生理环境下双
α -丙氨酸螯合钾清除羟自由基的反应机理Reaction mechanism of potassium chelated by two
α -alanine molecules for scavenging hydroxyl radicals under physiological conditions- 中山大学学报(自然科学版)(中英文) 2025年64卷第6期 页码：53-61
- 作者机构：
1.海南科技职业大学信息工程学院，海南 海口571126
2.白城师范学院理论计算中心，吉林 白城137000
3.海南科技职业大学机电工程学院，海南 海口571126
4.海南科技职业大学医药学院，海南 海口571126
- 作者简介：
杨静（1987年生），女；研究方向：计算机应用化学；E-mail：yangjing@hvust.edu.cn
姜春旭（1988年生）；男；研究方向：计算物理化学；E-mail：jcx@bcnu.edu.cn；
王佐成（1963年生）；男；研究方向：计算化学；E-mail：wangzc@bcnu.edu.cn
- 基金信息：吉林省自然科学基金(YDZJ202401628ZYTS);吉林省教育厅科研重点项目(JJKH20240033KJ);海南省海南科技职业大学校级科研项目(HKKY2024-02)
DOI：10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250093
中图分类号： O641.12收稿：2025-05-27，
录用：2025-09-11，
网络出版：2025-10-23，
纸质出版：2025-11-25
- 稿件说明：
移动端阅览
杨静,张雪娇,孙冠军等.生理环境下双α-丙氨酸螯合钾清除羟自由基的反应机理[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(06):53-61.
YANG Jing,ZHANG Xuejiao,SUN Guanjun,et al.Reaction mechanism of potassium chelated by two α-alanine molecules for scavenging hydroxyl radicals under physiological conditions[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(06):53-61.
杨静,张雪娇,孙冠军等.生理环境下双α-丙氨酸螯合钾清除羟自由基的反应机理[J].中山大学学报(自然科学版)(中英文),2025,64(06):53-61. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250093.
YANG Jing,ZHANG Xuejiao,SUN Guanjun,et al.Reaction mechanism of potassium chelated by two α-alanine molecules for scavenging hydroxyl radicals under physiological conditions[J].Acta Scientiarum Naturalium Universitatis Sunyatseni,2025,64(06):53-61. DOI： 10.13471/j.cnki.acta.snus.ZR20250093.
摘要
采用M06-2X和MN15密度泛函方法，结合SMD模型方法，研究了生理环境（水液相、310.15 K、1.013×10
5
Pa）下
α
-Ala
2
→K
+
（双
α
-丙氨酸螯合钾）与OH（羟自由基）的反应机制。
α
-Ala
2
→K
+
与OH有3个反应通道，分别是OH抽H、OH与不饱和C加成以及单电子从
α
-Ala
2
→K
+
向OH转移过程。反应过程的自由能势能面计算表明：OH抽H能垒在14.0至56.1 kJ/mol之间，均有显著的放热效应；OH与C加成能垒在88.3至92.6 kJ/mol之间，
均有放热效应；单电子从
α
-Ala
2
→K
+
向OH转移能垒是795.9 kJ/mol。研究结果表明，生理环境下
α
-Ala
2
→K
+
可通过与OH的抽H及加成反应过程清除OH自由基。
Abstract
The reaction mechanism of potassium chelated by two
α
-alanine molecules （
α
-Ala
2
→K
+
） with hydroxyl radicals （OH） under physiological conditions （aqueous phase， 310.15 K， 1.013 × 10
5
Pa） was investigated using the M06-2X and MN15 density functional methods together with the SMD solvation model. Three reaction pathways were identified between
α
-Ala
2
→K
+
and OH： Hydrogen abstraction by OH， OH addition to unsaturated carbon atoms， and single-electron transfer （SET） from
α
-Ala
2
→K
+
to OH. Free energy calculations along the potential energy surfaces revealed that the energy barriers for hydrogen abstraction ranged from 14.0 to 56.1 kJ/mol and were all significantly exothermic. The energy barriers for OH addition ranged from 88.3 to 92.6 kJ/mol， also being exothermic. By contrast， the SET pathway from
α
-Ala
2
→K
+
to OH exhibited a prohibitively high barrier of 795.9 kJ/mol. These results suggest that
α
-Ala
2
→K
+
can effectively scavenge hydroxyl radicals through hydrogen abstraction and addition reactions under physiological conditions.
关键词
Keywords
references
阿吉姑·阿布都热西提 ， 买尔旦·马合木提 ， 马合木提·乌斯满 ， 等 ， 2008 . 维生素C清除自由基能力3种检测方法的比较 ［J］. 新疆医科大学学报 ， 31 （ 5 ）： 578 - 579+582 .
陈静思 ， 刘芳 ， 吴怡 ， 等 ， 2025 . 生理环境下二价钙缬氨酸配合物（Val·Ca 2+ ）对映异构的DFT研究 ［J］. 中山大学学报（自然科学版中英文） ， 64 （ 2 ）： 76 - 85 .
杜俊 ， 张俊豪 ， 方宾 ， 2003 . 氨基酸配合物的性质及应用 ［J］. 化学进展 ， 15 （ 4 ）： 288 - 294 .
李斌 ， 黄筱珂 ， 李双鹤 ， 等 ， 2023 . 水液相下羟基自由基与两性Lys分子反应机理的量子化学研究 ［J］. 复旦学报（自然科学版） ， 62 （ 2 ）： 263 - 272 .
刘芳 ， 姜春旭 ， 杨晓翠 ， 等 ， 2022 . α-丙氨酸及其金属配合物的旋光异构理论研究进展 ［J］. 武汉大学学报（理学版） ， 68 （ 6 ）： 665 - 679 .
刘立新 ， 陈静思 ， 杨应 ， 等 ， 2024 . 水溶剂环境下Eda酮式异构体消除超氧负离子自由基O 2 - ·的反应机理 ［J］. 江西师范大学学报（自然科学版） ， 48 （ 3 ）： 221 - 232 .
罗香怡 ， 高浩溟 ， 姜丰 ， 等 ， 2022 . 水液相下羟基自由基（水分子簇）诱导脯氨酸分子损伤的机理 ［J］. 复旦学报（自然科学版） ， 61 （ 1 ）： 104 - 114 .
牛鹤丽 ， 徐岩 ， 杨应 ， 等 ， 2024 . 水液相下两性组氨酸分子对映异构的密度泛函理论 ［J］. 中山大学学报（自然科学版）（中英文） ， 63 （ 2 ）： 168 - 180 .
潘宇 ， 姜春旭 ， 王颢霖 ， 等 ， 2024 . 水液相下Eda酮式异构体与超氧化氢自由基反应的DFT理论计算 ［J］. 吉林大学学报（理学版） ， 62 （ 5 ）： 1254 - 1266 .
桑宝华 ， 2011 . 钾元素生理药理作用探讨及其临床药物运用 ［J］. 中国民族民间医药 ， 20 （ 8 ）： 22 - 23 .
苏旭发 ， 杨应 ， 杨清荟 ， 等 ， 2024 . 水溶液环境下维生素C与羟基自由基反应的DFT研究 ［J］. 江西师范大学学报（自然科学版） ， 48 （ 2 ）： 147 - 157+188 .
孙冠军 ， 杨应 ， 吴怡 ， 等 ， 2024 . 水溶剂环境下OH自由基与Eda分子酮式异构体反应的DFT研究 ［J］. 南开大学学报（自然科学版） ， 57 （ 6 ）： 100 - 112 .
孙伟 ， 姜春旭 ， 梁晴晴 ， 等 ， 2023 . 水液相下依达拉奉与过氧化氢自由基反应的DFT研究 ［J］. 南开大学学报（自然科学版） ， 56 （ 6 ）： 94 - 104 .
王颢霖 ， 杨应 ， 张雪娇 ， 等 ， 2024 . 生理环境下羟基脯氨酸清除羟基自由基的反应机制 ［J］. 武汉大学学报（理学版） ， 70 （ 5 ）： 603 - 612 .
王玲 ， 杨文富 ， 杨应 ， 等 ， 2023 . 水液相下依达拉奉消除羟自由基反应的密度泛函理论研究 ［J］. 江西师范大学学报（自然科学版） ， 47 （ 6 ）： 582 - 593 .
王新雨 ， 张希花 ， 张勇 ， 等 ， 2024 . 水液相下Trp分子清除OH自由基反应的DFT研究 ［J］. 南开大学学报（自然科学版） ， 57 （ 5 ）： 68 - 79 .
杨应 ， 姜春旭 ， 张雪娇 ， 等 ， 2023 . 水液相下羟自由基诱导组氨酸分子损伤的密度泛函理论研究 ［J］. 南开大学学报（自然科学版） ， 56 （ 4 ）： 92 - 100 .
喻小继 ， 潘宇 ， 黄煜纯 ， 等 ， 2023 . 水液相下羟基自由基诱导半胱氨酸分子损伤的机理 ［J］. 武汉大学学报（理学版） ， 69 （ 3 ）： 373 - 383 .
张雪娇 ， 杨应 ， 杨文富 ， 等 ， 2023 . 水液相下依达拉奉与超氧阴离子自由基反应的密度泛函理论 ［J］. 吉林大学学报（理学版） ， 61 （ 6 ）： 1489 - 1500 .
赵雪红 ， 陈伟红 ， 王秀芳 ， 2000 . 心衰病人理想的补钾方法 ［J］. 实用护理杂志 ， 16 （ 2 ）： 21 .
FISHER G H ， D’ANIELLO A ， VETERE A ， et al ， 1991 . Free D-aspartate and D-alanine in normal and Alzheimer brain ［J］. Brain Res Bull ， 26 （ 6 ）： 983 - 985 .
GARRETT B C ， TRUHLAR D G ， 1979 . Criterion of minimum state density in the transition state theory of bimolecular reactions ［J］. J Chem Phys ， 70 （ 4 ）： 1593 - 1598 .
HRATCHIAN H P ， SCHLEGEL H B ， 2005 . Using hessian updating to increase the efficiency of a hessian based predictor-corrector reaction path following method ［J］. J Chem Theory Comput ， 1 （ 1 ）： 61 - 69 .
GORB L ， LESZCZYNSKI J ， 1999 . Intramolecular proton transfer in mono- and dihydrated tautomers of guanine： An ab initio post hartree—Fock study ［J］. J Am Chem Soc ， 120 （ 20 ）： 5024 - 5032 .
MARCUS R A ， 1997 . Transfer reactions in chemistry. Theory and experiment ［J］. Pure Appl Chem ， 69 （ 1 ）： 13 - 30 .
MARENICH A V ， CRAMER C J ， TRUHLAR D G ， 2009 . Universal solvation model based on solute electron density and on a continuum model of the solvent defined by the bulk dielectric constant and atomic surface tensions ［J］. J Phys Chem B ， 113 （ 18 ）： 6378 - 6396 .
PÉREZ-GONZÁLEZ A ， REBOLLAR-ZEPEDA A M ， LEÓN-CARMONA J R ， et al ， 2017 . Reactivity indexes and O-H bond dissociation energies of a large series of polyphenols： Implications for their free radical scavenging activity ［J］. J Mex Chem Soc ， 56 （ 3 ）： 241 - 249 .
WANG Y ， VERMA P ， ZHANG L ， et al ， 2020 . M06-SX screened-exchange density functional for chemistry and solid-state physics ［J］. Proc Natl Acad Sci USA ， 117 （ 5 ）： 2294 - 2301 .
YU H S ， HE X ， LI S L ， et al ， 2016 . MN15： A Kohn-Sham global-hybrid exchange-correlation density functional with broad accuracy for multi-reference and single-reference systems and noncovalent interactions ［J］. Chem Sci ， 7 （ 8 ）： 5032 - 5051 .
ZWART L L ， MEERMAN J H N ， COMMANDEUR J N M ， et al ， 1999 . Biomarkers of free radical damage Applications in experimental animals and in humans ［J］. Free Radic Biol Med ， 26 （ 1/2 ）： 202 - 226 .
0
浏览量
6
下载量
0
CSCD
- 网络PDF下载
- Meta-XML下载
- BibTeX下载
- Endnote下载
- RefMan 下载
- NoteExpress下载
- NoteFirst下载
关联资源
相关文章
相关作者
相关机构
- 地址：广州市海珠区新港西路135号 中山大学南校园东北区312栋 邮编：510275
- 联系电话：020-84112585，84113223 Email：xuebaozr@mail.sysu.edu.cn
- 技术支持由北京北大方正电子有限公司提供 京ICP备09064830号-19
京公网安备11010802024621 - 本系统建议在Chrome、 IE9+ 以上版本浏览器阅读本站内容，360浏览器请切换至极速模式
- Cookies帮助我们提供服务并提供个性化体验。使用本网站，即表示您同意我们使用Cookies
