陽(yáng)離子相互作用CATIONINTERACTON.ppt

陽(yáng)離子-相互作用 CATION- INTERACTON,李美容,非共價(jià)相互作用,一: 范德華力 二：氫鍵 三：- 四：陽(yáng)離子- 相互作用,陽(yáng)離子- 作用,陽(yáng)離子- 作用是一種存在于陽(yáng)離子和芳香性體系之間的相互作用，被認(rèn)為是一種新型的分子間相互作用。 Ma J C, Dougherty D A. The cation- interaction. Chem Rev, 1997, 97: 13031324 Kim K S, Tarakeshwar P, Lee J Y. Molecular clusters of -systems: Theoretical studies of structures, spectra, and origin of interactionenergies. Chem Rev, 2000, 100: 41454186,生物體系中的陽(yáng)離子-作用,陽(yáng)離子-作用廣泛存在于生物體系中, 理論和實(shí)驗(yàn)研究均表明, 陽(yáng)離子-作用對(duì)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性及功能、蛋白質(zhì)-核酸作用、受體-配體識(shí)別、藥物-靶標(biāo)的結(jié)合等起重要作用. Gallivan J P, Dougherty D A. Cation- interactions in structural biology. Proc Natl Acad Sci USA, 1999, 96: 94599464 Gallivan J P, Dougherty D A. Cation- interactions in structural biology. Proc Natl Acad Sci USA, 1999, 96: 94599464,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中典型的陽(yáng)離子-作用,CheY 蛋白中Mg2+和Phe14 間的陽(yáng)離子-作用,蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)中典型的陽(yáng)離子-作用,電鰩AChE 晶體結(jié)構(gòu)中ACh 季銨頭和Trp84 間的陽(yáng)離子-作用,陽(yáng)離子-作用分類(lèi),第一類(lèi)是簡(jiǎn)單無(wú)機(jī)金屬陽(yáng)離子如Na+、K+，Mg2+和Ca2+和芳香體系之間的作用; 第二類(lèi)是有機(jī)陽(yáng)離子和芳香體系之間的作用; 第三類(lèi)是分子中帶部分正電荷的原子(如NH鍵中的氫原子)與芳香體系之間的作用。 Zacharias N, Dougherty D A. Cation- interactions in ligand recognition and catalysis. Trends Pharmcol Sci, 2002, 23: 281287,陽(yáng)離子-作用分類(lèi),第一類(lèi)陽(yáng)離子-作用主要涉及蛋白質(zhì)或核酸與無(wú)機(jī)金屬陽(yáng)離子的結(jié)合作用、 各種金屬離子通道的選擇性、以及一些金屬有機(jī)復(fù)合物. Bellsolell L, Prieto J, Serrano L, Coll M. Magnesium binding to the bacterial chemotaxis protein CheY results in large conformationalchanges involving its functional surface. J Mol Biol, 1994, 238: 489495,陽(yáng)離子-作用分類(lèi),第二類(lèi)陽(yáng)離子-作用的典型代表為乙酰膽堿(ACh)和乙酰膽堿酯酶(AChE)的結(jié)合作用。 Sussman J L, Harel M, Frolow F, Oefner C, Goldman A, Toker L, Silman I. Atomic structure of acetylcholinesterase from TorpedoCalifornica: A prototypic acetylcholine-binding protein. Science, 1991, 253: 872879,陽(yáng)離子-作用分類(lèi),第三類(lèi)陽(yáng)離子-作用的強(qiáng)度比較弱, 通常為幾個(gè)kcalmol1 (1 cal= 4.184 J), 甚至更小.,一個(gè)陽(yáng)離子與多個(gè)芳香性殘基側(cè)鏈作用的現(xiàn)象.,De Vos A M, Ultshc M, Kossiakoff A A. Human growth hormone and extracellular domain of its receptor: Crystal structure of the complex. Science, 1992, 255: 306312,人生長(zhǎng)激素受體的晶體結(jié)構(gòu),“芳香環(huán)-陽(yáng)離子-芳香環(huán)”相互作用的結(jié)構(gòu)單元,細(xì)菌周質(zhì)配體結(jié)合蛋白ProX 的晶體結(jié)構(gòu),配體GB 與三個(gè)Trp 殘基間的陽(yáng)離子-作用,陽(yáng)離子-作用的實(shí)驗(yàn)和理論研究,早在1981 年, Sunner等人就發(fā)現(xiàn)在氣相中陽(yáng)離子可以和芳香性體系結(jié)合. 但直到上世紀(jì)90 年代初, 這種作用才被人們所認(rèn)識(shí)和接受. 目的是研究陽(yáng)離子- 作用的特征、本質(zhì)及其可能的應(yīng)用。 Sunner J, Nishizawa K, Kebarle P. Ion solvent molecule interactions in the gas phase. The potassium ion and benzene. J Phys Chem,1981, 85: 18141820,涉及的陽(yáng)離子主要有:各種金屬陽(yáng)離子(主要包括Li+、Na+、K+、Be2+、Mg2+、Ca2+及一些過(guò)渡金屬離子)、無(wú)機(jī)銨離子及有機(jī)銨離子(主要包括NH4+、甲基銨和四甲基銨等)等。,陽(yáng)離子-作用的實(shí)驗(yàn)和理論研究,芳香性體系包含: 苯及其衍生物、各種芳香性氨基酸殘基和核酸堿基以及重要活性化合物(如藥物)分子中的芳香環(huán)等體系. 這些研究在一定程度上揭示了陽(yáng)離子-作用的某些結(jié)構(gòu)特征、相互作用的強(qiáng)度及組成.,陽(yáng)離子-作用的實(shí)驗(yàn)和理論研究,陽(yáng)離子-作用的實(shí)驗(yàn)和理論研究,實(shí)驗(yàn)研究,氣相中的陽(yáng)離子-體系的實(shí)驗(yàn)研究多采用高壓質(zhì)譜(HPMS)、離子回旋加速共振、紅外光譜等手段對(duì)小的模型體系進(jìn)行研究。近來(lái), Rodgers等人則采用極限碰撞誘導(dǎo)解離(Threshold Collision-Induced Dissociation)的方法進(jìn)行研究. Amunugama R, Rodgers M T. Influence of substituents on cation- interactions. 5. Absolute binding energies of alkali metal cation-anisole complexes determined by threshold collision-induced dissociation and theoretical studies. In J Mass Spec, 2003, 222:431450.,實(shí)驗(yàn)研究,液相和固相中的陽(yáng)離子-作用的研究主要是運(yùn)用NMR、UV/可見(jiàn)光/熒光光譜、圓二色譜、電導(dǎo)滴定和X-射線(xiàn)晶體衍射等技術(shù) Takemura H, Nakamichi H, Sako K. Pyrene-azacrown ether hybrid: Cation- interaction. Tetra. Lett, 2005, 46: 20632066.,理論研究,原子和電子水平上研究陽(yáng)離子- 作用是理解陽(yáng)離子-作用本質(zhì)的關(guān)鍵, 密度泛函和MP2，量子化學(xué)方法。 Ma J C, Dougherty D A. The cation- interaction. Chem Rev, 1997, 97: 13031324 Jiang H L, Zhu W L, Tan X J, Gu J D, Chen J Z, Chen K X, Ji R Y. Theoritical study on the interaction batween cation and system. I. DFT study on the interaction and conformer of ammoniumbenzene system. Sci China Seri B-Chem, 1998, 41: 535542.,陽(yáng)離子-作用的研究意義,開(kāi)展陽(yáng)離子-作用研究不僅可以發(fā)展非鍵相互作用理論, 深化人們對(duì)一些重要生物過(guò)程