Биомиметические модели нитрогеназы с участием природного и синтетических гетерополиядерных комплексов железа и молибдена

• Автор: Баженова, Тамара Александровна
• Шифр специальности: 02.00.15
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2012
• Место защиты: Черноголовка
• Количество страниц: 329 с. : ил.

ОГЛАВЛЕНИЕ
Введение
Сокращения

Глава 1. Обзор литературы.

1.1. Биологическая фиксация азота.

1.1.1. Строение белковых компонентов нитрогеназы

1.1.1.1. Строение и свойства Ре белка

1.1.1.2. Строение и свойства МоРе белка

1.1.1.3. Структура и свойства нитрогеназного комплекса

1.1.2. Железомолибденовый кофактор нитрогеназы.

1.1.2.1. Состав, структура, свойства.

1.1.2.2. Анализ методов выделения РеМосо из белка
1.1.3. Субстраты и ингибиторы нитрогеназы.
1.1.3.1. Азот, Р, ацетилен
1.1.3.2. Оксид углерода И особенности ингибирования.
1.2. Фиксация азота в хими ческих системах
1.2.1. Системы ВольпинаШура
1.2.2. Комплексы молекулярного азота.
1.2.3. Комплексы, содержащие реакционноспособный азот
1.2.4. Диазотные комплексы железа
1.2.5. Протонируемые диазотные комплексы железа.
1.2.6. Восстановление азота в протонных средах
Глава 2. Экспериментальные методики, аналитические
методы.
Глава 3. Апротонные азотфиксирующие системы на основе
железа с литийорганическими соединениями в качестве восстановителей механизм реакции и строение
комплексов с субстратами нитрогеназы
3.1. Кинетические исследования
3.1.1. Кинетика и механизм реакции восстановления хлорного
железа фен ил лити ем
3.1.2. Кинетика восстановления азота в системе 3 i.
3.2. Влияние характера радикала литийорганического соединения на состав, строение и реакционную способность по отношению к малым молекулам железолитиевых комплексов, образующихся по реакции i
3.2.1. Кристаллическая и молекулярная структура литийтетранафтилферрата
3.2.2. Восстановление азота системой литийтетранафтилферраг И нпропиллитий
3.2.3. Реакции систем 3 i с молекулярным водородом моно и биядерные железолитиевые гидриды синтез, свойства, молекулярные структуры.
3.2.4. Взаимодействие азобензола с железолитиевыми комплексами молекулярная структура и свойства
образующихся комплексов
3.2.5. Реакция железолитиевого комплекса с толаном и структура дилийтетрафенилбутадиена
3.3. Молекулярное строение литийциркониевой комплексной
соли С5Нi2. Вывод о природе
дилитиевого комплекса с молекулярным азотом
Глава 4. Модельные системы на основе кофактора, выделенного из молибденжелезного белка нитрогеназы сравнение с
повелением нитрогеназы i vi.
4.1. Выбор условий, позволяющих изучать каталитическую активность вне белка биохимическое
исследование
4.2. Кинетические закономерности восстановления ацетилена,
катализируемого вне белка
4.2.1. Восстановитель амальгама цинка.
4.2.2. Восстановитель амальгама европия
4.3. Ингибирование
4.3.1. Ингибирование СО тип, кинетика, механизм.
4.3.2. Ингибирование молекулярным азотом катализируемого
кофактором восстановления ацетилена
4.4. Влияние кислотности и химической природы реагента
на скорость восстановления ацетилена
4.5. Влияние потенциапа внешнего донора электронов на реакцию восстановления ацетилена
температурная зависимость.
Глава 5. Кинетические закономерности восстановления ацетилена при катализе магниймолибденовым кластером сравнение с системой на основе вне белка
5.1. Зависимость от концентрации катализатора.
5.2. Зависимость от концентрации субстрата
5.3. Ингибирование оксидом углерода II восстановления
ацетилена
5.4. Ингибирование ацетиленом восстановления азота
в системе с участием синтетического кластера.
5.5. Электрохимические исследования и температурная
зависимость
Глава 6. Нитрогеназа i vi определение лимитирующей стадии оборота посредством изучения кинетики реакции
в сильном магнитном поле
Выводы.
Список литерату


Лишь в году в результате генетических исследований было найдено, что эндогенным лигандом РеМосо является гомоцитрат . Молекула гомоцитрата бидентатно связана с атомом молибдена кофактора через гидроксильную и карбоксильную группы . Гомоцитрат необходим для проявления азотфиксирующей активности активность к восстановлению Ы2 мутантного белка, в котором на месте гомоцитрата находился цитрат, оказалась равной всего 7 от активности нативного белка . Считают, что гомоцитрат играет важную роль в биосинтезе РеМосо. Кроме того, авторами на основании сравнительного исследования реакционной способности нативного РеМосо и цигратзамещенного кофактора вне белка высказано предположение, что гомоцитрат принимает прямое участие в координации азота на кофакторе авторы полагают, что в ходе катализа происходит разрыв связи карбоксильной группы гомоцитрата с Мо кофактора, освобождая, таким образом, координационное место для Ы2, а также происходит образование связи карбоксильного хвоста СН2СН2СОО с имидазольной группой аНБ2 МоРе белка см. РеМосо. Структурная модель кофактора впервые была получена Кимом и Рисом при проведении рентгеноструктурного анализа монокристаллов МоРе белка . Рисунок 1. В последующие годы, по мерс получения структур белка с все более высоким разрешением, структура в белке постепенно уточнялась. Например, в работе получена структура белка нитрогеназы из i i с разрешением 1. Данные работы о структуре практически подтверждают результаты . Предложенная структура приведена на Рис. Впал М. С. , ii i i i i ixi. Лее. Эти атомы и находятся на оси 3го порядка на расстоянии около 7 один от другого. Структура металлокаркаса Ре7Мо двухшапочная треугольная призма. В кластере имеется центральная полость диаметром примерно 3. А. Концевые атомы и Мо имеют, соответственно, тетраэдрическое и октаэдрическое окружение. Молибден, помимо трех атомов серы и атома азота гистидина, связан с двумя атомами кислорода гидроксильной и карбоксильной групп гомоцитрата Рис. Такая координация и Мо типична для координационного окружения этих металлов, как в модельных соединениях, так и в желсзосерных белках. В году в i была опубликована новая работа по рентгеноструктурному исследованию монокристалла молибденжелезного белка нитрогеназы из микроорганизма . Было обнаружено, что центральная полость кофактора не пустая, а содержит легкий атом, С, или О, который связан со всеми шестью центральными атомами железа. Разрешение 1. А не позволяет определенно сказать, что это за атом, поэтому в структуре его обозначают как X. Попытки идентификации центрального атома различными спектральными, биохимическими и расчетными методами пока не дали определенных результатов . Не получено также и определенных экспериментальных доказательств участия центрального атома в каталитическом цикле. Получение этой новой структуры не только поставило новые вопросы о том, что это за атом, и какова его роль в катализе, но и заставило химиковсинтетиков пересматривать стратегии синтеза моделирующих структуру комплексов, а квантовых химиковтеоретиков свои стратегии расчета электронной структуры как самого кофактора, так и его комплексов с субстратами и ингибиторами. Очевидно, понимание природы X и его роли в нитрогеназном катализе задача для будущих исследований. Совсем недавно было показано, что центральный атом углерод Т, М, , , i , , , i . В непосредственной близости от РеМосо находится несколько аминокислот, боковые группы которых способны образовывать водородные и электростатические связи с РеМосо и координированными на нем субстратами, и таким образом, принимать непосредственное участие в катализе Рис. Например, аНз5, аА, аАг9, ау6 и сЮ1у7 образуют водородные связи с атомами серы кофактора, а ап1 около Реб с гомоцитратом. Кроме того, около гомоцитрата находится порядка молекул воды, также участвующих в образовании водородных связей . Рисунок 1. Вообще, как уже было упомянуто, кластер РеМосо внутри белка экранирован от прямого контакта с водой нитрогеназная реакция протекает в водной среде, хотя окружение кофактора, особенно в районе гомоцитрата, содержит много полярных и заряженных групп.