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1、1999年3月四川师范大学学报(自然科学版)Mar.,1999第22卷第2期JournalofSichuanNormalUniversity(NaturalScience)Vol.22,No.2胆固醇分子间作用的理论探讨1)2)3)2)3)赖宜生倪羽徐强李树伟宋仲容(1)广西中医学院基础部,南宁530001;2)四川师范大学化学系,成都610066;3)重庆师范专科学校化学系,重庆永川402168)2+2+2+2+摘要用分子间相互作用势函数法,以Cu、Zn、Cd、Cr四种离子与胆固醇分子形成的金属阳离子-胆固醇分子复合物
2、和胆固醇分子-胆固醇分子复合物为模型,研究它们相互间作用,得到不同金属离子在不同位置与胆固醇分子相互作用的能量,以及在受到金属Cu离子影响条件下胆固醇分子之间的相互作用的能量.把理论计算与实际研究相对照,得到很有意义的结果.关键词胆固醇;生物金属;分子间相互作用;理论模型中图法分类号O629.2胆固醇是一种类脂质,是动物体内维持生命所必需的一种物质.根据大量流行病学的调查和不少的研究结果证实,血液中胆固醇的浓度越高,就越易造成心血管疾病.人体内微量元素Cu、Zn、Cd、Cr等与心血管疾病有极其复杂的关系.Cu、Cd、Cr
3、对心血管疾病构造和功能有益,与心血管疾病的发病及死亡率呈负相关.而饮水、食物及体内含Cd过多,[1]对心血管的结构及功能会产生有害影响,其含量与心血管疾病的发病及死亡率呈正相关.Cu、Zn、Cd、Cr对胆固醇的代谢也有密切关系.多年来一直流行着这样一种论点,食胆固醇含量高的食物,是造成高血压和动脉粥样硬化[2]的原因,但是这一理论已被证明是错误的,除非人们摄入的胆固醇量极高.还有一种曾经流行一时的理论,高脂肪食物是造成高血胆固醇的原因,从而造成严重动脉粥样硬化的原因,这[2]一理论已被修正过.所以我们研究胆固醇、微量元素
4、Cu、Zn、Cd、Cr与冠状动脉粥样硬化之间的关系有很重要的意义.1计算方法本文采用离子与分子之间作用的势函数法,并把它应用到分子与分子之间作用中去.按照量子力学的微扰理论,分子间的相互作用(1)式由4部分组成Etotal=Ed+Epol+Edis+Erep,(1)(1)式中,Ed是静电能,Epol是极化能,Edis是色散能,而Erep是短程排斥能.在零微分重叠近似基础上,作Bracly单极近似,上述各项表述为:2qiqjeEd=∑∑,(2)ijrij12224Epol=-∑∑(aiqiajqj)e/rij,(3)2ij
5、收稿日期1998-12-07赖宜生男34岁讲师180四川师范大学学报(自然科学版)22卷612Edis-rep=∑∑(-eij/rij+dij/rij),(4)ij6Edis-rep=∑∑KiKj[-A/Z+(1-qi/Vij)(1-qj/Vij)Ceij].(5)ij(4)式用于分子间无氢键形成,而(5)式则用于有氢键形成.(4)式即通常的Lennard-Jones“6-12”势,(5)式为buckinham势,其中3211⒊1⒊eij=()e(m)aiaj/[(ai/Ni)+2n1⒊(aj/Nj)],(6)1ww6d
6、ij=()eij(Ri+Rj),(7)2wwZ=rij/rij,Vij=4RiRj.(8)各式中i指分子1中的原子,j指分子2中的原子,参数qi、ai、Ri、Ni分别指原子i的静电荷、极化率、范德华半径、有效电子数和价电子数.r指原子i、j间的距离,图1Ki、Kj与原子类别有关,而A、C与原子类别无关,m为电子的静质量,也为电子的电荷.当把这些公式用于金属离子———分子相互作用时,Edis-rep按(4)式计算,j专指离子,对其求和只有一项,相应参数分别为离子电荷、离子极化率、离子半径等.2计算模型及参数金属离子(M)与
7、胆固醇分子的相互作用模型见图1中的上半部分,其中的Ma、Mb、Mc分别表示三种作用位置.胆固醇分子的相互作用模型见图1中的下半部份.胆固醇分子的几何参数来自于X-射线[3]晶体结构分析数据,非键参数由文献[4,5]提供,列于表1(见下页).图1中,·代表C;代表H;⊙代表O.平行的两分子在Z轴相距1.5nm.3计算结果以BASCI语言和FORTRAN语言编写的程序,分别在IBM-PC机和HITACHI/M-240D机上计算,金属离子(M)与胆固醇分子之间的相互作用结果见表2(见下页).胆固醇分子之间、胆固醇分子与金属-胆
8、固醇复合物之间相互作用的结果见表3(见下页).4讨论从表2可知:(1)作用位置在Mb之间的总能量具有最低值.(2)在Mc位置金属离子与胆固醇分子之间的总能量高于相互作用位置Ma,但低于作用位置Mb.Ma位置按正常成键,四种离子作用的可能性不大,增加0.02nm,作用性更小,而增加第2期赖宜生等:胆固醇分子间作用的理论
