Химическое моделирование марганцевого кофактора фермента, окисляющего воду в фотосистеме - 2 природного фотосинтеза

• Автор: Моисеев, Дмитрий Николаевич
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2006
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 119 с. : ил.

Оглавление
ВВЕДЕНИЕ.

Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР.

1. Термодинамика процесса окисления воды.

2. Окисление воды сильными неорганическими

окислителями1

3. Фотосинтетическое окисление воды.

4. Реакционные центры фотосинтезирующих

организмов.

5. Модели марганцевого кофактора оксидазы в

фотосистеме II.

Глава II. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ.
1. Реактивы и методы исследования реакций
выделения кислорода и озона
2. Методика определения кислорода.
3. Методика определения озона.
4. Методика работы с красными морскими
водорослями
5. Спектрофотометрическая методика исследования
кинетики окисления воды
6. Определение скоростей реакций методом
Грегори Ньютона. Алгоритмизация метода
7. Построение фазовых траекторий процесса на примере окисления воды биядерными кластерами
Глава III. ОКИСЛЕНИЕ ВОДЫ ПЕРМАНГАНАТОМ КАЛИЯ В РАСТВОРАХ СЕРНОЙ КИСЛОТЫ
1. Термостимулированное разложение
перманганата калия в концентрированной серной
кислоте
2. Квантовохимический расчет структуры
биядерных кластеров марганца, образующихся в концентрированной серной кислоте.
Механизм термостимулированного
разложения последних.
3. Многоэлектронное окисление воды перманганатом
калия в М 2
4. Выводы по III главе
Глава IV. ОКИСЛЕНИЕ ВОДЫ СУЛЬФАТОМ IV
В М СЕРНОЙ КИСЛОТЕ. МНОГОЭЛЕКТРОННОЕ ОКИСЛЕНИЕ ВОДЫ КРАСНЫМИ МОРСКИМИ
ВОДОРОСЛЯМИ.
1. Фотостимулированное окисление воды
комплексами IV в М 2
2. Многоэлектронное термостимулированное
окисление воды кластерами IV в М 2. 3. Многоэлектронное фотосинтетическое окисление
воды красными морскими водорослями.
4. Выводы по IV главе.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


Другим основным вкладом является открытие реакции шестиэлектронного окисления воды до озона в красных морских водорослях в процессе фотосинтеза, осуществляемой одновременно с четырехэлектронным окислением до кислорода. Актуальность темы. Изучение механизма действия природного фотосинтеза является актуальной темой не только изза важности этого процесса для поддержания жизни на земле, но и для подготовки к осуществлению искусственного фотосинтеза вне клетки. В этой связи весьма актуально исследование химической функциональной модели марганцевого кофактора оксидазы фотосистемы II фотосинтеза. На решение этой актуальной темы и направлена настоящая диссертационная работа. Цель работы. Целью диссертационной работы было уточнение механизма окисления воды до кислорода и выяснение возможности окисления воды до озона в химической функциональной модели марганцевого кофактора оксидазы фотосистемы II природного фотосинтеза сернокислых растворах марганца IV. Научная новизна. В ходе выполнения работы обнаружена новая реакция многоэлектронного окисления воды до озона или нескольких молекул озона в координационных сферах многоядерных кластеров марганца. В дополнение к известной реакции окисления воды до молекулы кислорода на биядерных и тетраядерных кластерах IV изучены коллективные процессы окисления воды с образованием нескольких молекул кислорода. Открыто неизвестное ранее явление шестиэлектронное окисление воды до озона хлоропластами красных морских водорослей v и ii. Практическая ценность. Установлены новые механизмы многоэлектронного окисления воды до кислорода и озона, которые могут служить теоретической базой для подбора эффективных катализаторов окисления воды в фотокаталитических преобразователях световой энергии, представляющих практическую ценность для проблемы утилизации солнечной энергии. Другой практической ценностью можно считать выделение Оз водорослями. Многие водоросли используются для биоочистки сточных вод. Теперь становится ясным, что это связано, скорее всего, с выделением ими озона. Апробация работы. Саратов, , Конференция по химической физике к летию со дня рождения академика В. И.Гольданского Москва, г, XXII Всероссийская школа симпозиум молодых ученых по химической кинетике Московская область, пансионат Клязьма, , ii II I , i, , XVI Симпозиум Современная химическая физика Туапсе, , XVII Симпозиум Современная химическая физика Туапсе, . Кроме того, различные части работы докладывались на конкурсах молодых ученых ИПХФ РАН конкурс имени С. М. Батурина в и гг. Джабиев Т. С., Денисов Н. Н., Моисеев Д. Н., Шилов А. Е. Многоэлектронное окисление воды в химической модели активного центра фотосистемы2 природного фотосинтеза Докл. РАН. Т.6. С. 35. Джабиев Т. С., Моисеев Д. Н., Шилов А. Е. Шестиэлектронное окисление воды до озона красными водорослями Докл. РАН. Т.2. С. 57. Джабиев Т. С., Моисеев Д. Н., Шилов А. Е. Кинетика и механизм восстановления перманганата калия в сернокислотных растворах Ж. Физ. Хим. Т . С. . Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы глава 1, экспериментальной части глава 2, обсуждения результатов исследования главы 34, заключения, списка литературы и приложения. Работа изложена на 8 страницах, иллюстрирована рисунками, содержит 7 таблиц. Библиография включает 3 наименований. Глава I. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 1. Термодинамика процесса окисления воды. Окисление воды до кислорода представляет собой сложный четырехэлектронный процесс. Существует несколько способов окислить воду. Для одноэлектронного окисления воды с образованием ОН радикала требуется наличие очень сильных окислителей ЕьН ОН 2, В, 7. Значительно меньшие энергетические затраты требуются для двух и трехэлектронного окисления воды, через промежуточное образование перекиси водорода ЕьНН2 1. В, 7, и Н радикала ЕьН Н 1, В, 7 соответственно, рис. Для осуществления четырехэлектронного окисления воды до кислорода необходимы еще более слабые одноэлектронные окислители с ЕьН 0,5 В, 7. Это положение справедливо при любых значениях растворов 1,2. В при 0. Кластеры могут аккумулировать окислительный потенциал нескольких одноэлектронных окислителей. ОН, Н радикалы, Н2 3. Рис.