ИСТИНА

Целью предлагаемого проекта является разработка метода прогнозирования энтальпий образования в газообразном и твердом состояниях, а также энтальпий сублимации аминокислот и образуемых из них пептидов. Постоянный научный интерес к этим важнейшим природным соединениям возрос в последнее время, когда пептиды стали рассматривать как важные объекты нанобиотехнологии. Для выяснения механизмов протекания и теоретического моделирования реакций с участием аминокислот и пептидов необходима информация о термохимических свойствах этих соединений. В настоящем проекте для прогнозирования энтальпий образования предлагается комплексный подход, сочетающий использование имеющихся экспериментальных данных, проведение современных квантово-химических расчетов и разработку методов, основанных на принципе групповой аддитивности. Для теоретического определения значений энтальпии образования газообразных соединений будут использованы как прямые неэмпирические расчеты на основе энергий атомизации, так и метод изодесмических реакций, в котором высокая точность расчетов достигается за счет погашения эффектов корреляции электронов в реакциях с участием структурно близких молекул. На основе рассчитанных величин энтальпии образования газообразных соединений будет проанализирована точность экспериментальных энтальпий образования соединений в газообразной и твердой фазах, а также энтальпий сублимации. В ряде случаев предполагается получить более точные значения энтальпий сублимации при температуре 298.15 К, используя значения теплоемкости газообразных соединений, вычисленные методом статистической термодинамики с использованием молекулярных постоянных, определенных из квантово-химических расчетов. В результате будут рекомендованы надежные экспериментальные данные по энтальпиям образования и сублимации, которые, вместе с результатами теоретических расчетов неисследованных соединений, создадут основу для разработки метода групповой аддитивности. В итоге впервые будет разработан точный и эффективный метод прогнозирования взаимосогласованных значений сразу трех величин: энтальпии образовании в твердой и газообразной фазе и энтальпии сублимации для аминокислот и пептидов разнообразного строения.

Значения энтальпий образования 20 протеиногенных, или стандартных, аминокислот (аланина (Ala), аргинина (Arg) , аспарагина (Asn), аспарагиновой кислоты (Asp), валина (Val), гистидина (His), глицина (Gly), глутамина (Gln), глутаминовой кислоты (Glu), изолейцина (Ile), лейцина (Leu), лизина (Lys), метионина (Met), пролина (Pro), серина (Ser), тирозина (Tyr), треонина (Thr), триптофана (Trp), фенилаланина (Phe) и цистеина (Cys)) и пяти других важных аминокислот (β-аланина (β-Ala), саркозина (Sar), N-фенилглицина (N-Phg), α-фенилглицина (α-Phg) и γ-аминобутировой кислоты (γ-Abu)) в газообразном состоянии определены на основе квантово-химических расчетов. Рекомендованные значения получены из расчетов методом изодесмических реакций используя значения энергий, рассчитанные методом Gaussian-4. В изодесмических реакциях в качестве модельных рассматривались соединения, энтальпии образования которых надежно определены из эксперимента. Кроме того, расчеты выполнены для реакций с аминокислотами, значения энтальпий образования которых рекомендованы в настоящей работе. В результате получен набор взаимно самосогласованных значений энтальпий образования, погрешность которых оценивается в 4-8 кДж/моль. Рассчитанные значения энтальпий образования позволили проанализировать имеющиеся экспериментальные данные и подтвердить их точность (для Gly, Ala, β-Ala, γ-Abu, Met, N-Phg, Sar, Pro, Ser) или указать на ненадежность (для Cys, Phe, α-Phg, Leu, Val). Для 11 аминокислот данные по энтальпии образования в газовой фазе определены впервые. Полученные значения энтальпий образования использованы для разработки аддитивного метода прогнозирования энтальпий образования аминокислот и пептидов. На основе определенных групповых вкладов рассчитаны энтальпии образования ряда аминокислот и простейших пептидов (Gly-Gly, Gly-Ala, Gly-Asn, Ala-Ala, β-Ala-Ala, Ser-Ser, Gly-Val, Gly-Leu, Gly-Phe, Ala-Phe, Val-Phe, Gly-Gly-Gly, Gly-Phe-Ala, Gly-Gly-Gly-Gly-Gly-Gly и др.). Используя экспериментальные литературные данные по энтальпиям образования аминокислот в твердом состоянии, для всех рассмотренных аминокислот и пептидов были оценены энтальпии сублимации, которые дают возможность рассчитать энтальпии сольватации и тем самым перейти к изучению характера взаимодействия аминокислот при растворении.