نزع الأمين من القواعد النيتروجينية (كيمياء حسابية)

تفاعل نزع مجموعة الأمين في الكيمياء هو تفاعل عضوي يتضمن نزع أو إزالة مجموعة أمين من مركب عضوي. لهذا التفاعل أهمية على الصعيد الحيوي من خلال توافر اللبنات البيولوجية للحياة وأيضاً له اهمية على الصعيد الصناعي.
تُعرف الإنزيمات التي تقوم بهذا التفاعل بإسم نازعة الأمين (deaminase) ويحدث هذا التفاعل في جسم الإنسان بشكل أساسي في الكبد. وهناك العديد من الدراسات الكيميائية الحسابية التي أُجريت لآليات تفاعل نزع مجموعة الأمين من بعض القواعد النيتروجينية وهي على النحو التالي:

دراسة المطارنة وزملائُه عام 2006 م.

و هي دراسة نظريّة وحسابية بإستخدام برنامج (MUNgauss) لآلية تفاعل نزع مجموعة الأمين لمركب السايتوسين (Cytosine) بوجود جزيء الماء (H₂O) ومجموعة الهيدروكسيل (-OH) لإنتاج مركب اليوراسيل (Uracil). حيث تمّ إجراء الحسابات الكيميائية للطاقة وتنسيق الأشكال البنائية لكل من المتفاعلات, الحالات الانتقالية, المركبات الوسطيّة والنواتج باستخدام المستويات النظرية التالية RHF/6-31G(d) , MP2/6-31G(d), B3LYP/6-31G(d) وللأيونات السالبة على المستوى النظري B3LYP/6-31+G(d) . بالإضافة إلى تحديد طاقة النقطة الواحدة بإستخدام المستويات النظرية MP2/GTMP2, G3MP2. حيث خَلصَت الدراسة إلى وجود مسارين لنزع مجموعة الأمين من مركب السايتوسين بوجود جزيء الماء , المسار الأول يتضمن الية تفاعل بخمسة مسارات تتضمن خطوة محددّة للتفاعل عبر تكوين مركب وسطي رباعي السطوح ومسار ثاني بالية تفاعل بخطوتين تتضمن خطوة محددة للتفاعل عبر تكوين مركب مشابه لليوراسيل. وقد كانت طاقة التنشيط للخطوات المحددّة للتفاعل تساوي 221.3 و260.3 كيلوجول/مول لكل من المسار الأول (A) و الثاني (B) بإستخدام المستوى النظري G3MP2 والتي تدل على عدم امكانية حدوث التفاعل نظراً لإرتفاع قيمة طاقة التنشيط, بينما كان هناك مسارين اّخرين (C وD) لتفاعل نزع مجموعة الأمين بمساعدة و وجود مجموعة الهيدروكسيل (-OH) من خمسة مسارات عبر تكوين مركب وسطي رباعي السطوح بعد إضافة جزيء الماء لمركب السايتوسين منزوع الهيدروجين, والذي يخضع بعدها لتغيرات شكلية في الترتيب الفراغي تنتهي بتفكك هذا المركب الوسطي إلى مركب اليوراسيل من خلال انتقال البروتون (1-3, proton shift), وأقل قيمة طاقة تنشيط تمّ الحصول عليها كانت عبر المسار الثالث (C) والتي تساوي 148 كيلوجول/مول بإستخدام المستوى النظري G3MP2 .

دراسة زانغ وزملائه عام 2007 م.

هي دراسة نظريّة وحسابية باستخدام برنامج (Gaussian 98) لآلية تفاعل نزع مجموعة الامين لمركب الادينين (Adenine) بوجود جزيئات الماء (من 1-4 جزيئات ماء) لإنتاج مركب هايبوكسانثين (Hypoxanthine). حيث تمّ اجراء الحسابات الكيميائية للطاقة وللأشكال البنائية لكل من المتفاعلات, الحالات الانتقالية, المركبات الوسطيّة والنواتج باستخدام المستوى النظري **B3LYP/6-31G. حيث خَلصَت الدراسة إلى أن أكثر المسارات قبولاً هو عبر تكوين مركب وسطي رباعي السطوح بفعل التميه ثم يتبعه تفاعل نزع مجموعة الأمين بكسر رابطة C-N وتكوين رابطة C=O . وأظهرت الدراسة عدم إمكانية حدوث تفاعل نزع مجموعة الأمين من الأدينين في النظام المفتوح (مرتبط مع سلسة الحمض النووي DNA) نظراً لارتفاع قيم طاقات التنشيط للخطوة المحددّة للتفاعل والتي كانت 59,1 ,42.9 , 42.4 و 42.9 كيلو كالوري/مول حسب تتابع جزيئات الماء من (1-4 جزيء ماء). مع إمكانية حدوث التفاعل في النظام المغلق (أدينين منفصل) فقط عند وجود جزيء ماء عدد 3 و4 جزيئات لأن قيم طاقة التنشيط للخطوة المحددّة للتفاعل كانت 8.7 و-2,4 كيلو كالوري/مول بوجود 3 و4 جزيئات ماء تباعاً بحيث يدخل جزيء واحد في التفاعل بينما بقية جزيئات الماء تعمل كوسيط.

دراسة المطارنة وزملائه عام 2008 م.

هذه الدراسة والمتعلقة بدراسة نظرية وحسابية بإستخدام برنامج (Gaussian03) لآلية تفاعل نزع مجموعة الأمين لمركب السايتوسين (Cytosine) بوجود جزيء الماء مع مجموعة الهيدروكسيل(-H₂O/OH ) وبوجود جزيئين ماء مع مجموعة الهيدروكسيل(-2H₂O/OH )لإنتاج مركب اليوراسيل (Uracil). حيث تمّ إجراء الحسابات الكيميائية للطاقة وتنسيق الأشكال البنائية لكل من المتفاعلات, الحالات الانتقالية, المركبات الوسطيّة والنواتج بإستخدام المستويات النظرية التالية MP2/6-31G(d), B3LYP/6-31G(d) و B3LYP/6-31+G(d) . بالإضافة إلى تحديد طاقة النقطة الواحدة بإستخدام المستويات النظرية MP2/G3MP2L و G3MP2. حيث خَلصَت الدراسة إلى وجود سبعة مسارات لنزع الأمين من مركب السايتوسين سواء بوجود جزيء واحد أو جزيئين ماء, حيث تتشابه المسارت السبعة بتكوين مركب وسطي رباعي السطوح بخطوة محددّة للتفاعل والذي يخضع بعدها لتغيرات شكلية من حيث الترتيب الفراغي لمجموعة الأمين و الهيدروكسيل تنتهي بتفكك هذا المركب الوسطي إلى اليوراسيل من خلال انتقال البروتون (1-3, proton shift). ولقد كانت أقل قيمة طاقة تنشيط للخطوة المحددّة للتفاعل تم الحصول عليها عبر المسار الرابع (D) والتي تساوي 115,3 كيلوجول/مول بإستخدام المستوى النظري G3MP2 والتي كانت على توافق مع النتائج المخبرية العملية والتي تساوي 117 كيلوجول/مول.

دراسة كابير الدين والمطارنة وزملائهم عام 2011 م.

هذه الدراسة متعلقة بدراسة نظرية حسابية بإستخدام برنامج (Gaussian 09) لآلية تفاعل نزع مجموعة الأمين لمركب الجوانين (Guanine) مع جزيء ماء أو مع مجموعة الهيدروكسيل(-OH) أو مع كلاهما (-H₂O/OH ), وأيضا تمّ دراسة تفاعل نزع مجموعة الامين لمركب +guanine-H مع جزيء ماء, لإنتاج مركب اكسانثين (Xanthene). حيث تم تنسيق الأشكال البنائية لكل من المتفاعلات, الحالات الانتقالية, المركبات الوسطيّة والنواتج بإستخدام المستويات النظرية التالية RHF/6-31G(d) , MP2/6-31G(d)و B3LYP/6-31G(d) وإجراء الحسابات الكيميائية للطاقة أيضاً على المستويات النظرية عالية الدقة G3MP2 , G3MP2B3 , G4MP2 و CBS-QB3 .
حيث خَلصَت الدراسة إلى أن جميع مسارات التفاعل تبدأ بتكوّن مركب وسطي رباعي السطوح يتحول بعدها إلى مركب وسطي أخير والذي بعدها يتفكك إلى إكسانثين من خلال انتقال البروتون (1-3, proton shift), حيث كانت طاقة التنشيط التي حُسبت من خلال المستوى النظري G3MP2 للخطوة المحددّة للتفاعل بوجود مجموعة الهيدروكسيل (-OH) هي 155 كيلوجول/مول مقارنة بـ 187 و234 كيلوجول/مول في حالة التفاعل مع جزيء ماء لكل من الجوانين و+Guanine-H تباعاً. وقد كانت أقل قيمة طاقة تنشيط تمّ حسابها عند المستوى النظري G3MP2 هي لتفاعل نزع مجموعة الأمين لمركب الجوانين (Guanine) مع جزيء ماء و مجموعة الهيدروكسيل (-H₂O/OH ), ونظراً لعدم وجود دراسات عملية مشابهه فقد تم مقارنة النتائج مع دراسات نزع الأمين من مركب السايتوسين.

دراسة الرواشدة والمطارنة عام 2013 م.

و هي دراسة نظرية حسابية بإستخدام برنامج (Gaussian 09) لآلية تفاعل نزع مجموعة الأمين لمركب الأدينين (Adenine) مع ثلاثة جزيئات ماء أو مع (nH₂O/OH⁻ ) حيث n =0-3 جزيئات ماء . لإنتاج مركب هايبوكسانثين (Hypoxanthine). حيث تم تنسيق الأشكال البنائية لكل من المتفاعلات, الحالات الانتقالية, المركبات الوسطيّة والنواتج باستخدام المستويات النظرية التالية HF/6-31G(d) , B3LYP/6-31G(d), MP2/6-31G(d) و B3LYP/6-31+G(d) وإجراء الحسابات الكيميائية للطاقة أيضاً على المستويات النظرية عالية الدقة G3MP2B3 و CBS-QB3 .
وخَلصَت الدراسة إلى وجود خمسة مسارات (E-A) لآلية تفاعل نزع مجموعة الأمين لمركب الادينين (Adenine) مع ثلاثة جزيئات ماء أو مع (-nH₂O/OH ) . المسارات الأربعة الأولى (D-A) تبدأ بنزع البروتون من مجموعة الأمين بمركب الأدينين بواسطة -OH, بينما المسار (E) يبدأ بتشكّل لمركب الأدينين , ثم تتشابه جميع مسارات التفاعل بتكوّن مركب وسطي رباعي السطوح يتفكك بعدها إلى هيبوكسانثين بخطوة محددّة للتفاعل. أعلى قيمة لطاقة التنشيط التي حسبت من خلال المستوى النظري G3MP2B3 كانت بوجود جزيء هيدروكسيل واحد (-OH) وهي 190 كيلوجول/مول ومع إضافة جزيء ماء واحد تناقصت طاقة التنشيط إلى 68 كيلوجول/مول , وتتناقص بشكل ملحوظ مع إضافة جزيئات الماء. أكثر اليات التفاعل قبولاً هي للمسار(E) بوجود ثلاثة جزيئات ماء بطاقة تنشيط تساوي 139 كيلو جول/مول بدون مذيب و137 كيلو جول/مول بوجود المذيب كعامل مساعد للتفاعل, حيث تتناقص قيمة طاقة التنشيط من 2-6 كيلو جول/مول مع وجود مجموعة هيدروكسيل (-OH) في كلتا الحالتين.

دراسة المطارنة وزملائه عام 2016 م.

دراسة نظرية حسابية بإستخدام برنامج (Gaussian 09) لآلية تفاعل نزع مجموعة الأمين لمركب الميلامين (Melamine) مع مجموعة هيدروكسيل (-OH) أو مع (-nH₂O/OH ) حيث n =1-3 جزيئات ماء . وأيضاً تمّ دراسة تفاعل نزع مجموعة الأمين لمركب +Melamine-H مع جزيء ماء. حيث تم تنسيق الأشكال البنائية لكل من المتفاعلات, الحالات الانتقالية, المركبات الوسطية والنواتج بإستخدام المستويات النظرية التالية M06/6-31G(d) , B3LYP/6-31G(d), B3LYP/6-31+G(d) , B3LYP/6-31G(2df,p) و B3LYP/6-31111G(3df,3pd) وتمّ إجراء الحسابات الكيميائية للطاقة على المستويات النظرية M06/6-31+G(d) وωB97XD/6-31+G(d) , وتمّ ضبط أشكال جميع المركبات بالوسط المائي باستخدام المستوى النظري B3LYP/6-311G(d,p) بالنموذج المستقطب وغير المستقطب باعتماد الكثافة الالكترونية للمذاب. حسابات الطريقة المركّبة تم اجرائها باستخدام المستويات عالية الدقة G4MP2 و CBS-QB3.
وخَلصَت الدراسة إلى وجود خمسة عشر مساراً لآلية تفاعل نزع مجموعة الأمين لمركب الميلامين (Melamine) , معظم مسارات التفاعل تبدأ بتكون مركب وسطي رباعي السطوح والذي بعدها يتفكك إلى النواتج من خلال انتقال البروتون (1-3, proton shift). وقد كانت أقل قيمة لطاقة التنشيط والتي حُسبت من خلال المستوى النظري G4MP2 هي 111 كيلوجول/مول بوجود ثلاثة جزيئات ماء مع مجموعة هيدروكسيل (3H₂O/OH⁻ ) .