Сравнительное экспериментальное изучение механизма восстановления субстратов нитрогеназы при катализе модельным MgMo комплексом и природным кластером FeMoco, выделенным из фермента

• Автор: Бардина, Надежда Владимировна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2008
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 134 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
ВВЕДЕНИЕ.
Сокращения.

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Биологическая фиксация азота. Фермент нитрогеназа.

1.1.1. Строение белковых компонентов фермента

и входящих в их состав металлокластеров.

1.1.2. Железомолибденовый кофактор нитрогеназы ГеМосо

1.2. БеМосо вне белка. Методы изучения.

1.2.1. Физикохимические свойства.

1.2.2. Окислительновосстановительные свойства

1.2.2. Стехиометрические реакции
1.2.4. Каталитическая активность
1.3. Химические модели нитрогеназной реакции.
1.3.1. Системы ВольпинаШура
1.3.2. Комплексы переходных металлов с молекулярным азотом
1.3.3. Модельные системы на основе молибдена
1.4. Комплексы молибдена в протонных средах
методы получения, строение, свойства.
ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1. Реактивы. Методы получения и очистки реагентов
2.2. Выделение БеМосо из белка и оценка качества препарата.
2.3. Синтез молибденсодержащих комплексов.
2.4. Проведение экспериментов по изучению каталитической активности растворов кластеров.
2.4.1 Восстановление ацетилена
2.4.2 Восстановление азота комплексами молибдена
2.5. Аналитические процедуры.
ГЛАВА 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1. Кинетические закономерности восстановления ацетилена
при катализе магниймолибденовым кластером
3.2. Влияние потенциала внешнего донора электронов на реакцию восстановления ацетилена, катализируемое РеМосо вне белка
и ГМо комплексом. Температурная зависимость
3.3. Влияние кислотности и химической природы реагента на скорость восстановления ацетилена, катализируемого выделенным из белка РеМосо.
3.4. Алкоксидные комплексы молибдена, образующиеся при первичном взаимодействии МоСЬ с ЫаОСНз синтез, молекулярные структуры, ИК спектры
ГЛАВА 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ВЫВОДЫ.
ЛИТЕРАТУРА


Все полученные результаты по изучению каталитического восстановления субстратов нитрогеназы с участием в качестве катализаторов отделенного от белковой матрицы активного центра фермента кофактора и уникального модельного кластера являются абсолютно оригинальными, как в смысле объектов исследования, так и в смысле использованных подходов. Понимание реального химического механизма одного из самых красивых и сложных ферментативных процессов восстановления молекулярного азота нитрогеиазой не только представляет интерес для фундаментальной науки само по себе, но и, в свою очередь, могло бы стать научной основой создания принципиально новых экологически чистых катализаторов и процессов, основанных на использовании принципов, найденных в ходе эволюции живой природы. Данная диссертационная работа содержит введение, четыре главы, выводы и список цитируемой литературы из 5 названий. Глава 1 посвящена анализу имеющейся литературы в области функционирования природного фермента нитрогеназы, его строения и свойств, а также истории и развитию химических молибденсодержащих азотфиксирующих систем. В главе 2 описаны экспериментальные методики очистки исходных реагентов и растворителей, синтеза Мосодержащих комплексов и выделения кофактора, методики проведения реакции восстановления субстратов нитрогеназы, а также аналитические методы, использованные в работе. В главе 3 приведены результаты изучения каталитических свойств синтетического комплекса и выделенного из белка железомолибденового кофактора. В главе 4 проведен заключительный анализ полученных результатов, основанный на сравнении каталитического поведения природного и модельного кластеров в реакциях с субстратами и ингибиторами нитрогеназы. ГЛАВА 1. БИОЛОГИЧЕСКАЯ ФИКСАЦИЯ АЗОТА. Нитрогеназа это уникальный фермент, катализирующий восстановление молекулярного азота до аммиака формы связанного азота, доступной для потребления растениями и живыми организмами. Этот фермент является одним из наиболее сложных среди известных к настоящему времени и по составу, и по механизму функционирования. Открытие биологической фиксации азота датируется, годом, когда Хельригель и Вильварт провели ряд экспериментов, впервые убедительно показавших, что биологические объекты могут фиксировать 2 1. В дальнейшем было обнаружено, что способность к фиксации азота широко распространена среди микроорганизмов она наблюдается у аэробных, анаэробных, фотосинтезирующих бактерий, цианобактерий и симбиотических бактерий бобовых 2. К настоящему моменту известно более двухсот различных микроорганизмовдиазотрофов обитающих на Земле повсеместно. Долгое время не удавалось получить бесклеточные препараты, способные к фиксации Кт2 в году были опубликованы первые данные о фиксации азота клеточными экстрактами, но воспроизводимые результаты были получены только в году 1. Первые высокоочищенные препараты азотфиксирующего фермента нитрогеназы были выделены в х годах 2. Для осуществления цикла нитрогеназной реакции i vi необходимо наличие и белков, , внешнего восстановителя и отсутствие кислорода воздуха. Из уравнения видно, что на перенос одного электрона приходится гидролиз двух молекул АТФ, причем лишь электронного потока даже при насыщающих давлениях 2 идет на восстановление азота, а используется на сопряженное с восстановлением образование водорода. Молекулярные структуры белковых компонентов нитрогеназы металлопротеииов, называемых железный белок и молибденжелезный белок определены, и в общих чертах понятны их функции при катализе восстановления субстратов. Да, является эксклюзивным восстановителем белка рис. Посредником в передаче электронов выступает входящий в его состав 44 металлокластер характерный и для многих других окислительновосстановительных белков. Вопрос о том, какая редокс пара для 44 реализуется в процессе функционирования нитрогеназы 21 или 20 до сих пор остается открытым. Долгое время считалось, что кластер 44 может находиться в двух степенях окисления 1 и 2 и, таким образом, белок функционирует как одноэлектронный донор.