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- Title
Glutathione radical: Intramolecular H abstraction by the thiyl radical.
- Authors
Rauk, A; Armstrong, D A; Berges, J
- Abstract
Ab initio computations (B3LYP/6-31G(D)) were used to predict transition structures and energies of activation for intramolecular H atom transfer to a thiyl radical (RS[sup .] ) from the α-C—H bonds of glutathione (1) and from the model compounds, N-formylcysteinylglycine (2) and N-(2-thioethanyl)-γ-glutamine (3). For each compound, transition structures were located by in vacuo calculations on the neutral non-zwitterionic system. Thermodynamic functions derived at the same level and single point calculations at the B3LYP/6-311+G(3df,2p) level, were used to derive free energies of activation (ΔG<IMG>) and reaction (ΔG°). For abstraction of the α-C—H (Gly) by the thiyl radical in the gas phase, ΔG<IMG> = 134 kJ mol[sup –1] if the amide link to Gly is in the more stable (Z)-configuration, and ΔG<IMG> = 52 kJ mol[sup –1] if it is in the less stable (E)-configuration. The isomerization of the amide group requires about 95 kJ mol[sup –1] . Previous studies had indicated that for intramolecular reaction of the thiyl radical at α-C—H (Cys), ΔG<IMG> = 110 kJ mol[sup –1] . The lowest energy pathway for intramolecular H-transfer to the thiyl radical is from α-C—H (Gln), ΔG<IMG> = 37–42 kJ mol[sup –1] , and corresponds rather well with experimental results in solution (ΔG<IMG> = 43 kJ mol[sup –1] ). The calculated free energy change for the equilibrium between thiyl and α-C forms of the glutathione radical is ΔG° = –54 kJ mol[sup –1] . The value estimated from experimental data is ΔG° = –37 kJ mol[sup –1] . The agreement between the energies from theory in the gas phase and experiment in solution suggests that the free energies of solvation of reactant thiyl radical, transition structures for H abstraction, and the product α-C-centred radical, are very similar. The effects of solution were estimated by two continuum models (SCIPCM and COSMO). The SCIPCM model yields results very similar to the gas phase, predicting a modest lowering of the activation free energy. The results from the COSMO method were inconclusive as to whether a rate enhancement or decrease could be expected.Key words: glutathione, thiyl radical, α-C-radical, hydrogen transfer.On a effectué des calculs ab initio (B3LYP/6-31G(D)) pour prédire les structures de transition et les énergies d'activation pour le transfert intramoléculaire d'un atome H à un radical thiyle (RS[sup .] ) à partir des liaisons α-C—H du glutathion (1) et de composés modèles (N-formylcystéinylglycine (2) et N-(2-thioéthanyl)-γ-glutamine (3)). Pour chacun des composés, on a localisé les structures de transition par des calculs dans le vide au même niveau et on a utilisé des calculs ponctuels au niveau B3LYP/6-311+G(3df,2p) pour en tirer les énergies libres d'activation (ΔG<IMG>) et de réaction (ΔG°). Pour l'enlèvement du α-C—H (Gly) par le radical thiyle en phase gazeuse, ΔG<IMG> = 134 kJ mol[sup –1] si la liaison amide du Gly est dans la configuration la plus stable (Z) et ΔG<IMG> = 52 kJ mol[sup –1] si elle est dans la configuration (E) qui est moins stable. L'isomérisation du groupe amide nécessite environ 95 kJ mol[sup –1] . Des études antérieures avaient suggéré que pour la réaction intramoléculaire du radical thiyle avec le α-C—H (Cys), ΔG<IMG> = 110 kJ mol[sup –1] . La voie réactionnelle de plus faible énergie pour le transfert intramoléculaire vers le radical thiyle à partir de α-C—H (Gln), ΔG<IMG> = 37–42 kJ mol[sup –1] , et cette valeur correspond assez bien avec les résultats expérimentaux en solution, ΔG<IMG> = 43 kJ mol[sup –1] . La valeur calculée pour le changement d'énergie libre pour l'équilibre entre le thiyle et les formes α-C du radical glutathion est ΔG° = –37 kJ mol[sup –1] . L'accord entre les énergies calculées de façon théorique en phase gazeuse et les valeurs expérimentales en solution suggère qu'il y existe une grande similarité entre les énergies libres de solvatation du radical thiyle qui réagit, des structures de transition pour l'enlèvement de H et du produit à radical centré sur le α-C. On a évalué les effets de solution par deux modèles continus, SCIPCM et COSMO. Le modèle SCIPCM conduit à des résultats qui sont très semblables à ceux obtenus en phase gazeuse et il prédit un faible abaissement de l'énergie libre d'activation. Les résultats obtenus grâce à la méthode COSMO ne permettent pas de conclure si l'on peut s'attendre à une augmentation ou à une diminution de la vitesse de réaction.Mots clés : glutathion, radical thiyle, radical α-C, transfert d'hydrogène.[Traduit par la Rédaction]
- Subjects
GLUTATHIONE; OLIGOPEPTIDES; HYDROGEN; ISOMERIZATION; MOLECULES
- Publication
Canadian Journal of Chemistry, 2001, Vol 79, Issue 4, p405
- ISSN
0008-4042
- Publication type
Article
- DOI
10.1139/v01-063