Методы определения конформационной энергии

Поскольку определение конформационных энергий комплексов металлов классическими методами становится все более распространенным, автор счел необходимым рассмотреть подробнее различные энергетические члены уравнений, использующиеся в расчетах (гл. 3). Можно надеяться, что это не только подчеркнет ограниченность расчетов, но также поможет будущим исследователям в данной области более грамотно выбирать уравнения и параметры, необходимые для расчетов. [c.8]

Однако конформации с максимумами энергии не следует рассматривать только как барьеры вращения. Нередко они играют и другую важную роль. Так, многие реакции циклизации идут через переходные состояния, в которых реакционные центры молекулы сближены, причем образованию переходного состояния предшествует возникновение реакционной конформации (г-конфор-мации), в которой эти центры уже сближены. В таких конформациях чаще всего имеется большой избыток конформационной энергии, т. е. они являются одновременно барьерами вращения. Тем не менее их образование может играть важную роль в протекании реакции. Энергии напряжения /--конформации иногда можно рассчитать обычными методами конфор мационного анализа. Таким образом осуществляется сближение конфор-мационного анализа с теорией переходного состояния. Известен ряд некаталитических реакций, в которых некоторые стадии проходят только в определенных конформациях. Возможность того, что ход каталитических превращений тоже может определяться конформационными эффектами, в том числе высотой барьеров вращения, еще мало изучена, однако некоторые примеры этого уже имеются. Они будут приведены в последующих разделах. [c.17]

Подробно изучены [1] конформации различных моно- и диметил-пиперидинов конформационные энергии их метильных групп, определенные методом ЯМР С, приведены ниже [c.359]

На рис. 11.32, а приведена зависимость частот встречаемости различных форм основной цепи дипептидных фрагментов (не содержащих остатков Gly) от значений угла 0 в 50 глобулярных белках, трехмерные структуры которых найдены методом рентгеноструктурного анализа с хорошим разрешением ( 2,6 А). На рис. П.32, б приведены аналогичные данные для дипептидов, включающих хотя бы один остаток Gly. Кривые на обоих рисунках представляют собой огибающие вершины прямоугольников, ширина каждого из которых равна 20° в шкале 0, а высота - частоте встреч в структурах отобранных белков дипептидных фрагментов определенной формы с углами 0, попадающими в соответствующий 20-градусный интервал. Полученное распределение опытных величин (число их > 7000), очевидно, не может вызвать каких-либо сомнений в экспериментальной обоснованности классификации форм основной цепи дипептидных фрагментов на два типа - шейпы fue. Формы R-R, R-B и B-L составляют шейп /, а формы В-В, B-R и R-L - шейп е. Редко встречаемые в кристаллических структурах белков формы дипептидных участков L-R, L-B и L-L могут занимать промежуточное положение. Кривые на рис. 11.32 имеют несколько диффузный характер, что отражает, с одной стороны, действительный разброс значений угла 0 в структурах белков, т.е. конформационную свободу остатков, а с другой - экспериментальные ошибки в определении значений ф и V /, которые могут составить 10-15°. Однако несмотря на большую ширину полос, нельзя не заметить их дублетную, а в ряде случаев триплетную структуру. Это указывает на существование у всех форм основной цепи дипептидов двух или трех предпочтительных значений угла 0, обеспечивающих наиболее выгодные взаимные ориентации смежных остатков. Расстояния между максимумами полос распределения всех форм основной цепи равны 40-60°. Отмеченный опытный факт об относительной дискретности распределения значений угла 0 целесообразно учитывать в конформационном анализе пептидов и белков при выборе исходных для минимизации энергии структурных вариантов. [c.226]

Хотя оба подхода, как основанный на энергии связей, так и основанный на групповых инкрементах, могут быть усовершенствованы до такой степени, что может быть достигнуто отличное согласие с экспериментальными данными, последний метод проще, менее искусственен в своем окончательном варианте и может быть использован в рамках конформационного анализа. Теплоты образования алканов, определенные экспериментально и рассчитанные с помощью пяти схем, приведены в табл. 2.8. [c.109]

Разумеется, такой метод расчета является весьма грубым, однако он достаточно хорошо иллюстрирует фундаментальную роль взаимодействий ближнего порядка, действующих в пределах небольших фрагментов цепи (и соответственно зависящих от ее химического строения), как основного фактора, определяющего гибкость макромолекулы в целом, а также оказывающего косвенное влияние на ее конформацию. Если же поставить обратную задачу — оценить гибкость молекулярной цепочки по ее конформационным свойствам, определенным на основании измерения физических характеристик раствора и т. д., то в этом случае основная проблема заключается в определении вероятности реализации транс- или зош-конформаций, которая характеризует собой разность между значениями энергии соответствующих поворотных изомеров. Последний параметр определяет так называемую равновесную гибкость макромолекулы. ( 1 другой стороны, параметр, оказывающий доминирующее влияние, например на температуру стеклования полимера, и характеризующий, очевидно, подвижность сегментов макромолекулы, имеет кинетическую природу и определяется, таким образом, высотой потенциального барьера е, препятствующего переходу из положения G или G в положение Т. По этой причине упомянутый параметр носит название кинетической гибкости . [c.159]

В настоящей главе рассматриваются только шестичленные циклические соединения. Первый раздел посвящен определениям понятий и геометрически возможным конформациям простых систем. Во втором разделе излагаются основные методы исследования конформаций. В третьем разделе рассмотрено применение концепции несвязанной энергии к более сложным системам. Четвертый раздел посвящен рассмотрению тех химических и физических свойств, которые являются следствием конформаций. Эти свойства часто дают возможность получить некоторые сведения относительно конформаций еще более часто применение конформационных принципов к таким данным, полученным в процессе аналитических и синтетических исследований, оказывает помощь при решении вопроса о выборе той или иной конфигурации. В последующих разделах настоящей главы кратко излагаются некоторые более специализированные аспекты рассматриваемого вопроса. [c.99]

Если в молекуле имеются точечные заряды, постоянные диполи или более высокие мультиполи, то следует принимать во внимание и кулоновские взаимодействия. Зная распределение заряда в молекуле, энергию таких взаимодействий можно вывести непосредственно из закона Кулона. Некоторые авторы, например авторы работы [92], использовали метод Эйринга и сотр. [123], согласно которому распределение заряда устанавливается на основании а) поляризуемости, б) констант экранирования, в) ковалентных радиусов и г) электрических дипольных моментов. Б случае отсутствия таких подробных данных примерное представление о распределении зарядов может быть получено делением дипольного момента каждой связи на длину связи. Однако в таких расчетах не было особой необходимости, поскольку большинство статей по различным аспектам конформационного анализа органических молекул имеет дело с неполярными системами. В комплексах металлов подобные кулоновские взаимодействия должны быть суш ественны. Тем не менее следует отметить, что даже в сравнительно полярных молекулах простые кулоновские взаимодействия между зарядами редко определяют преимущественную конформацию вследствие относительно медленных изменений членов, содержащих г . При наличии полярности более высокого порядка, это становится менее справедливым. Действительно, по мнению некоторых авторов, дипольные и квадру-польные взаимодействия могут иметь значение при определении вращательных барьеров [80, 81, 104]. [c.58]

Симметрично скошенная ванна и асимметричная ванна (рис. 1-6) подпадают под эту общую систему определения. Для них необходимо получить набор внутренних координат, которыми определяется основной конформационный тип, а также допустить варьирование конформации для минимизации невыгодных энергий взаимодействия. В аналогичном методе, которым пользовались для [c.124]

Уравнение (7) удобно для расчета констант конформационного равновесия. Например, используя приведенные в предыдущем разделе константы скорости, можно рассчитать К для гидроксильной группы в циклогексаноле она равна 2,40, что соответствует разнице в свободной энергии (АР = —ЯТ 1п К) между экваториальным и аксиальным гидроксилом в —0,52 ккал/моль. Соответствующие разности энергий для некоторых других заместителей, определенные несколькими различными методами, приведены в табл. 8-6. [c.229]

В настоящее время роль определенных типов движения сегментов в том или ином релаксационном процессе может быть определена лишь умозрительно. Однако, по-видимому, некоторые обобщения все же могут быть сделаны на основании выполненных экспериментов. Релаксационный процесс для всех полимеров, за исключением сильно сшитых или почти полностью кристаллических, сопровождается постепенным переходом в аморфных областях от стеклообразного состояния в высокоэластическое. Этот процесс обычно наблюдается с помощью различных физических методов, включая диэлектрические методы и методы ЯМР. Принято считать, что этот переход состоит в появлении возможности частичного или полного вращения сегментов основной цепи, что приводит к конформационным переходам цепи из одного положения в другое. На температурную зависимость этих движений влияют как внутримолекулярные, так и межмолекулярные взаимодействия. Считают, что в системах с жесткими элементами, водородными связями или полярными группами, связанными с основной цепью, движение сильно затруднено, и поэтому требуются более высокие энергии (более высокие температуры), чтобы преодолеть существующие потенциальные барьеры. Кристалличность и сшивка, ограничивая некоторые типы движения, должны вызывать расширение распределения времен релаксации, характеризующего соответствующий процесс. В связи с этим максимум потерь при фиксированной частоте распространяется на более широкую температурную область за счет расширения в направлении более высоких температур. [c.393]

Этот тезис, как и положение о том, что трехмерная белковая структура обладает минимальной внутренней энергией, не является, однако, достаточной основой для разработки расчетного метода физической теории, позволяющего по известной аминокислотной последовательности однозначно идентифицировать среди множества возможных конформационных вариантов единственную физиологически активную конформацию белка. Кроме того, нереально определение геометрических параметров этой конформации путем минимизации энергии всех внутримолекулярных невалентных взаимодействий по всем степеням свободы. Дости- [c.102]

Существует огромный объем литературы, посвященной принципам структурной организации природных пептидов и белков. Эти работы выполняются методами конформаци-онного анализа, при котором из всего набора доступных конформаций выделяется несколько наиболее доступных и энергетически выгодных. Подробный анализ таких работ представлен Е. М. Поповым (1997). Обобщая результаты литературных данных и собственных оригинальных работ, автор пришел к определенным выводам относительно закономерностей, в соответствии с которыми происходят конформационные изменения в полипептидных цепях. В физиологических условиях пространственное строение природного олигопептида описывается ограниченным набором низкоэнергетических компактных структур, стабильность которых обусловлена согласованностью всех внутримолекулярных невалентных взаимодействий. При изменении внешних условий (растворителя, температуры, кислотности, расстояния до соседней молекулы-рецептора) природный пептид адаптируется к ним смещением своего конформационного состояния. Смещение равновесия между предпочтительными структурами пептида происходит через последовательную смену конформаций с низкими энергиями в форме волны внутримолекулярного возбуждения. Иначе говоря, эта последовательность конформационных изменений также упорядочена, как и аминокислотная последовательность пептидной цепи. Новая конформация характеризуется новым спектром частот собственных колебаний и соответствующим изменением теплоемкости пептидной цепи (Попов, 1997). [c.46]

Естественно, что все аналогичные методы связаны с применением ограничений и условий, так как искомое решение должно соответствовать определенной траектории в изучаемом конформационном пространстве. При этом следует специально позаботиться о том, чтобы траектория поиска захватывала все наиболее важные конформации (например, а-спираль) и проходила достаточно близко от всех возможных решений. В этом отношении выбор-эллиптической траектории представляется достаточно спорным, хотя при этом и есть возможность охватить поиском конформации типа а-спирали,. р-слоя и -изгиба. [62]. Существует, конечно, опасность, что в белке, для которого ведется предсказание третичной структуры, конформация какого-нибудь аминокислотного остатка лежит в стороне от эллиптической траектории поиска и по этой причине может быть вообще не включена в рассмотрение. Тем не менее современное состояние метода допускает небольшие отклонения в конформациях остатков, если при этом сохраняется общий ход белковой цепи. Более того, зачастую бывает, что значительные отклонения в конформации одного остатка компенсируются изменениями положения прилегающих остатков, так что общий профиль белковой молекулы сохраняется. Это было показано введением эллиптических ограничений на конформацию каждого аминокислотного остатка в белках с последующей минимизацией среднеквадратичного отклонения координат локализации атомов (обычно это Са-атомы) от экспериментальных значений. Для ряда белков получено весьма низкое значение среднеквадратичного отклонения положений атомов, равное 1 1,1 А, что представляется весьма убедительным в сравнении с отклонением в 4Ч-6 А, получаемым при предсказании структур белков с помощью обычной процедуры минимизации энергии. [c.584]

Если для установления равновесия между 4- грето-бутилцикло-гексанолами используют смесь алюмогидрида лития и хлористого алюминия (1 4), в равновесной смеси содержится в основном транс-изомер (более 99,5% в эфире при комнатной температуре) [99, 101]. В рассматриваемом случае спирты существуют практически полностью в виде комплексов (возможно, типа В0А1С12) этим, по-видимому, и объясняется изменение положения равновесия по сравнению с приведенным на рис. 2-18, Б, так как образование комплекса по кислороду, а также дополнительная сольватация во много раз увеличивают объем К0Л1Х2 по сравнению с КОН. Для группы 0А1Хг —АС°>3,1 ккал моль. На основании этого был разработан метод определения конформационных свободных энергий алкильных групп [991 (см. рис. 2-20). Очевидно, что наблюдаемая константа равновесия Адпи == А/(Б + Б ) или [c.85]

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]

Для определения конформационных свободных энергий заместителей, содержащих серу, был использован другой метод — исследование равновесия изомерных монотиокеталей (рис. 2-21) 103, 104] (см. также [105]). [c.87]

Букингем, Марцилли и Саржесон [И] использовали метод ЯМР для определения разности конформационной энергии между о- и ь-аланином и о- и L-валином в комплексе D-[ oen2am] . Для приведения в равновесие [c.374]

Для определения как барьеров, так и конформационных энергий, используются разнообразные физические методы, обзор которых можно найти в публикациях [15-17]. Это спектроскопия ЯМР, ЭПР, ИК, КР, микроволновая, измерение дипольных моментов, газовая электронография, поглощение ультразвука, столкновение нейтронов. Наиболее точные данные обеспечивают, видимо, колебательные спектры. Для химика-органика первостепенную важность имеет ЯЙР-спектроснопия, дающая, например, основную массу сведений по вращению вокруг связи Сзрз-Сзрг [18]. [c.7]

Химики-органики обычно довольствуются экспериментально найденными значениями указанных величин, для надежного определения которых в распоряжении исследователей есть ряд методов — различные виды спектроскопии, диэлкометрия (определение дипольных моментов), хироптические методы, ядерный магнитный резонанс (особенно часто). При этом следует отчетливо представлять себе возможную точность получаемых результатов [5]. Так, для грубой оценки констант конформационного равновесия, имеющих значения порядка 50—100, надо проводить интегрирование площади сигналов в спектрах ЯМР с точностью до 1 %, что очень трудно. Лучше обстоит дело с конформационной энергией при точности интегрирования, равной 5 %, ее определяют с точностью около 0,1 кДж/моль. [c.156]

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]

Смотреть страницы где упоминается термин Методы определения конформационной энергии: [c.331] [c.85] [c.277] [c.242] [c.351] [c.190] [c.213] [c.175] [c.242] [c.351] [c.240] [c.487] [c.497] [c.571] [c.714] [c.81] [c.106] [c.247] [c.714] [c.6] [c.95] [c.385] [c.240] [c.487] [c.497] [c.74]

Справочник химика 21

Химия и химическая технология