Роли иона цинка и молекулы воды в активном центре медно-цинкового SOD катализатора
УДК 539.67:669.14
Аннотация
В настоящей работе изучалось влияние молекулы воды и иона цинка на каталитическую активность медно-цинковой супероксиддисмутазы методом компьютерного моделирования на уровне теории функционала плотности с использованием функционала PBE и базисных наборов def2-SVPD и def2-TZVPD. Оценку проводили по двум направлениям. Первое — сравнение основных характеристик переноса электрона по Маркусу в присутствии и отсутствии молекулы воды в активном центре. Второе — топологический анализ электронной плотности лигандного окружения иона меди по Бейдеру. Установлено, что присутствие молекулы воды и иона цинка рядом с ионом меди оказывает малое влияния на первичную стадию катализа — процесс восстановления иона меди. Однако их наличие существенно влияет на протекание второй стадии каталитического цикла при окислении меди. Молекула воды участвует в качестве переносчика протонов. Она может присутствовать рядом с ионом меди во время первичного переноса электрона. Молекула воды покидает первую координационную сферу меди после первичного переноса электрона, иначе она образует прочную связь с атомом азота, прерывая перенос электрона согласно топологическому анализу. Присутствие молекулы воды вблизи меди существенно ухудшает протекание вторичного переноса электрона, и в целом каталитический цикл блокируется.
Скачивания
Metrics
Литература
Schultz B.E., Chan S.I. Structures and Proton-Pumping Strategies of Mitochondrial Respiratory Enzymes // Annu. Rev. Biophes. Biomolec. Structure. 2001. Vol. 30.
Nedd S., Redler R.L., Proctor E.A., Dokholyan N.V., Alexandrova A.N. Cu, Zn-superoxide dismutase without Zn is folded but catalytically inactive // J. Mol. Biol. 2014. Vol. 426.
Ellerby L.M., Cabelli D.E., Graden J.A. and Valentine J.S. Copper - zinc superoxide dismutase: why not pH-dependent? // J. Am. Chem. Soc. 1996. Vol. 118.
Ryabykh A.V., Maslova O.A., Beznosyuk S.A., Masali-mov A.S. The Role of Zinc Ion in the Active Site of Copper-Zinc Superoxide Dismutase // Bulletin of the University of Karaganda — Chemistry. 2022. Vol. 106 (2).
Neese F. The ORCA program system // Wiley interdisciplinary Reviews — Computational Molecular Science. 2012. Vol. 2.
Perdew J.P., Burke K., Ernzerhof M. Generalized gradient approximation made simple // Phys. Rev. Letters. 1996. Vol. 77.
Weigend F., Ahlrichs R. Balanced basis sets of split valence, triple zeta valence and quadruple zeta valence quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy // Phys. Chem. Chem. Phys. 2005. Vol. 7.
Grimme S., Antony J., Ehrlich S., Krieg H. A consistent and accurate ab initio parametrization of density functional dispersion correction (DFT-D) for the 94 elements H-Pu // J. Chem. Phys. 2010. Vol. 132.
Cossi M., Rega N., Scalmani G., Barone V Energies, Structures, and Electronic Properties of Molecules in Solution with the C-PCM Solvation Model // Chem. Phys. 2003. Vol. 24.
Попова Е.А., Рябых А.В., Маслова О.А., Безносюк С.А. Компьютерное моделирование переноса электрона между цитохромовым активным центром и активными формами кислорода и азота // Известия Алт. гос. ун-та. 2022. № 4 (126).
Bader R.F.W. Atoms in Molecules: A Quantum Theory. Oxford University Press. Oxford. 1990.
Tian Lu, Feiwu Chen Multiwfn: A Multifunctional Wavefunction Analyzer // J. Comput. Chem. 2012. Vol. 33.
Copyright (c) 2023 Андрей Валерьевич Рябых , Ольга Андреевна Маслова , Сергей Александрович Безносюк
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
