с учётом межмолекулярного взаимодействия (модель SCRF) и образования водородной связи в комплексе исследуемой молекулы с водой.













Связи SCRF (Å) L-Cys + H2O (Å) Углы SCRF (град) L-Cys + H2O (град)
С1С2 1.56 O6C2O7 129.4 128.2
С1C3 1.52 C1C2O6 114.5 117.1
C3S4 1.84 C1C2O7 116.0 114.6
C2O6 1.26 C2C1H8 107.0 107.3
C2O7 1.24 C2C1N5 106.4 111.1
C1N5 1.50 1.51 C2C1C3 115.1 113.2
N5H12 1.02 N5C1H8 106.9 106.1
N5H13 1.04 C3C1H8 108.8 108.5
N5H14 1.02 C1N5H12 114.4 111.2
C1H8 1.09 C1N5H13 103.6 112.4
C3H10 1.09 C1N5H14 109.8 109.3
C3H11 1.09 C1C3H10 111.1 111.1
S4H9 1.35 1.34 C1C3H11 108.4 108.6
O15H13 1.78 C1C3S4 114.2 114.1
O6H16 1.77 C3S4H9 96.9 96.6
H12N5H14 109.1 107.4
H13N5H14 107.7 107.9
H12N5H13 111.7 107.4
H17O15H16 106.7

При взаимодействии L– цистеина с молекулой воды вблизи группы NH3+

образуется сразу две водородные связи. Значение длины l(N+Н…O-) составляет 1.78 Å. Длина второй водородной связи l(СО-…H+) = 1.77 Å.

Образование водородных связей в комплексе L–цистеина с молекулой воды приводит к значениям геометрических параметров, мало отличающихся от параметров, полученных при расчете цвиттер-ионной формы цистеина, за исключением валентных углов группы NH3+. Изменение угла C2C1N5 составило 5.3 град. Изменение угла C1N5H13 составляет 8.8 град.


Рис 2. ИК спектры молекулы цвиттер-ионной формы L– цистеина и L– цистеина с  молекулой воды.

Из анализа вычисленных колебательных спектров наблюдается хорошее частотное согласие цвиттер-ионной формы L– цистеина и L– цистеина с водой.

Но при этом следует отметить сдвиг частот колебаний на частотах 845 см-1

и 3175 см-1 для цвиттер-ионной формы исследуемой молекулы и соответствующих частотах 3175 и 3057 для L–цистеина, образующего водородные связи  с молекулой воды.

ZW L-Cys L-Cys + H2O Отнесение
nр Iр,ИК nр Iр,ИК
845 92.7 733 355.8 δ(СО2-)
3175 330.8 3057 1032.2 ν(NH)

В работе дана интерпретация колебательных спектров, что может быть использовано для предсказательных расчётов молекулы L–цистеина в комплексе с другими молекулами, представлены построенные ИК спектры. Показано влияние водородных связей на структуру молекулы, рассмотрены изменения длин связей и углов молекулы.




Список литературы:

  1. Frisch M.J., Trucks G.W., Schlegel H.B., et al. Gaussian 09 / Gaussian Inc., Wallingford CT, 2009. 394 р.
  2. Крупко Е.В., Гроздюк Г.Я., Халавка Ю.Б., Окрепка Г.М., Щербак Л.П. Влияние состава реакционной смеси на получение наночастиц CDS, стабилизированных L-цистеином, и их оптические свойства// Теоретическая и экспериментальная химия. Том 47, номер 2, 2011. 99-104 с.
  3. Полубояринов П.А., Лещенко П.П. Качественная реакция на цистеин, восстановленный глутатион и диацетофенонилселенид// Журнал аналитической химии (Москва). Том 68, номер 11, 2013. 1063 с.
  4. Спиридонова В.М. Супрамолекулярные гидрогели на основе L-цистеина и нитрата серебра: получение, структура и физико-химические свойства// Автореферат диссертации. 2012. 19 с.
  5. Панкратов А.Н., Бычков Н.А., Цивилева О.М. Взаимодействие L-цистеина с селенистой и селеновой кислотами: исследование методом теории функционала плотности// Журнал структурной химии. Том 51, номер 1, 2010. 15-21.
  6. Баранова О.А., Хижняк С.Д., Пахомов П.М. Супрамолекулярный гидрогель на основе L-цистеина и наночастиц серебра// Журнал структурной химии 2014 год, №1, 176-180 с.
  7. Pawlukojc A., Leciejewicz J., Ramirez-Cuesta A.J., Nowicka-Scheibe J. // Ibid. – 2005. – 61A. – P. 2474.