Роли иона цинка и молекулы воды в активном центре медно-цинкового SOD катализатора

Abstract

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.

Keywords

• теория функционала плотности
• топологический анализ плотности
• теория маркуса
• перенос электрона
• компьютерное моделирование