جهاد دانشگاهی-پژوهشکده توسعه صنایع شیمیایی ایران نشریه شیمی و مهندسی شیمی ایران 1022-7768 44 3 2025 11 22 Effects of Alkali Metal Ions and Zinc Ion on the Acidity of Nonpolar Amino Acids تأثیر فلزات قلیایی و روی بر قدرت اسیدی آمینواسیدهای غیر قطبی 31 48 728394 FA علیرضا فتاحی دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران سپیده کلهر دانشکده شیمی، دانشگاه صنعتی شریف، تهران، ایران Journal Article 2025 04 28 <span style="font-size: 14.0pt; line-height: 150%; font-family: 'Times New Roman',serif; mso-ascii-theme-font: major-bidi; mso-hansi-theme-font: major-bidi; mso-bidi-theme-font: major-bidi; mso-ansi-language: EN-US;">Amino acids are unique molecules characterized by both acidic and basic properties. Over 500 amino acids have been identified, but only 20 are significant in human biology. These molecules are central to biological and biochemical metabolism. Most experimental and computational studies have primarily concentrated on the interactions between amino acids and transition metals, investigating their roles in various biological processes. In contrast, fewer studies have addressed the interactions between proteins and main-group metal ions. With this in mind, we examined the complexes formed between alkali metal ions and nonpolar amino acids. Specifically, our goal was to investigate how alkali metal cations influence the acidity of nonpolar amino acids. To achieve this, we employed density functional theory (DFT) to calculate changes in the acid enthalpy of amino acids upon interaction with metal ions.Our computational approach utilized the hybrid B3LYP functional combined with the 6-311++G** basis set to study elements including carbon, hydrogen, nitrogen, oxygen, and sulfur, as well as metal ions such as Li⁺, Na⁺, and K⁺. For heavier metal ions—rubidium, cesium, and zinc—we applied the LANL2DZ basis set. The results demonstrate that complexation with metal ions significantly increases the acidity of nonpolar amino acids. <span lang="AR-SA" style="font-size: 14.0pt; mso-ansi-font-size: 12.0pt; font-family: 'B Zar'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman Italic'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman Italic'; letter-spacing: -.2pt;">آمینواسیدها ساختارهای منحصر به فردی هستند که به طور همزمان خواص اسیدی و بازی را نشان می‌دهند. تا به امروز، بیش از 500 آمینواسید کشف شده است، اگرچه تنها 20 مورد برای زیست‌شناسی انسان ضروری هستند. آمینواسیدها نقش محوری در متابولیسم زیستی ایفا می‌کنند. شایان ذکر است که تا به حال بخش عمده ای از مطالعات اعم از مطالعات آزمایشگاهی و محاسباتی بر نقش برهمکنش های بین فلزات واسطه و آمینواسیدها متمرکز بوده است و کمتر به بررسی برهمکنش های فلزات گروه های اصلی و آمینواسیدها پرداخته شده است. با در نظر گرفتن این موضوع، ما به بررسی کمپلکس‌سازی آمینواسیدهای غیرقطبی با فلزات قلیایی پرداختیم. به طور خاص، هدف ما تعیین چگونگی تأثیر کاتیون‌های فلزات قلیایی بر اسیدیته آمینواسیدها بود. برای دستیابی به این هدف، از روش محاسباتی /B3LYP DFT <span lang="FA" style="font-size: 14.0pt; mso-ansi-font-size: 12.0pt; font-family: 'B Zar'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman Italic'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman Italic'; mso-bidi-language: FA;">و مجموعه پایه 6-311 + + G**<span lang="FA" style="font-size: 14.0pt; mso-ansi-font-size: 12.0pt; font-family: 'B Zar'; mso-ascii-font-family: 'Times New Roman Italic'; mso-hansi-font-family: 'Times New Roman Italic'; mso-bidi-language: FA;"> برای اتم‌های کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن، گوگرد، یون‌های لیتیوم، سدیم و پتاسیم، استفاده شد، و برای یون های سنگین روبیدیم، سزیم و روی، محاسبات با استفاده از مجموعه پایه LANL2DZ انجام شد. نتایج محاسبات نشان دهنده تأثیر بسیار زیاد یون های ذکر شده بر روی افزایش قدرت اسیدی آمینواسیدهای غیر قطبی می باشد. این پژوهش با استفاده از محاسبات DFT نشان می‌دهد که یون‌های فلزات قلیایی و روی، با تشکیل کمپلکس با آمینواسیدهای غیرقطبی، قدرت اسیدی آن‌ها را به‌طور قابل‌توجهی افزایش می‌دهند. روند اسیدیته کمپلکس‌ها با اندازه و سختی یون فلزی مرتبط است (یون لیتیوم بیشترین تأثیر را دارد). همچنین، تفاوت‌های ساختاری بین آمینواسیدها - مثل نقش گوگرد در متیونین یا ساختار حلقوی در پرولین- نحوه و پایداری اتصال به یون‌ها را تعیین می‌کند. این یافته‌ها درک دقیقی از اثر فلزات در ویژگی‌های شیمیایی آمینواسیدها فراهم می‌کند.

https://www.nsmsi.ir/article_728394_23a804aee24aec6402ed66d8234bf986.pdf