量子化學(xué)計(jì)算研究多酚及多肽清除自由基的構(gòu)效關(guān)系.pdf

1、自由基是帶有未成對(duì)電子的分子、離子或基團(tuán)，在生物體內(nèi)可以通過(guò)多種途徑產(chǎn)生。自從自由基學(xué)說(shuō)被學(xué)術(shù)界普遍認(rèn)同后，人們開(kāi)始意識(shí)到機(jī)體內(nèi)分布的自由基是導(dǎo)致人體衰老和諸多疾病的主要誘因之一。人體內(nèi)過(guò)量的自由基可破壞細(xì)胞膜、攻擊蛋白質(zhì)、損傷基因，是諸多病癥如腫瘤、心腦血管疾病、神經(jīng)退行性疾病以及機(jī)體衰老的重要誘因。由于機(jī)體中的自由基每時(shí)每刻都在產(chǎn)生，對(duì)其無(wú)法用藥物進(jìn)行徹底清除或長(zhǎng)期控制。因此，通過(guò)日常飲食控制其累積和超量,是預(yù)防自由基損傷的最有效辦

2、法。而從食物中尋找高效、安全的自由基清除劑，一直是食品營(yíng)養(yǎng)和保健的重要研究?jī)?nèi)容之一。因此，祛除過(guò)量自由基對(duì)人體的傷害是備受關(guān)注的一個(gè)科學(xué)問(wèn)題。
　　本文立足量子化學(xué)的角度，通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算的方法對(duì)幾種多酚類抗氧化物和抗氧化肽的清除自由基機(jī)制作出分析判別。在作用機(jī)制研究上，通過(guò)量子化學(xué)計(jì)算方法計(jì)算得出的相關(guān)理論參數(shù)，定量化探討其清除自由基的化學(xué)反應(yīng)本質(zhì)。在構(gòu)效關(guān)系研究上，特別是抗氧化肽，首次從氨基酸水平深入到化學(xué)團(tuán)水平對(duì)抗氧化機(jī)理進(jìn)

3、行研究。
　　關(guān)于黃酮多酚類抗氧化物研究，首先對(duì)柚皮素、柚皮苷、橙皮素及橙皮苷4種黃酮分子構(gòu)建模型，然后優(yōu)化構(gòu)型得到優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，使用密度泛函等高精度方法計(jì)算了相關(guān)的量子化學(xué)理論參數(shù)。對(duì)照實(shí)驗(yàn)測(cè)得的抗氧化活性順序發(fā)現(xiàn)，各羥基位OH原子電荷差值能反映B環(huán)和C環(huán)各羥基活性的大小；前線分子軌道分布圖能直觀展示分子的活性基團(tuán)；前線分子軌道能級(jí)差則能有效的表征4種黃酮類清除自由能力的活性順序；各羥基位O－H鍵解離焓BDE能有效表征同一分子中各羥

4、基位O－H的活性順序。柚皮苷及其苷元（柚皮素）的抗氧化活性位點(diǎn)主要是4’－OH、5－OH以及7－OH三個(gè)基團(tuán)，其中4’－OH的活性均大于5－OH、7－OH活性；橙皮苷及其苷元（橙皮素）的抗氧化活性位點(diǎn)主要是5’－OH、5－OH以及7－OH，其中5’－OH基團(tuán)活性明顯強(qiáng)于5－OH、7－OH基團(tuán)；最后通過(guò)鍵解離焓BDE的表征發(fā)現(xiàn)，4’－OH基團(tuán)是發(fā)揮柚皮素和柚皮苷的抗氧化活性的主要位點(diǎn)，5’－OH基團(tuán)是發(fā)揮橙皮素和橙皮苷的抗氧化活性的主要位

5、點(diǎn)，這兩個(gè)基團(tuán)的量化參數(shù)可以分別作為預(yù)測(cè)四種黃酮類化合物抗氧化活性的主要指標(biāo)，且預(yù)測(cè)順序與實(shí)驗(yàn)測(cè)定結(jié)果一致。
　　關(guān)于異黃酮多酚類抗氧化物研究，首先對(duì)Genistein、Daidzein、Pomiferin、Osajin4種異黃酮類分子進(jìn)行分子模擬，得到穩(wěn)定的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，再對(duì)其進(jìn)行相關(guān)量子化學(xué)計(jì)算。通過(guò)計(jì)算發(fā)現(xiàn)，其清除自由基能力與其酚羥基位置電子轉(zhuǎn)移和脫氫能力有關(guān)，前線分子軌道能直觀的展現(xiàn)抗氧化物的分子活性部位，能隙和自由基生成熱△

6、HOF能準(zhǔn)確表征4種異黃酮分子抗氧化活性順序，對(duì)于4種分子的多羥基位自由基生成熱分析可知，4’-OH是Genistein和Daidzein最主要的羥基活性部位，4’-OH可作為表征這兩種分子清除自由基活性的位點(diǎn)。3’-OH是Pomiferin和Osajin最主要的羥基活性部位，3’-OH可作為表征這兩種分子清除自由基活性的位點(diǎn)。
　　關(guān)于非黃酮多酚類抗氧化物研究，首先設(shè)計(jì)7種白藜蘆醇及其多羥基衍生物結(jié)構(gòu)并構(gòu)建分子模型，然后優(yōu)化構(gòu)型

7、得到優(yōu)勢(shì)構(gòu)象，使用密度泛函DFT等方法對(duì)7種白藜蘆醇及其多羥基衍生物分子進(jìn)行量子化學(xué)計(jì)算，得到一系列量子化學(xué)理論參數(shù)。分析發(fā)現(xiàn)原子電荷分布圖和前線分子軌道圖能直觀闡述白藜蘆醇及其多羥基衍生物的活性基團(tuán)；羥基位OH電荷差值和前線分子軌道π電子云密度能很好表征各羥基位活性順序；根據(jù)前線分子軌道能級(jí)差△E對(duì)照表征，同樣也證實(shí)白藜蘆醇及其多羥基衍生物的活性大小以及各羥基位的活性順序。根據(jù)7種設(shè)計(jì)分子的能隙Egap能有效表征其分子抗氧化活性順序。

8、對(duì)于白藜蘆醇及其多羥基衍生物清除自由基機(jī)理的量子化學(xué)計(jì)算研究發(fā)現(xiàn)，其各羥基的活性順序4、4’位羥基＞3、3’位羥基＞5、5’位羥基，且4、4’位羥基位是主要的活性位點(diǎn)，其相應(yīng)量化指標(biāo)能作為推測(cè)分子抗氧化活性的主要參數(shù)。最終預(yù)測(cè)3,3’,4,4’,5,5’－六羥基反二苯代乙烯是7種白藜蘆醇及其多羥基衍生物中抗氧化活性最高的分子結(jié)構(gòu)。
　　關(guān)于多肽類抗氧化物的研究，主要是通過(guò)對(duì)VPW、VFPW、LHY和PHYL四種多肽分子合理高精度量

9、子化學(xué)方法進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化，得到多肽分子的優(yōu)勢(shì)構(gòu)象。用量化參數(shù)與實(shí)測(cè)結(jié)果比對(duì)，通過(guò)原子凈電荷分布確定了VPW和VFPW的活性位點(diǎn)主要集中在Trp的吲哚環(huán)N-H結(jié)構(gòu)上，LHY和PHYL的活性位點(diǎn)集中在Tyr的酚羥基O-H結(jié)構(gòu)上。而且分子前線軌道能級(jí)差能有效的預(yù)測(cè)這四種多肽的清除自由基活性，在同種活性基團(tuán)發(fā)生脫氫反應(yīng)，分子能量與供氫后自由基的能級(jí)差能較好表征多肽分子的抗氧化活性高低。
　　通過(guò)以上研究，我們對(duì)這幾種多酚及多肽類天然抗氧化物