生理环境下双α-Ala螯合Ca(Ⅱ)手性转变的密度泛函理论

吉林大学学报(理学版) ›› 2025, Vol. 63 ›› Issue (4): 1192-1204.

生理环境下双α-Ala螯合Ca(Ⅱ)手性转变的密度泛函理论

姜春旭¹，张雪娇¹，赵宇¹，陈静思²，吴铁丽³，王佐成⁴，杨应¹

1. 白城师范学院理论计算中心，吉林白城 137000；
2. 白城医学高等专科学校临床医学院，吉林白城 137000；
3. 齐齐哈尔市龙沙区医联门诊部, 黑龙江齐齐哈尔 161000;
4. 海南科技职业大学医药学院，海口 571126

收稿日期:2024-10-15 出版日期:2025-07-26 发布日期:2025-07-26
通讯作者: 王佐成 E-mail:wangzc188@163.com

DFT of Chiral Transition of Bis-α-Ala Chelated Ca(Ⅱ) in Physiological Environment

JIANG Chunxu¹, ZHANG Xuejiao¹, ZHAO Yu¹, CHEN Jingsi², WU Tieli³, WANG Zuocheng⁴, YANG Ying¹

1. Theoretical Computing Center, Baicheng Normal University， Baicheng 137000， Jilin Province, China;
2. College of Clinical Medicine, Baicheng Medical College, Baicheng 137000, Jilin Province, China;
3. Medical Outpatient Department of Longsha District of Qiqihar, Qiqihar 161000, Heilongjiang Province, China;
4. Collegel of Medicine， Hainan Vocational University of Science and Technology， Haikou 571126, China

Received:2024-10-15 Online:2025-07-26 Published:2025-07-26

摘要/Abstract

摘要： 采用密度泛函理论（DFT）的M06-2X和MN15方法，研究双α-丙氨酸螯合Ca(Ⅱ)配合物(α-Ala)₂→Ca(Ⅱ)的手性转变机理. 结果表明， (S-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ)的手性转变经历2个过程：首先， (S-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ)中的一个α-Ala从S型异构成R型，得到R-异α-Ala钙(R-allo-α-Ala→Ca(Ⅱ))；其次， R-allo-α-Ala→Ca(Ⅱ)中的S-α-Ala再异构成R-α-Ala，得到(R-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ). 在隐性溶剂效应下， (S-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ)异构成R-allo-α-Ala→Ca(Ⅱ)的速控步能垒为221.5 kJ/mol，由H自手性C向N转移的过渡态产生, 显性溶剂效应下该能垒降至93.1 kJ/mol； R-allo-α-Ala→Ca(Ⅱ)异构成(R-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ)的速控步能垒为233.8 kJ/mol，由H自手性C向N转移的过渡态产生，显性溶剂效应下该能垒降至116.7 kJ/mol. 因此，生理环境下(S-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ)的手性转变速率很慢，双α-Ala螯合钙可安全用于生命体补充钙元素和α-Ala.

关键词: 二价钙, α-丙氨酸, 手性转变, 密度泛函, 自洽反应场, 过渡态, 自由能垒

Abstract: We studied the chiral transition mechanism of the bis-α-alanine chelating Ca(Ⅱ) complex (α-Ala)₂→Ca(Ⅱ) by using the M06-2X and MN15 methods of density functional theory (DFT). The results show that the chiral transition of (S-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ) undergoes two processes: Firstly, one of the α-Ala in (S-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ) isomerizes from the S-type to the R-type to obtain R-allo-α-Ala→Ca(Ⅱ). Secondly, the S-α-Ala in R-allo-α-Ala→Ca(Ⅱ) isomerizes again to R-α-Ala to obtain (R-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ). The free energy barrier for the (S-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ) isomerization to the R-allo-α-Ala→Ca(Ⅱ) tachycritical step under the implicit aqueous solvent is 221.5 kJ/mol from the transition state where the H proton migrates from the chiral C atom to the N atom， the free energy barrier drops to 93.1 kJ/mol in dominant aqueous solvent. The free energy barrier for the R-allo-α-Ala→Ca(Ⅱ) isomerization to (R-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ) tachycritical step is 233.8 kJ/mol for the implicit aqueous solvent from the transition state where the H proton migrates from the chiral C atom to the N atom, the free energy barrier drops to 116.7 kJ/mol in the dominant aqueous solvent. Therefore, the chiral transition rate of (S-α-Ala)₂→Ca(Ⅱ) is slow in physiological environments, and bis-α-Ala chelate calcium can be safely used for supplementation of living organisms with elemental calcium and α-Ala.

Key words: divalent calcium, , α-alanine, , chiral transition, , density functional, , self-consistent reaction field, , transition state, , free energy barrier

中图分类号:

O641.12

姜春旭, 张雪娇, 赵宇, 陈静思, 吴铁丽, 王佐成, 杨应. 生理环境下双α-Ala螯合Ca(Ⅱ)手性转变的密度泛函理论[J]. 吉林大学学报(理学版), 2025, 63(4): 1192-1204.

JIANG Chunxu, ZHANG Xuejiao, ZHAO Yu, CHEN Jingsi, WU Tieli, WANG Zuocheng, YANG Ying. DFT of Chiral Transition of Bis-α-Ala Chelated Ca(Ⅱ) in Physiological Environment[J]. Journal of Jilin University Science Edition, 2025, 63(4): 1192-1204.

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