Proton transfer pathways, energy landscape, and kinetics in creatine-water systems.
Proton transfer pathways, energy landscape, and kinetics in creatine-water systems.
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肌酸-水系统中的质子转移途径、能量景观和动力学。
DOI：
10.1021/jp410172k
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
--
通讯作者：
Ivchenko O
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Ivchenko O
我们研究了代谢产物肌酸的交换过程，肌酸存在于肿瘤和正常组织中，具有可以将质子转移到水中的NH2和NH基团。肌酸在磁共振成像(MRI)中产生化学交换饱和转移(CEST)对比。采用自洽电荷密度泛函紧束缚(SCC-DFTB)方法，利用离散路径抽样方法和近似的量子化学能量函数，研究了两性离子肌酸向水的质子转移路径。生成的势能面通过构造不连通性图来可视化。能量格局由两个截然不同的区域组成，分别对应于两性离子肌酸结构和去质子化肌酸。由简谐过渡态理论得到的速率常数随温度变化的Arrhenius拟合式确定了表征质子从肌酸NH_2基团转移到水中的活化能。计算结果与水交换光谱(WEX)实验结果吻合较好。
We study the exchange processes of the metabolite creatine, which is present in both tumorous and normal tissues and has NH2and NH groups that can transfer protons to water. Creatine produces chemical exchange saturation transfer (CEST) contrast in magnetic resonance imaging (MRI). The proton transfer pathway from zwitterionic creatine to water is examined using a kinetic transition network constructed from the discrete path sampling approach and an approximate quantum-chemical energy function, employing the self-consistent-charge density-functional tight-binding (SCC-DFTB) method. The resulting potential energy surface is visualized by constructing disconnectivity graphs. The energy landscape consists of two distinct regions corresponding to the zwitterionic creatine structures and deprotonated creatine. The activation energy that characterizes the proton transfer from the creatine NH2group to water was determined from an Arrhenius fit of rate constants as a function of temperature, obtained from harmonic transition state theory. The result is in reasonable agreement with values obtained in water exchange spectroscopy (WEX) experiments.
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