СПЕЦИФИЧЕСКАЯ РОЛЬ ИОНА ЦИНКА ПРИ ПЕРЕНОСЕ ЭЛЕКТРОНА В МЕДНО-ЦИНКОВОЙ СУПЕРОКСИДДИСМУТАЗЕ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
Проведено изучение взаимодействия супероксидного ион-радикала О2– с активным центром Cu,Zn-супероксиддисмутазы путем компьютерного моделирования при помощи программного пакета ORCA версии 5.0.2 на уровне теории функционала плотности с использованием функционала PBE. Получены основные характеристики для двух процессов переноса электрона в каталитическом цикле дезактивации ион-радикала. Переменным фактором при моделировании являлось наличие иона Zn2+ в активном центре фермента. Установлено, что наличие иона Zn2+ способствует в значительной степени только второму переносу электрона от иона Cu+ к протонированной форме ион-радикала – к гидропероксидному радикалу HO2

Ключевые слова:
Cu,Zn-супероксиддисмутаза, супероксидный ион-радикал, фермент, активные формы кислорода, антиоксиданты, физикохимия конденсированного состояния, компьютерное моделирование
Текст
Текст (PDF): Читать Скачать

В данной работе рассматриваются основные аспекты и специфика взаимодействия супероксидного ион-радикала и активного центра Cu,Zn-SOD. Детали каталитического механизма до сих пор остаются дискуссионными. Целью данного исследования является изучение процессов переноса электрона на двух стадиях каталитического процесса дезактивации O2 ферментом СОД1 и выявление при этом роли иона Zn2+ путем сравнения характеристик переноса с «нормальным» и «Zn-дефицитным» активными центрами.

Параметры компьютерного моделирования: пакет ORCA 5.0.2.; метод DFT/PBE, базис def2-TZVPD, неявная модель воды CPCM. По Маркусу константа скорости переноса электрона:

где h – постоянная Планка; HAD – матричный элемент перекрывания МО донора и акцептора; λ – энергия реорганизации; ΔG– энергия активации; Т – температура; kБ – постоянная Больцмана.

В таблице 1 представлены расчетные параметры первичного переноса электрона от иона О2 на ион Cu2+ на расстоянии 6 Å.

Таблица 1

Характеристики первичного переноса электрона при R = 6 Å

Характеристика

СОД1

Zn-дефицитная СОД1

λtot, эВ

1,754

1,686

ΔG, эВ

0,208

0,174

HDA, эВ

1,68∙10-2

2,51∙10-3

ket, c-1

1,11∙109

9,37∙107

В таблице 2 представлены расчетные параметры вторичного переноса электрона от иона Cu+ на радикал HO2 на расстоянии 6 Å.

Таблица 2

Характеристики вторичного переноса электрона при R = 6 Å

Характеристика

СОД1

Zn-дефицитная СОД1

λtot, эВ

1,603

1,672

ΔG, эВ

0,208

0,368

HDA, эВ

1,91∙10-1

3,70∙10-2

ket, c-1

1,49∙1011

1,08∙107

Показано, что для первого акта переноса электрона присутствие иона Zn2+ незначительно. Для второго переноса электрона от Cu+ на предварительно протонированный HO2 ион цинк играет важную роль. Он стабилизует структуру связи лигандов в активном центре, понижает потенциал реакции ΔG0 и энергию активации ΔG, направляет один имидазольный лиганд к иону Cu+, способствуя делокализации электронной плотности и усиливая перекрывания МО, повышая значение HAD. Результаты моделирования позволяют сказать, что первичный перенос электрона происходит именно от супероксидного иона О2 на ион меди Cu2+ c последующим переносом протона, а вторичный перенос электрона предваряется переносом протона на O2 с образованием HO2, который далее принимает электрон от иона Cu+.

Список литературы

1. Neese, F. The ORCA program system / F. Neese // Wiley interdisciplinary Reviews - Computational Molecular Science. - 2012. - Vol 2. - Issue 1. - P. 73-78.

Войти или Создать
* Забыли пароль?