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

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.

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.

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.