典型代谢物分子动力学对其结构依赖性的固体NMR研究

生物代谢物分子动力学性质和相互作用与其结构的关系等基础数据比较缺乏。本项目拟利用固体NMR波谱技术，通过弛豫时间和化学位移张量测量等方法研究甲胺类与羟基羧酸和氨基羧酸类等两类典型代谢物分子动力学性质与其结构的关系，旨在探索系列代谢物的分子动力学性质对其结构依赖性的规律，为认识生物代谢物的性质和功能提供基础数据。人们在研究生物代谢物的时候，主要关注代谢物各组分的相对含量，针对分子动力学性质与其结构的关系研究很少，而这些基础数据对于了解代谢物的功能具有很重要的科学意义。为此，我们拟针对上述两类典型代谢物，研究其分子动力学性质与结构的关系，从而回答"固体代谢物分子动力学性质是什么"，"分子内或分子间有什么相互作用"，"系列代谢物的分子动力学性质与其结构的关系有什么规律"等问题。研究结果将为理解代谢物性质和功能与其结构的关系提供分子依据，为进一步研究生物复杂体系奠定基础和积累经验。

生物代谢物分子动力学性质和相互作用与其结构的关系等基础数据比较缺乏。本项目利用固体NMR波谱技术，通过弛豫时间和化学位移张量测量等方法研究甲胺类与羟基羧酸和氨基羧酸类等两类典型代谢物分子动力学性质与其结构的关系，探索了系列代谢物的分子动力学性质对其结构依赖性的规律，为认识生物代谢物的性质和功能提供基础数据，这些基础数据对于了解代谢物的功能具有很重要的科学意义。. 我们采用了NMR变温弛豫时间的测量结合DSC等技术详细研究了典型氨基羧酸代谢物2-氨基戊酸（2AV）、2-氨基丁酸（2AB）以及3-羟基丁酸等其它几种羧酸类代谢物以及系列典型甘氨酸N甲基取代物及其氘代样品等的多晶性与分子动力学性质。研究发现2-氨基戊酸（2AV）在137-403 K的温度范围内至少存在三种不同的晶型且发生了两次多晶相变。各晶型的结构中侧链基团的化学环境差异较大。弛豫时间及偶极作用随温度的变化规律表明，2AV中不仅存在甲基和氨基的旋转运动，还存在侧链亚甲基的快速运动。 研究还发现2-氨基丁酸（2AB）发生两次多晶相变。其侧链基团尤其是末端甲基的化学环境在237 K附近发生了较为显著的变化。2AB分子的所有基团在237 K附近的相变发生前较为刚性。对于甘氨酸N-甲基取代体系，发现四种物质中甲基旋转运动的活化能随着取代甲基数的增加而增大，证实了空间位阻效应导致甲基旋转运动的阻碍增大。对于ω-氨基酸体系，发现四种物质中氨基的旋转运动与晶体结构中氨基形成的氢键密切相关，其活化能随着氢键的增强而增大，而主链运动的活化能随着碳链的增长而减小，说明碳链越长，主链运动性越大。. 上述成果不仅回答了"固体代谢物分子动力学性质是什么"，"分子内或分子间有什么相互作用"，"系列代谢物的分子动力学性质与其结构的关系有什么规律"等性质与结构依赖性的问题。研究结果还为理解代谢物性质和功能与其结构的关系提供重要的分子依据，为进一步研究生物复杂体系奠定了基础和积累经验。