摘要
天然发生的天门冬酰胺（Asn）残基脱酰胺和异构化是非酶促蛋白质老化的主途径，其中含有Asn-Gly的肽段（NG基序）是反应性最强的序列。在这一过程中，异构化的第一步是琥珀酰亚胺的形成，这一过程由协同的质子转移和亲核活化步骤启动。尽管整体机制已经明确，但决定速率的琥珀酰亚胺形成步骤的详细性质以及核量子效应的可能作用仍不清楚。在此，我们结合密度泛函理论（DFT）、内在反应坐标（IRC）分析和定量NMR动力学，研究了氢/氘（H/D）替代对不同模型肽段中NG异构化的影响，这些模型肽段包括构象灵活和构象受限的系统。氘代处理可以保留反应路径和结构演变，表明存在一个不变的经典反应坐标。然而，在构象灵活的肽段中，动力学同位素效应显示决定速率的步骤存在经典机制与隧穿机制的混合现象，并观察到与经典越过能垒行为的偏差。相比之下，构象受限的肽段的隧穿贡献被抑制。这些发现表明，构象可及性调节了肽段自发重排中的质子隧穿过程，并将核量子效应的应用范围从酶促系统扩展到了与蛋白质老化相关的非酶促过程中。
