Квантово-химическое моделирование механизмов реакций в биохимических системах

• Автор: Доброгорская, Яна Игоревна
• Шифр специальности: 02.00.04
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 134 с. : ил.

1.1. Строение и механизм действия сериновых протеаз

1.1.1. Строение активного центра сериновых

протеаз

1.1.2. Механизм действия сериновых протеаз типа трипсина и хемотрипсина.

1.1.3. Участие имидазолыюго кольца гистидина в каталитическом цикле

1.1.4. Водородные связи в каталитической триаде.

1.1.5. Теоретическое моделирование реакции гидролиза пептидной связи в активном центре сериновых протеаз

2.1 Соединения меди с молекулами С, СБ2 и ОСБ

2.1.1. Реакции меди с С.

2.1.2. Реакции меди с ОСБ.

2.1.3. Реакции меди с С.

1.3 Строение координационной сферы цинка в
активном центре белка ЫСр7.
1.4. ДНК алкилирующие агенты на основе комплексов платины и
их свойства
1.4.1. Механизм действия комплексов платины на примере цисплатнна
1 Взаимодействие комплексов платины IV с
биомолекулами
1.5. Методы моделирования механизмов реакции в биохимических системах, использованные в данной работе Глава 2. Построение профиля ППЭ и механизм реакции гидролиза субстрата, катализируемой сериновыми протеазами.
2.1. Методы расчета.
2.2. Используемая модель
2.3. Построение профиля ППЭ реакции гидролиза пептидной связи в активном центре сериновых протеаз
Глава 3. Моделирование профиля реакции внедрения атомов
меди вСХХ в,0 связь6о
3.1. Методы расчета6о
3.2. С, СБ2 и ОСБ
3.3. СиБ и СБ
3.4. Исследование ППЭ взаимодействия атомов меди
с дисульфидом углерода.
3.4.1. Механизм реакции.
3.4.2. Альтернативные пути взаимодействия.
3.4.3. Сравнение с экспериментальными данными.
3.5. Исследование ППЭ взаимодействия атомов меди с сульфид карбонилом
3.5.1. Механизм реакции.
3.5.2. Сравнение с экспериментальными результатами
3.6. Исследование ППЭ взаимодействия атомов меди с
диоксидом углерода
Глава 4 Моделирование взаимодействия фрагмента белка ядерпой оболочки вируса иммунодефицита человека с азодикарбонамидом
4.1. Методы расчета.
4.2. Строение реагентов.
4.2.1. Цинксодержащий фрагмент белка ЫСр
4.2.2. Азодикарбонамид.
4.3. Построение сечений ППЭ реакции азоднкарбонамида н модели активного центра белка.8о
4.3.1. Взаимодействие цис ЛДАЫН с цинксодержащим фрагментом.
4.3.2. Взаимодействие трансАДАСОН с цинксодержащим фрагментом.
4.3.3. Взаимодействие цисАДАЫН3 с цинксодержащим фрагментом.
4.3.4. Взаимодействие транс АДА с цинксодержащим фрагментом.
4.4. Механизм взаимодействия АДА с цинксодержащим фрагментом белка 1ЧСр
Глава 5. Моделирование реакции Р1МНС и 8СН
5.1. Методы расчета.
5.2. Поиск окрестности переходного состояния
5.3. Выбор модели реагента
5.4. Электронное строение комплекса.
Моделирование реакции цис РКМНзЬСЦ
метил тиолят ионом без учета окружения
5.6. Моделирование реакции цис Р1МНС
С метил ТИОЛЯТ ИОНОМ В ВОДНОМ окружении.
5.7. Влияние умета электронной корреляции на энергию активации реакции.
Основные результаты и выводы
Приложение
Приложение
Приложение з
Приложение
Список литературы


Впервые был построен полный профиль поверхности потенциальной энергии квантовохимическими методами с использованием довольно большой модели, в состав которой входит атомов и которая учитывает особенности строения активного центра сериновых протеаз типа субтилизина, стадии ацилирования реакции гидролиза пептидной связи, катализируемой сериновыми протеазами. Результаты моделирования подтверждают предполагаемый механизм катализа и могут быть использованы при разработке методик направленного тонкого органического синтеза с участием сериновых протеаз. В. А. Фока Новгород Великий, февраль г. Международном конгрессе 6 i i i. Лугано, Швейцария, август г. Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам Ломоносов Москва, апрель г. XI Международном конгрессе по квантовой химии Германия, июль г. МГУ. Результаты работы опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 6 тезисах докладов. Глава i. Литературный обзор. Строение и механизм действия сериновых протеаз. Строение активного центра сериновых протеаз. Гидролазы класс ферментов, катализирующих гидролиз. К ним относятся ферменты, отщепляющие одну или две аминокислоты с или С конца полипептидной цепи, рис. Последние классифицируют не по специфичности к субстрату, как остальные гидролазы, а по типу каталитически активных групп в активном центре. В соответствии с этим различают сериновые, тиоловые, карбоксильные и металлозависимые протеиназы. Пептидгидролазы играют важную роль не только в катаболизме белков и пептидов, но и в биологической регуляции гормональной регуляции, активации проферментов, регуляции кровяного давления и солевого обмена . Протеазы используются как катализаторы в органическом синтезе 6. Примерно одна треть протеаз может быть классифицирована как сериновые протеазы изза наличия остатка серина в активном центре. Часто встречающимся фрагментом данного подкласса является система обмена зарядом, i , каталитическая триада. Этот фрагмент был найден в четырех различных по структуре ферментах, что показывает, что данная система участвует, по крайней мере, в четырех разных процессах. Недавно были найдены сериновые протеазы, содержащие несколько измененную каталитическую триаду, где, например, остаток аспарагиновой кислоты заменен глутамином или остатком гистидина. Полипептидная цепь. Существуют также протеазы, в которых разрыв связи связи происходит с участием диады i или только одного аминокислотного остатка, например, в пенициллинацилазе 7,8. Центр распознавания субстрата химотрипсина. Каталитическая триада. Это участок фермента, где непосредственно происходит реакция гидролиза пептидной связи. В ферментах группы химотрипсина и трипсина в состав каталитического центра входят три аминокислотных остатка , i и , участвующие в образовании сети водородных связей. Предполагается, что при физиологических условиях рН7, аспарагиновая кислота депротонирована и имеет отрицательный заряд . Водородные связи образуются между Н i и 1 2 и ОН 5 и 2 i, рис. Рис. Азр2 связан водородными связями с аминогруппами основной цепи, образуемой А1а и . Эти связи необходимы для правильной ориентации остатка гистидина и аспарагиновой кислоты, образующих каталитическую триаду, а, следовательно, необходимы для эффективного протекания катализа. Также указанные водородные связи могут препятствовать локализации положительного заряда на . Оксианионовая дыра. Предполагается, что роль оксианионовой дыры состоит в стабилизации отрицательного заряда тетраэдрического интермедиата п. Строение этого участка фермента различается в разных ферментах, однако почти во всех случаях в ее состав входят группы основной цепи фермента. Центр распознавания субстрата химотрипсина. Центр распознавания субстрата состоит из участка связывания полипептида и кармана связывания концевых участков субстрата. Предполагается, что специфичность протеаз по отношению к субстрату связана со взаимодействиями именно в этих участках. Общепринятыми обозначениями групп субстратов и ферментов, участвующих в указанных взаимодействиях, являются следующие Р1 Р1 обозначает ацильную и уходящую группу субстрата, соответственно связывающие субстрат участки фермента обозначают Э1, Э1 и т. Помимо участия в связывании субстрата, взаимодействия Р2РпЭп участков имеют большое значение в процессе катализа 9,.