Skip navigation

Please use this identifier to cite or link to this item: http://hdl.handle.net/20.500.12128/5910
Title: Kwantowochemiczne obliczenia właściwości strukturalnych i elektronowych oraz reaktywności klastera A w syntazie acetylokoenzymu A
Authors: Chmielowska, Aleksandra
Advisor: Jaworska, Maria
Keywords: metale; nikiel; metaloenzymy; teoria kwantowa; matematyka
Issue Date: 2015
Publisher: Katowice : Uniwersytet Śląski
Abstract: Nikiel jest pierwiastkiem odgrywającym ważną rolę w biologii roślin oraz beztlenowych bakterii i archeonów. Jest on obecny w centrach reaktywności enzymów katalizujących wiele reakcji biochemicznych tych organizmów. Siedem z ośmiu metaloenzymów niklu katalizuje reakcje w których produkowane lub przetwarzane są następujące gazy: CO, CO2, CH4, H2, NH3 i O2. Ich poznanie jest ważne dla zrozumienia procesu powstawania życia na Ziemi, utrzymania równowagi ekologicznej oraz ze względu na potencjalne zastosowanie w przemyśle. Obiektem badan z zakresu teoretycznych metod w chemii wchodzących w zakres prezentowanej pracy doktorskiej jest dwucentrowy kompleks niklu, [Fe4S4]–NipNid, nazywany klasterem A. Stanowi on centrum aktywne syntazy acetylo-koenzymu A (ACS), enzymu który katalizuje reakcje powstawania acetylokoenzymu A z CO, CH3 i koenzymu A (CoASH) w bakteriach: Moorella thermoacetica i Carboxydothermus hydrogenoformans. Krystalografia oraz spektroskopia Mössbauera i EPR dostarczają wielu danych eksperymentalnych dotyczących złożonej struktury i reaktywności klastera, niewiele jest jednak prac obliczeniowych z nim związanych. Prezentują one ponadto różne podejścia do omawianego zagadnienia. Do zasadniczych celów pracy należą: (i) Wypracowanie modelu i metodyki obliczeń, która prawidłowo odtwarza doświadczalne dane strukturalne oraz potencjały redoks i wartości pKa dla klastera A. (ii) Zaproponowanie mechanizmu redukcji utlenionej formy klastera A (Aox). (iii) Wskazanie mechanizmu reakcji metylacji klastera A, będącej jednym z etapów powstawania acetylokoenzymu A. Przedstawione w pracy doktorskiej obliczenia wykonano przy pomocy programu Gaussian09. Wyniki otrzymano stosując metodę DFT oraz funkcjonał BP86 i bazę funkcyjna TZVP. W celu uwzględnienia efektów oddziaływania molekuły z rozpuszczalnikiem posłużono się modelem ciągłym PCM, ze stała dielektryczna "=4, 12, 20 i 80. W obliczeniach sprawdzono kilka typów modeli strukturalnych klastera A. Dla modeli tych przeprowadzono optymalizacje geometrii dla trzech form utlenienia klastera: Aox, Ared1, Ared2, oraz dla klastera A z ligandami ważnymi w cyklu katalitycznym enzymu. Pozwoliło to na ocenę wpływu wielkości modelu oraz otoczenia białkowego na właściwości redoksowe klastera A. Najważniejsze wnioski wynikające z pracy można sformułować następująco: (a) Geometria oraz właściwości redoksowe klastera A (potencjały redukcji i wartości pKa) zależą silnie od wielkości modelu strukturalnego, oraz od stałej dielektrycznej rozpuszczalnika w obliczeniach PCM. (b) Przeprowadzone obliczenia wyraźnie wskazują na protonacje na proksymalnym atomie niklu (Nip) w strukturach zredukowanych. (c) Zależność potencjałów redukcji od stałej dielektrycznej rozpuszczalnika pokazuje, ze na przebieg reakcji enzymatycznej silny wpływ ma środowisko reakcji. W mniej polarnych rozpuszczalnikach może ona mieć charakter rodnikowy, natomiast w rozpuszczalnikach polarnych przebiega prawdopodobnie według mechanizmu SN2. (d) Ważną rolę w procesie redukcji odgrywa ligand skoordynowany na atomie Nip w klasterze A.
URI: http://hdl.handle.net/20.500.12128/5910
Appears in Collections:Rozprawy doktorskie (WMFiCH)

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
Chmielowska_Kwantowochemiczne_obliczenia_wlasciwosci.pdf3,67 MBAdobe PDFView/Open
Show full item record


Items in RE-BUŚ are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.