Количественное определение конформационных энергий

Б. Количественное определение конформационных энергий [c.372]

Дальнейшим развитием ЭКВ-концепции является создание теории квантовых динамических реакций [13,49]. В этих работах Догонадзе и сотр. создали общий квантовомеханический формализм для теоретического описания важнейших особенностей и кооперативных свойств химических реакций в биологических системах. Формализм основан на модели эффективного гамильтониана для среды (растворитель и белок), линейно реагирующей на внешние возмущения, и полуклассическом приближении для нелинейно реагирующей среды. В пределах этой модели формализм количественно описывает поведение различных подсистем реагирующих молекул, т. е. электронов, высокочастотной молекулярной конформационной моды и раствора. Фундаментальный вывод теории состоит в том, что реакции, включающие биологические макромолекулы, и реакции с низкомолекулярными системами описываются одним и тем же формализмом. Авторы отмечают при этом, что хотя конформационный вклад в энергию активации может быть преобладающим, он не может быть единственным, вследствие чего не было получено уравнения для определения элементарных биологических процессов только в терминах конформационной релаксации. [c.46]

Прямое количественное определение конформационных энергий связей Ср2—СРа было осуществлено посредством анализа динольных моментов а,й)-дигидроперфторалканов Н(Ср2) Н методами конфигурационной статистики цепных молекул [14, 15]. Экспериментальные дипольные. моменты этих соединений с п = 4, 6, 7, 8, 10 были определены из измерений диэлектрических проницаемостей и показателей преломления разбавленных ( 1% по весу) растворов этих соединений в бензоле при 25 °С. Сравнение экспериментальных и теоретически вычисленных ди-польных моментов дает требуемые конформационные энергии. [c.373]

Семичленные кольца обладают такой же подвижностью, как циклогексан в конформации ванны. Конформационный анализ семичленных колец сложнее, чем анализ циклических соединений в рассмотренных ранее примерах, поскольку семичленные циклы обладают значительно более низкой симметрией. Очевидно, что для решения задачи в этом случае необходимо либо привлекать электронно-вычислительные машины, либо делать существенные упрощающие предположения. Последний подход был независимо использован двумя группами исследователей [31, 97]. В одном случае предполагалось [31], что можно приближенно предсказать конформацию циклогептанового кольца только на основе торсионной энергии, пренебрегая ватвдерваальсовыми отталкиваниями и деформациями валентных углов. Такой подход давал значение конформационной энергии, которое хорошо соответствовало экспериментально определенной величине теплоты сгорания. Во втором подходе [97] учитывались только потенциалы взаимодействия между атомами водорода в предположении, что можно пренебречь торсионными взаимодействиями, деформациями валентных углов и несвязанными взаимодействиями атомов углерода. Такое приближение с количественной точки зрения оказалось неудовлетворительным, однако качественно оно давало те же результаты, что и первый подход. Авторы обеих работ пришли к выводу, что для решения задачи необходимо учитывать все взаимодействия (разд. 7-2) и использовать электронно-вычислительные машины (ЭВМ), которые в то время только еще начинали применяться в органической химии [98—101]. Полный расчет молекулы циклогептана с помощью ЭВМ был выполнен в 1961 г. [102]. Хотя качественно полученные данные не отличались от выводов предыдущих исследователей, количественно они, безусловно, гораздо более точны. Расчеты такиго типа будут рассмотрены подробно в разд. 7-5. [c.254]

При оценке значимости совпадения вычисленных и опытных значений двугранных углов нужно иметь в виду то обстоятельство, что по ряду причин они не являются удовлетворительными количественными характеристиками пространственного строения белка, найденного теоретическими экспериментальным путем. Их величины зависят от длин связей и валентных углов молекулы, которые в двух случаях не могли быть идентичны. Так, полученные Дж. Дайзенхофером и У. Стайгеманом [10] при уточнении кристаллической структуры БПТИ по методу Даймонда [13] величины валентных углов С(МС С ) обнаруживают существенный разброс (95-124°), который не может отвечать реальной ситуации. Приведение углов х(ЫС С ) к действительно наблюдаемым у пептидов значениям (интервал 106-114°) неминуемо повлечет изменение найденных в работе [Ю] двугранных углов ф, у. оо основной цепи и Х боковых цепей. В нашем расчете была выбрана иная валентная геометрия белковой цепи, основанная на параметрах Полинга для длин связей [14] и усредненных значениях валентных углов пептидной группы [15]. Другая причина неполной корректности сопоставления структур по двугранным углам связана с точностью их расчета. Небольшие ошибки в значениях отдельных двугранных углов, особенно основной цепи, могут привести к значительному изменению всей структуры. Поскольку в расчете они неизбежны, на первый взгляд представляется даже бесперспективным теоретический кон-формационньп анализ белков. На самом деле такое опасение оказалось сильно преувеличенным. Вследствие высокой конформационной чувствительности потенциальной энергии, уникальности трехмерной структуры белка и большой гибкости пептидной цепи на ряде участков аминокислотной последовательности двугранные углы не являются независимыми друг от друга и отклонения расчетных значений одних углов от их истинных величин в той или иной степени компенсируются отклонениями других. Поэтому допускаемые в определении углов погрешности радикальным образом не сказываются на окончательном результате. Однако при сопоставлении их опытных и теоретических значений трудно оценить, насколько серьезно наблюдаемое численное расхождение между ними. [c.464]

Движение к активному центру есть движение конформона. Оно происходит путем конформационного раскрытия некоторой щели в глобуле, характеризуемой определенной микровязкостью. Структурное соответствие фермент — субстрат имеет динамический характер количественной мерой соответствия может служить критическая энергия деформации щели, соответствующей размеру и форме молекулы субстрата. При значении модуля Юнга е Ю эрг/см и длине краев щели 1 нм средняя амплитуда тепловых флуктуаций ширины щели составит 0,07 нм. Согласно этим оценкам скорость проникновения субстрата и образование ФСК составит 10 —10 с . Это не обязательно лимитирующая стадия ферментативного катализа. [c.198]

Резонансный сигнал, отвечающий определенному химическому соединению, обычно представляет собой группу линий. Это явление обусловлено спин-спиновым расщеплением уровней энергии на подуровни сверхтонкой структуры. Число подуровней определяется числом квантовых состояний, в которых способно находиться ядро, т. е. 2/+1, где I — спин ядра. Количественный эффект спин-спинового расщепления, обусловленного воздействием одного ядра на другое, зависит от пространственных отношений между ними и от окружения (расстояние между соседними ядрами, тип разделяющих атомы химических связей). Индивидуальный характер спектров ЯМР каждой определенной структуры позволяет регистрировать различные переходы (конформационные, таутохмерные), а также химические обмены, если скорости соответствующих актов не слишком велики. При высоких скоростях таких превращений наблюдается общий расширенный сигнал, положение и форма которого отвечают сумме вкладов отдельных состояний. Поэтому вид спектра ЯМР соединений или систем, в которых происходит обмен ядер, зависит от скорости об-мена, т. е. от продолжительности жизни ядра в данном состоянии. [c.11]