精氨酸类肽离子解离和碰撞机理的化学动力学模拟研究

来源 :哈尔滨工业大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:duanluchao
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肽是生命活动的重要组成物质,精氨酸(Arg)作为一种人体必需的氨基酸,是肽的基本结构单元,因此对其结构的研究具有非常重要的意义。质谱是研究肽离子结构的有效手段,但由于含有精氨酸的肽离子易发生环化和重排,导致质谱产生偏差,无法实现准确测定。本论文通过对含有精氨酸肽离子解离位点、碰撞过程和能量转移效率的研究,获得了含有精氨酸肽离子的动力学机理,为质谱鉴定肽离子结构及精氨酸对表面的修饰提供了重要的理论支撑。甘氨酸-精氨酸二肽(GR-H+)是含有精氨酸最简单的二肽离子,以此为研究对象,采用化学动力学模拟方法研究了GR-H+在初始能量为13、15、20和25e V时的碰撞诱导解离路径和振动温度在2000、2500、3000和3500 K时(对应的振动能分别为:17、21、25和29 e V)的热分解反应路径,并利用Rice-Ramsperger-Kassel-Marcus(RRKM)理论计算了GR-H+的热分解反应速率常数及阿伦尼乌斯参数,进一步探讨了不同激发模式对GR-H+解离机理的影响。GR-H+的解离主要包含侧链断裂和骨架断裂两种类型,碰撞诱导解离比热分解发生解离的位点更加丰富。通过与实验数据对比,证实计算结果的可靠性,同时理论计算为分析实验上无法确定的结构式和解离路径提供理论参考。利用动力学模拟方法研究了不含精氨酸的肽离子质子化甘氨酸多肽(glyn-H+n=3、5和7)与全氟化烷烃自组装表面(F-SAM)碰撞的微观机理,探讨了碰撞能、肽离子尺寸大小和表面性质对碰撞过程中的反应机理、捕获性质以及能量转移效率的影响。Gly3-H+、gly5-H+和gly7-H+与F-SAM的碰撞过程中离子被表面捕获的概率随碰撞能的增加而大幅度下降,但随肽离子尺寸的增加而缓慢增加。并通过对函数P0exp(–b/Ei)的拟合,得到了能量转移到表面的极限概率(P0),对应gly3-H+、gly5-H+和gly7-H+分别为0.82、0.80和0.77,随肽离子尺寸增大略微降低,并进一步揭示了表面性质是决定能量转移效率的重要因素。选择质子化胍基离子[C+(NH2)3]和四氟化碳分子(CF4)分别代表精氨酸官能团和F-SAM表面,通过Buckingham势能函数拟合高水平从头算数据,发展出适用于Arg/F-SAM的力场参数。基于该力场采用化学动力学模拟方法研究了含有精氨酸肽离子GR-H+与F-SAM自组装表面的碰撞过程,探讨了碰撞能、入射角、肽离子尺寸大小、表面性质以及精氨酸的存在对碰撞过程中反应机理以及捕获性质的影响。GR-H+与F-SAM的碰撞过程中存在直接散射、临时附着和捕获三种反应机理。GR-H+被表面捕获的概率随着碰撞能的增加而降低,并随入射角从0°增加到45°大幅度降低。质子化胍基增强了与F-SAM之间的相互作用,相对于不含精氨酸的glyn-H+,GR-H+可更深的穿透表面,达到第5-6个碳原子(midpoint 5-6)。碰撞能、入射角以及离子尺寸对能量转移到GR-H+内部自由度的平均百分比影响不大,而表面性质是影响能量转移效率的主要因素。这主要是由于“硬度”较大的F-SAM表面可更有效地将能量传递到多肽离子内能。
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