三种低聚肽的物理化学性质的密度泛函研究

运用密度泛函理论对三种由不同氨基酸组成的低聚肽进行结构优化,并对其平均结合能和振动红外光谱进行分析,三种低聚肽分别为甘氨酸低聚肽、甘-丙氨酸低聚肽和甘-色氨酸低聚肽.本文主要研究,在肽链骨架相同而侧链基团不同的情况下,低聚肽的物理化学性质变化.结果表明,随着氨基酸残基数量的增加,三种低聚肽的结构稳定性都会增强,同时三种低聚肽也存在着尺寸效应,即官能团的振动都存在红移和奇偶振荡现象.侧链基团的引入会对低聚肽骨架的几何结构产生影响,在肽链生长过程中,侧链基团空间位阻大的分子优先自组装.本研究对应用红外光谱测定肽链基团和合成低聚肽等方面有一定指导意义.     

甘氨酸色氨酸寡肽链的红外光谱的密度泛函研究

运用密度泛函理论, 在6-31 G(d) 基组水平上对甘氨酸色氨酸交替组成的六种寡肽链结构进行几何优化, 并进行了结合能和振动光谱地分析. 结果表明, 寡肽的生长利于结构的稳定性. 随着肽链的生长, 单一基团的振动存在蓝移或奇偶震荡现象; 同类官能团的耦合振动存在红移现象; 而肽链端部基团的振动频率基本不变. 这些丰富的频移现象和尺寸效应、耦合效应、诱导效应、奇偶效应等因素共同竞争有关. 该结果对应用红外光谱对寡肽链的残基数及长度地测量等工作有指导意义. 关键词： 寡肽链 红外光谱 耦合效应 尺寸效应     

甘氨酸直链寡肽振动光谱频移现象的理论研究

运用密度泛函理论,在6-31G(d)基组水平上对甘氨酸直链寡肽进行几何优化,并对其几何结构、平均结合能、振动频率进行计算。结果表明,平均结合能随着肽链增加单调变化,并趋于稳定;寡肽链键长的分析发现,链向与径向方向上变化趋势相反,存在各向异性。红外光谱的分析发现,位于肽键上同一基团的伸缩振动与弯曲振动分别发生红移和蓝移,并存在各向异性。这些现象源于：准一维的纳米结构导致了键长的各向异性;相同基团之间的诱导效应、耦合效应及氢键等因素导致了振动频率的红移和蓝移等现象。我们得出结论：甘氨酸直链寡肽链的生长利于结构的稳定性,在能量上,推测出寡肽链有自组装生长的趋势;在寡肽链的生长过程中,通过构象和光谱的现象,推断其物理化学属性存在尺寸效应。肽链端部基团的物理化学属性非常稳定,基本不受寡肽链长度的影响。该结果对应用红外光谱测量寡肽链的残基数及长度、特殊功能寡肽链的制备等工作具有指导意义。     

丝素氨基酸寡肽链生长过程中的尺寸效应

运用密度泛函理论,对甘氨酸丙氨酸依次交替组成的13 条丝素寡肽链进行结构优化,并计算了平均结合能、偶极矩,绘出寡肽链的振动红外光谱. 计算结果发现,随着寡肽链的生长,平均结合能单调变化,典型官能团的红外特征峰均发生频移. 但官能团的伸缩振动和弯曲振动表现出相反的红移和蓝移趋势. 揭示出丝素氨基肽链的物理化学性质在生长过程存在尺寸效应及各向异性. 该现象源于同类官能团之间的耦合效应,以及分子内氢键作用对伸缩振动和弯曲振动具有不同的影响. 关键词： 寡肽 红外光谱 尺寸效应 奇偶效应     

二氧化氯氧化云杉木质素的光谱研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV-visible)、傅里叶变换拉曼光谱(FT-Raman)以及核磁共振(1H NMR)分析技术对云杉木质素被二氧化氯氧化前后的结构变化进行了研究。当木质素被二氧化氯氧化时,其骨架结构中的芳香环基团被有效地氧化开环。红外光谱显示木质素中的愈疮木基特征峰强度显著降低,紫丁香基苯基以及对羟基苯基特征吸收峰完全消失,在被氧化后的木质素中出现CO 共轭羰基伸缩振动特征峰。紫外光谱显示木质素在被氧化后位于280 nm处的紫外吸收显著降低。1H核磁共振波谱显示,木质素中连接在芳香环侧链的甲氧基数量被氧化后出现显著的降低,同时与苯环相连的脂肪族侧链在后也相应地减少。研究结果说明二氧化氯能有效地氧化木质素中的芳香环,并将其氧化为带有CO基因的粘康酸及其酯类物质或带有醌型基团的物质。     

红外光谱和拉曼光谱的联系和区别

文章综述红外光谱和拉曼光谱的基本原理、产生条件,讨论二者之间的联系和区别：（1）红外光谱常用于研究极性基团的非对称振动;拉曼光谱常用于研究非极性基团与骨架的对称振动;（2）拉曼光谱一次可以同时覆盖40-4000cm-1波数的区间,可对有机物及无机物进行分析;（3）拉曼光谱可测水溶液,而红外光谱不适用于水溶液的测定;（4）拉曼光谱中既有红外光谱解析中的定性三要素还有去偏度ρ,通过测定ρ,可以确定分子的对称性.这两者在应用中互补,掌握和运用这两种光谱技术在分子定性、定量、分子结构及表面形态等研究方面具有一定的指导意义.     

玉米秸秆木质素氧化与改性的研究

采用傅里叶变换红外光谱(FTIR)、紫外-可见光谱(UV-Visible)、核磁共振(1H NMR)以及热重TG分析技术对玉米秸秆木质素被二氧化氯氧化前后的结构变化及其与呋喃甲醇改性的产物进行了表征。红外光谱显示木质素骨架中的芳香环基团被有效氧化开环,在被氧化后的木质素中出现CO共轭羰基伸缩振动特征峰。紫外光谱显示木质素在被氧化后位于280nm处的紫外吸收显著降低。核磁共振波谱显示,木质素中连接在芳香环侧链的甲氧基数量被氧化后出现显著的降低。同时,呋喃甲醇的改性能有效增加木质素其芳香环侧链原子数。热重分析表明呋喃甲醇的改性反应能有效地改变木质素的热分解性质,生成具有热稳定性更好的木质素改性高聚物。     

(SiO2)nO2H4的红外振动光谱的理论研究

运用密度泛函理论,在6-31G(d)基组水平上,计算了纳米尺度的(SiO2)nO2H4链状、环状、笼状三种不同构型的红外振动光谱.对准一维的链状和环状结构,红外振动较强峰的频率随着长度的增加单调变化,显示了较强的尺寸依赖性;沿纳米线(环)轴向和垂直于轴向的振动模式,频率对尺寸的依赖关系相反,揭示了纳米材料的振动性质的各向异性.笼状结构由于构型的复杂性而使得其不具备准一维的特性,同时结构的对称性降低,红外振动模式数目增加.三种构型中二元环和硅羟基的振动以及笼状构型中硅氧四面体骨架的振动与实验上所观测到的振动峰相吻合.红外光谱方面的理论计算结果对实验合成的SiO2纳米材料的表征具有指导意义.     

芴酮及苯并噻二唑取代的低聚芴环光学特性的理论研究

从链形态、热振动及共轭特性等方面系统的研究了芴酮及苯并噻二唑取代的低聚芴环引起的光学性质的变化. 采用从头算和含时密度泛函方法计算了模型体系的垂直吸收光谱和包含振动结构的吸收和发射光谱. 通过合理的考虑低聚芴环间扭转模式的非谐性效应,理论光谱和实验光谱得到了很好的吻合. 芴链上掺杂的芴酮和苯并噻二唑均具有电子捕获特性,使得整个分子的吸收带变宽且发射光谱红移,从而起到了调制纯芴链发光特性的作用. 当温度升高时,芴酮掺杂的低聚芴的光谱谱型会变得复杂,含有更多的振动结构. 苯并噻二唑掺杂的低聚芴的光谱线型始终比较光滑,几乎没有振动结构,这是因为在低频模式在苯并噻二唑环上很难找到共振. 苯并噻二唑掺杂的低聚芴的激发态势能面更平缓,这有利于增强电子的离域,从而得到更大的光谱红移.     

碳炔分子红外振动光谱的理论模拟研究

碳炔分子具有不同的结构，相应的红外谱图具有不同的振动吸收峰位。本文以GAUSSIAN98计算程序在HF水平选用6—31 G(d，p)基组对两种不同结构碳炔的红外光谱进行理论模拟计算。结果表明两种不同结构的碳炔分子的红外振动吸收峰位存在差异，不同共轭碳链长度影响红外吸收峰的峰位和峰强度。计算结果可应用于碳炔材料红外谱图的谱峰归属和分析。     

驱镉剂N-(d-葡萄糖基)-L-氨基酸类化合物的1H NMR谱研究

d-葡萄糖与L-氨基酸缩合制得一类新型驱隔剂,本文报道5种N-(d-葡萄糖基)-L-氨基酸的¹H NMR.当氨基酸侧链上有含羟基、巯基及苄基一类的富电荷基时,葡萄糖基上的质子都移向高场,这可能与这些基团的存在不利于N-取代氨基酸生成内盐有关.动物实验表明:与甘氨酸的衍生物比较,它们的驱镉性能也较优秀,本文推测,不利于生成内盐的基因也可能有助于发挥驱镉效应.     

Interactions between oligopeptides and oxidised titanium surfaces detected by vibrational spectroscopy

Five alternating polar/hydrophobic oligopeptides derived from EAK 16 (AEAEAKAKAEAEAKAK) were examined in comparison with EAK 16 (peptide 1) both after solubilisation/lyophilisation and deposition on oxidised titanium surfaces. The peptides were synthesised for their possible use as biomimetic materials due to their self‐assembling properties and the presence, in one of them, of the arginine‐glycine‐aspartic (RGD) sequence, an active modulator of cell adhesion. Infrared (IR) and Raman spectroscopies were used to investigate the influence of the amino acid substitution on the self‐assembling properties of the peptides under both experimental conditions. In the lyophilised peptides, β‐sheet was the prevailing conformation (65–69%) as in EAK 16, irrespective of acid substitution (E→D, peptide 2), basic substitution (K→O, peptide 3), hydrophobic spacer substitution (A→Abu, peptide 4 and A→Y, peptide 5) and RGD insertion (peptide 6). After deposition on oxidised titanium, the main conformation remained β‐sheet. The side‐chain shortening of the acidic amino acid residue (peptide 2) or the insertion of a rigid and bulky residue such as Y (peptide 5) decreased the self‐assembling ability more than the side‐chain shortening of the basic amino acid residue (peptide 3) or the insertion of the RGD head (peptide 6). The interaction with the oxidised titanium surface was mainly due to carboxylate groups with a bidentate bridging coordination and C  O peptidic groups. Copyright © 2010 John Wiley & Sons, Ltd.     

13C direct detected COCO-TOCSY: a tool for sequence specific assignment and structure determination in protonless NMR experiments

A novel experiment is proposed to provide inter-residue sequential correlations among carbonyl spins in (13)C detected, protonless NMR experiments. The COCO-TOCSY experiment connects, in proteins, two carbonyls separated from each other by three, four or even five bonds. The quantitative analysis provides structural information on backbone dihedral angles phi as well as on the side chain dihedral angles of Asx and Glx residues. This is the first dihedral angle constraint that can be obtained via a protonless approach. About 75% of backbone carbonyls in Calbindin D(9K), a 75 amino acid dicalcium protein, could be sequentially connected via a COCO-TOCSY spectrum. 49 [Formula: see text] values were measured and related to backbone phi angles. Structural information can be extended to the side chain orientation of aminoacids containing carbonyl groups. Additionally, long range homonuclear coupling constants, (4)J(CC) and (5)J(CC), could be measured. This constitutes an unprecedented case for proteins of medium and small size.     

Asymmetric MRI magnet design using a hybrid numerical method

Two-dimensional 1H/13C polarization inversion spin exchange at the magic angle experiments were applied to single crystal samples of amino acids to demonstrate their potential utility on oriented samples of peptides and proteins. High resolution is achieved and structural information obtained on backbone and side chain sites from these spectra. A triple-resonance experiment that correlates the 1H-13Calpha dipolar coupling frequency with the chemical shift frequencies of the alpha-carbon, as well as the directly bonded amide 15N site, is also demonstrated. In this experiment the large 1H-13Calpha heteronuclear dipolar interaction provides an independent frequency dimension that significantly improves the resolution among overlapping 13C resonances of oriented polypeptides, while simultaneously providing measurements of the 13Calpha chemical shift, 1H-13C dipolar coupling, and 15N chemical shift frequencies and angular restraints for backbone structure determination.     

氨基酸官能团的太赫兹振动模式研究

对比于氨基酸的红外分析法,太赫兹波的电子能量更低,可实现无损检测。氨基酸分子内原子振动、分子间氢键的作用、以及晶体中晶格的低频振动均处于太赫兹波段,使其在太赫兹波段具有吸收峰,且不同的氨基酸分子太赫兹吸收峰不同,故可用氨基酸在太赫兹波段的这种“指纹特性”实现氨基酸类物质的定性分析。量子化学分析方法可以应用量子力学的基本原理和方法,研究稳定和不稳定分子的结构、性能及其之间的关系,还可以针对分子与分子间的相互作用、相互碰撞及相互反应等问题进行研究。通过量子化学计算方法计算氨基酸分子的太赫兹吸收谱,可以为氨基酸分子的太赫兹吸收峰匹配分子振动模式,对氨基酸定性分析有一定参考性与指向性,并为实验获取的样品太赫兹时域光谱提供理论支撑,在实验获得太赫兹吸收谱的基础上进行量子化学计算,还能为实验结果进行验证。首先利用太赫兹时域光谱技术获取了谷氨酰胺、苏氨酸、组氨酸的太赫兹吸收谱,分别构建这三种氨基酸样品在实物中以两性离子形式存在的单分子构型,利用量子化学计算方法在完成结构优化后进行太赫兹吸收谱模拟计算。计算结果表明三种氨基酸单分子的太赫兹吸收谱计算结果与实验获取的太赫兹吸收谱差异较大,但在高频段吸收峰峰位基本吻合。通过GaussView分别查看了这三种氨基酸分子在太赫兹段内的吸收峰对应频率处的振转情况,发现在高频段内三种氨基酸分子官能团均只发生转动而未见振动,并且转动模式基本一致。通过对氨基酸官能团的太赫兹吸收谱进行量子化学计算,将官能团在高频段内吸收峰对应频率处的振转模式与三种氨基酸分子在该段内吸收峰对应频率处的振转模式做了对比。研究表明,在氨基酸单分子构型下由量子化学方法计算所得的太赫兹吸收谱中,高频段内计算得出的模拟吸收峰与实验获取的太赫兹吸收峰基本吻合;振转模式分析发现,谷氨酰胺、苏氨酸、组氨酸在太赫兹高频段内的氨基酸官能团振转模式相同,三种氨基酸分子在高频段内的吸收峰主要来源于氨基酸官能团。因此,结合量子化学计算与太赫兹吸收谱可以实现氨基酸类物质的定性分析。     

SERS study of a tetrapeptide based on histidine and glycine residues,adsorbed on copper/silver colloidal nanoparticles

Surface‐enhanced Raman scattering has been employed to characterize the adsorption of an oligopeptide containing histidine residues on colloidal nanoparticles of metals as Ag and Cu obtained by laser ablation. The title molecule consists of two histidine and glycine residues alternating along the chain and terminating with an acetyl on one side and an amide group on the other. Histidine residues are found to act as docking sites of the molecule to the surface of the metal nanoparticles. Semiempirical parameterized model number 3 (PM3) calculations performed on molecule/metal model complexes suggest possible different adsorption geometries depending on the metallic substrate. This investigation could provide useful information to address the interaction of protein systems with metal ions, which is often related to fundamental biological process in living systems and can play an important role in different neuropathological diseases. Copyright © 2014 John Wiley & Sons, Ltd.