丙氨酸分子的构象研究
第27卷第2期 唐山师范学院学报 2005年3月 Vol. 27 No.2 Journal of Tangshan Teachers College Mar. 2005
丙氨酸分子的构象研究
孟祥军
(唐山师范学院 化学系,河北 唐山 063000)
摘 要:应用密度泛函理论(DFT)研究丙氨酸分子的构象,通过频率表征,得到12种稳定构象。 关键词:丙氨酸;构象;DFT;B3LYP
中图分类号:O621.14+2 文献标识码:A 文章编号:1009-9115(2005)02-0025-04
氨基酸不仅是蛋白质的单体,而且是重要的生命营养物质,研究氨基酸的结构和性质,对于探索生命过程具有重要的理论意义和实际意义。天然氨基酸共有20种,对氨基酸的构象的研究报道还比较有限,Csa´sza´r于1992年在理论上找到甘氨酸的13种稳定构象,[1]孙玉希等人于2002年采用B3P86/6-31G*对甘氨酸的结构进行了理论研究。[2]有关丙氨酸稳定构象的研究至今仍未见报道。 1 内容及方法
以丙氨酸(alanine,简写为Ala)的构象为研究对象,应用Gaussian 98W程序包,采用密度泛函理论Density Function Theory(DFT)的B3LYP方法在6-31G*基组水平上对丙氨酸分子的初始几何构型进行优化,并用频率进行表征。 2 结果与讨论
2.1 丙氨酸分子的构象和结构
,其几何参数列于附对丙氨酸分子的初始几何构型,采用B3LYP/6-31G*方法进行全梯度优化,得到12种稳定构象(见图1)表。通过频率计算验证结构Ala 1~Ala 12皆无虚频,说明各构象均对应于势能面上的低点。
Ala 1 Ala 2 Ala 3 Ala 4 Ala 5
Ala 6
Ala 7 Ala 8 Ala9 Ala 10 Ala 11 Ala 12
图1 丙氨酸分子的构象
────────── 收稿日期:2004-09-27
作者简介:孟祥军(1974-),男,河北秦皇岛人,唐山师范学院化学系讲师。 - 25 -
图中丙氨酸的原子编号一致, 1号为氮原子,3号、5号和 6号为碳原子,7号,8号为 氧原子,其余为氢原子。
第27卷第2期 唐山师范学院学报 2005年第2期
附表 丙氨酸稳定构象的结构参数
Parameter R(1,2) R(1,3) R(1,10) R(3,4) R(3,5) R(3,6) R(6,7) R(6,8) R(8,9) A(1,3,4) A(1,3,5) A(1,3,6) A(2,1,3) A(2,1,10) A(3,1,10) A(3,6,7) A(3,6,8) A(4,3,5) A(4,3,6) A(5,3,6) A(6,8,9) A(7,6,8) D(1,3,6,7) D(1,3,6,8) D(2,1,3,4) D(2,1,3,5) D(2,1,3,6) D(3,6,8,9) D(4,3,6,7) D(4,3,6,8) D(5,3,6,7) D(5,3,6,8) D(7,6,8,9) D(10,1,3,4) D(10,1,3,5) D(10,1,3,6)
续 表
Parameter R(1,2) R(1,3) R(1,10) - 26 -
Ala 7 1.017 9 1.469 1.018 6
Ala 8 1.018 91.465 91.019
Ala 9 1.019 31.459 61.018 8
Ala 10 1.017 81.476 1.017 2
Ala 11
1.017 1.477 7 1.019 9
Ala 12 1.014 41.457 91.015 2
Ala 1 1.017 8 1.460 4 1.016 9 1.108 9 1.534 6 1.523 9 1.212 6 1.353 7 0.975 9 113.574 2 110.447 6 108.062 8 109.453 9 108.051 5 109.968 9 124.896 9 112.585 8 107.706 6 103.979 2 113.002 4 105.899 9 122.452 4 18.139 1 -164.738 6 76.955 2 -161.924 2 -37.850 3 -177.196 9 -102.838 74.284 4 140.663 1 -42.214 6 0.006 1 -41.599 5 79.521 2 -156.404 9
Ala 2 1.017 91.460 31.0191.096 61.546 71.521 11.211 61.353 40.976 1108.971 115.38 107.853 2109.904 3107.618 8108.749 3124.945 8112.105 4108.320 9107.686 7108.381 2106.171 7122.879 1-30.065 6152.903 8-80.71 41.361 9162.659 4176.566 6-147.529 535.439 995.493 5-81.537 1-0.535 2161.718 2-76.209 845.087 7
Ala 3 1.019 61.457 91.020 61.097 11.537 91.531 51.211 91.356 50.976 2108.327 2110.227 2113.049 5108.387 9104.719 5109.277 9125.207 9112.187 8108.234 5107.072 9109.761 6106.260 7122.600 3-14.065 1166.654 172.538 554.045 5-69.209 9178.620 3-133.284 547.434 5109.447 4-69.833 6-0.682 458.964 6-59.528 4177.216 2
Ala 4 1.018 21.458 11.016 51.108 91.538 91.537 61.206 61.355 40.970 9113.319 2109.664 4107.951 8108.866 6108.311 1110.466 9123.202 5116.631 3107.871 7104.417 2113.63 110.175 3120.099 219.312 8-163.668 784.244 6-155.163 3-30.884 94.828 1-101.546 5
75.472141.173 5-41.808 -178.055 4-34.566 786.025 4-149.696 1
Ala 5 1.019 2 1.456 1.017 5 1.102 1.547 1.533 2 1.206 1.356 8 0.971 7 108.639 1 115.081 3 107.998 5 108.324 3 107.989 5 110.422 9 103.367 9 116.107 5 108.176 6 108.534 2 108.251 0 109.935 2 100.420 1 -29.931 5 153.778 7 154.781 6 -83.795 1 37.245 3 -6.909 2 -147.535 5 36.174 7 95.270 9 -81.018 9 176.683 9 -87.152 9 34.270 4 155.310 8
Ala 6 1.019 71.456 11.020 91.100 21.539 61.542 1.205 81.361 50.971 9107.647 5109.790 5113.047 4107.970 1104.448 8109.050 5123.709 7116.127 2108.524 8107.848 109.846 7109.971 4120.151 4-14.279 166.967 7171.524 6-70.518 552.520 2-2.254 6-133.167 448.079 3108.728 6-70.024 8178.944 858.600 6176.557 5-60.403 8
孟祥军:丙氨酸分子的构象研究
R(3,4) R(3,5) R(3,6) R(6,7) R(6,8) R(8,9) A(1,3,4) A(1,3,5) A(1,3,6) A(2,1,3) A(2,1,10) A(3,1,10) A(3,6,7) A(3,6,8) A(4,3,5) A(4,3,6) A(5,3,6) A(6,8,9) A(7,6,8) D(1,3,6,7) D(1,3,6,8) D(2,1,3,4) D(2,1,3,5) D(2,1,3,6) D(3,6,8,9) D(4,3,6,7) D(4,3,6,8) D(5,3,6,7) D(5,3,6,8) D(7,6,8,9) D(10,1,3,4) D(10,1,3,5) D(10,1,3,6)
1.108 6 1.526 4 1.525 9 1.209 4 1.358 8 0.975 7 103.069 6 100.408 7 109.037 2 109.770 0 106.958 1 108.956 7 76.269 2 101.342 108.571 4 104.782 4 100.852 5 106.095 7 72.348 2 -95.039 5 47.245 7 57.710 0 179.560 -58.420 179.583 7 103.644 1 -74.070 7 -9.291 7 168.993 5 1.764 4 -59.106 1 62.752 2 -175.231 4
1.094 31.544 31.523 01.209 31.358 60.975 7107.917 9105.416 8109.681 7109.448 6106.809 9109.75 75.643 6101.733 8108.857 105.304 2109.174 1106.100 372.557 696.606 7-46.275 6177.682 9-60.329 963.461 5-178.896 20.717 3-162.165 -96.021 681.096 1-1.675 -65.761 856.225 4-179.983 2
1.095 81.537 71.532 71.210 1.359 80.976 108.185 6109.974 1106.49 110.070 0105.721 9109.421 874.940 2102.672 1108.221 8105.166 2108.445105.774 972.364 9156.908 5-24.801 0176.931 9-65.059 758.807 3-177.548 437.148 1-144.561 6-78.442 199.848 30.792 461.160 179.160 -56.970
1.097 51.533 11.544 91.208 51.341 70.991 5112.729 5110.853 4109.010 8111.16 107.192 111.374 1122.569 9113.793 7108.772 106.458 7108.861 8104.549 5123.608 8166.706 7-15.140 426.032 4148.236 2-91.952 12.791 44.841 7-137.005 3-72.256 8105.896 1-179.078 -93.429 428.774 4148.586 1
1.098 4 1.529 7 1.547 3 1.208 6 1.342 1 0.990 5 106.569 9 115.605 7 108.615 7 111.241 106.788 4 110.180 0 123.122 5 113.576 6 109.073 7 105.009 2 111.337 8 104.719 3 123.273 7 -164.021 6 17.820 6 -38.779 3 82.597 8 -151.443 8 -3.993 82.283 1 -95.874 7 -35.619 2 146.223 177.852 4 -157.010 -35.630 90.320
1.096 81.534 61.548 91.206 71.354 30.975 8107.329 7110.072 2117.056 7115.552 5111.783 5114.953 6122.583 2116.010 5108.102 8104.865 6108.967 6107.021 4121.405 6174.376 1-5.913 656.540 5173.964 0-60.921 30.829 255.583 9-124.705 9-59.957 9119.752 4-179.456 9-170.915 5-53.492 71.622 7
2.2 丙氨酸分子构象的位能及其与结构的关系
丙氨酸分子构象的位能列于表1,其中构象EAla 11最稳定,构象EAla 10次之,从图中可以看出,这两种构象中均存在着,这是导致稳定的最重要因素。构象Ala 4最不稳定,由图和结构分子内氢键O8-H9-N1(R1-9分别为1.887 Å,1.885 Å)
参数可以看出,构象Ala 4与其它构象相比,空间效应和静电效应均不利。
表1 丙氨酸分子构象的位能 (能量的单位:HF)
Parameter E(HF)
Parameter E(HF)
Ala 7 -323.735 7
Ala 8 -323.735 3
Ala 9 -323.737 3
Ala 10 -323.739 5
Ala 11 -323.740 2
Ala 12 -323.729
Ala 1 -323.736 6
Ala 2 -323.737 1
Ala 3 -323.739 6
Ala 4 -323.727 4
Ala 5 -323.727 9
Ala 6 -323.730 3
(下转第67页)
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周士英:树立转换意识 培养应用能力
为5。 2
相成,密不可分的。要真正培养学生的创新能力,光凭传授知识是远远不够的,重要的是在教学中必须坚持以学生为主体,不能脱离学生搞一些不切实际的转换教学形式,我们的一切教学活动必须以调动学生的主观能动性,培养学生的创新思维及应用能力为出发点,引导学生自主活动,自觉的在学习过程中树立数学转换意识。只有这样才能使学生分析和解决问题的能力得到长足的进步,也只有这样才能真正提高学生的创新能力及应用能力,使学生学到有用的数学。
从上面两个例子可以看出,只要我们在教学中教师仔细地观察,精心的设计,可以把一些较为抽象的问题,通过现象除去非本质的因素,从中构造出最基本的数学模型,使问题回到已知的数学知识领域,并且能培养学生的应用能力。
综上所述,在数学教学中树立学生的数学转换意识与素质教学所要求的培养学生的创造性思维及应用能力是相辅
参考文献:
[1] 查有梁.教育建模[M].广西教育出版社,1998.
[2] 喻俊鹏.创新教育对数学教师能力的要求[J].中学数学教参,2000,(12). [3] 郭思乐,喻玮.数学思维教育论[M].上海教育出版社,2001.
Establish Transition Sense, Cultivate Application Abilities
ZHOU Shi-ying
(Tangshan Textile Technical School, Hebei Tangshan 063000, China)
Abstract: To improve the quality of maths teaching in high schools is not only to improve students’ marks, but to make students learn useful maths. Thus, it is a correct direction to establish maths transition sense in maths teaching in high school. This paper introduces how to establish maths transition sense and how to train students’ creative thinking through transition teaching.
Key words: maths transition; methods for maths transition; sense of maths transition; application creation
责任编辑、校对:陈景林
(上接第27页)
3 结论
采用密度泛函理论,在B3LYP /6-31G*水平上计算丙氨酸分子构象,得到12种稳定构象;其中能量最稳定的两种构象存在分子内氢键。
参考文献:
[1] G. Csa´sza´r, J. Am. Chem. Soc., 1992, 114:9568.
[2] 孙玉希,张洪林,杜冬梅.甘氨酸结构和性质的理论研究[J].曲阜师范大学学报,2002,28(4):89-93.
Conformations of Alanine Molecule
MENG Xiang-Jun
(Chemistry Department, Tangshan Teachers College, Hebei Tangshan 063000, China)
Abstract: Based on Gaussian 98W program with the B3LYP(DFT) method at the 6-31G* basis set lever, 12 kinds of steady conformations of alanine molecule were found.
Key words: alanine; conformation; DFT; B3LYP
责任编辑、校对:琚行松
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