量子化学计算研究食源性自由基清除肽的构效关系及作用机制

Radical scavenging peptides( RSP) are an important group of bioactive peptides. Revealing the structure-activity relationship and the action mechanism of the RSP are significant to both the basic research and practical application of bioactive peptides. From others and our previous research (Yu et al., Eur Food ResTechnol, 2008, 226: 415-421), the main active groups of RSP were still not been verified. And there are still lack the quantitative description of the action mechanism of RSP. In this project, for the first time, the chemical groups of RSP will be verified by methods of quantum chemical calculation. And the action mechanism which are related with the free radical scavenging activity of the RSP will also be described from the quantum chemical point of view. Achievements of research results will validate the key groups and reveal the specific mechanism of RSP. The results will also be help for the active RSP molecular design and its production and application in practice.

自由基清除肽(Radical scavenging peptides, RSP)是一类重要的生物活性肽，揭示其构效关系及清除自由基的具体作用机制，对于生物活性肽的基础研究和指导开发RSP食品及药物都具有重要意义。结合已有文献和我们前期研究工作(Yu et al., Eur Food ResTechnol, 2008, 226: 415-421)来看，目前在RSP清除自由基的构效关系研究上，虽已揭示了部分与活性相关的氨基酸，但尚未确定出活性基团；在其清除自由基的作用机制方面，缺乏定量化表征研究。在本课题中，我们将首次通过量子化学计算，确定RSP结构中与清除自由基活性相关的主要基团，并从量子化学角度对RSP直接清除自由基的两种作用机制进行定量化描述。项目完成后将确定RSP中的活性基团，并阐明RSP清除自由基的具体作用机制。其结果将有助于指导高活性RSP的分子设计及其在实践中的生产应用。

自由基清除肽清除自由基的能力是由哪些活性基团或化学键决定的？其在清除自由基的过程中可能发生了什么样的反应和键的断裂？对这些问题的厘清可以从本质上揭示寡肽清除自由基从而抗氧化的构效关系，有利于高活性自由基清除肽的设计和筛选。.主要研究内容：使用半经验AM1和量子化学密度泛函DFT方法计算得出自由基清除肽的原子电荷分布情况、分子前线轨道分布（HOMO＆LUMO）、前线分子能级差△Ｅ，以及各羟基位Ｏ-Ｈ 发生抽氢反应的自由基生成热（△HOF）等理论参数，同时实测上述多肽对DPPH自由基、羟自由基和超氧阴离子自由基的清除活性。.重要结果：1）通过合理高精度量子化学方法进行结构优化，能得到多肽分子的优势构象；2）用量化参数与实测结果比对，通过原子净电荷分布能确定自由基清除肽的活性位点；3）分子前线轨道能级差△Ｅ能有效的预测多肽的清除自由基活性；4）在同种活性基团发生脱氢反应，分子能量与供氢后自由基的能级差即自由基生成热（△HOF）能较好表征多肽分子的抗氧化活性高低。.科学意义：本项目建立了量子化学参数与RSP直接清除自由基活性之间的联系，为自由基清除肽的构效关系研究引进了新的研究工具，开拓了新的研究思路（从化学键及反应能量的角度研究自由基清除肽的活性）。