Введение 5
1 Супероксид-ион 7
1.1 Особенности, способы появления и влияние на организмы 7
1.2 Супероксиддисмутаза и её роль в нейтрализации супероксид-иона 10
1.3 Описание процесса переноса электрона 13
1.4 Определение понятия поляризуемость 14
2 Обзор методов расчёта необходимых параметров для молекул,
участвующих в реакции переноса электрона 17
2.1 Теория переноса электрона Маркуса 17
2.2 Обзор групп базисных наборов, используемых при расчёте
поляризуемости и сродства к электрону 24
2.3 Выбор оптимального базиса для двух моделей растворителя 26
2.4 Техника безопасности при работе с персональным компьютером 27
3 Расчёт коэффициентов поляризуемости и выявление влияния эффекта
поляризации на процесс переноса электрона 28
3.1 Анализ эффективности и точности методов расчёта 28
3.2 Расчёт характеристик переноса электрона от супероксид-иона на
активный центр 38
Заключение 43
Библиографический список 44
Животные и растения постоянно испытывают на себе влияние различных антропогенных факторов и экстремальных воздействий окружающей среды. Способность к защите от действия неблагоприятных факторов среды (стрессоров) - столь же обязательное свойство любого организма, как питание, движение, размножение и др. В устойчивости растений к действию каждого из факторов внешней среды помимо специфических, зависящих от особенностей воздействия, важную роль играют и неспецифические реакции клетки, возникающие при действии любых неблагоприятных факторов. К ним относятся активные формы кислорода (АФК). Чрезвычайно широкий спектр биохимических эффектов активных метаболитов кислорода, в частности супероксид-иона (O2-), вызывает все возрастающий интерес к влиянию их на функциональную активность клеток. Особую значимость имеют биологические ферменты - антиоксиданты. Они участвуют в регулировании концентрации АФК внутри клеток, устраняя их избыток. Среди наиболее эффективных ферментов антиоксидантов особое место занимают супероксиддисмутазы (СОД). Основной механизм их действия в качестве инактиватора супероксид-иона известен - это перенос электрона с O2-на СОД. Перенос электрона - сложный квантовый процесс. Он идёт через растворитель. Растворителем в живых клетках является вода. Это сильнополярный растворитель с высокой статической диэлектрической проницаемостью. Эффективное воздействие на скорость квантового переноса электрона растворитель оказывает через эффективную поляризацию агентов реакции и реорганизацию фермента. В зависимости от стадии редокс-реакции супероксид-ион и молекула кислорода выступают как в качестве донора, так и акцептора электрона. На скорость переноса электрона от донора к акцептору особенно влияет их способность к поляризации в диэлектрической среде растворителя. Процессы поляризации молекулы кислорода и его супероксид-иона представляют особый интерес в связи с тем, что появились сведения о наличие явления изменения эффективной диэлектрической проницаемости водных растворов в межмембранных наноразмерных полостях митохондрий.
Целью данной работы является расчет поляризуемости кислородных частиц в процессе переноса электрона на активный центр фермента супероксиддисмутазы.
Для достижения заданной цели необходимо решить следующие задачи:
1) Подобрать оптимальный метод расчёта характеристик частиц с открытыми электронными оболочками.
2) Рассчитать основные характеристики процесса переноса электрона от супероксидного радикала к иону меди (II).
3) Рассчитать коэффициенты поляризуемости донора и акцептора.
4) Интерпретировать значения эффекта поляризации участников для эффективности переноса.
Работа выполнена на кафедре физической и неорганической химии Алтайского государственного университета.
В работе была достигнута цель - рассчитана поляризуемость кислородных частиц в процессе переноса электрона на активный центр фермента супероксиддисмутазы.
Для достижения этой цели были решены следующие задачи. Подобран оптимальный метод расчёта характеристик частиц с открытыми оболочками. Рассчитаны основные характеристики процесса переноса электрона от супероксидного радикала к иону меди (II). Рассчитаны коэффициенты поляризуемости донора и акцептора. Интерпретированы значения эффекта поляризации участников для эффективности переноса.
Путём анализа полученных данных были получены следующие выводы:
1) Выбран наиболее подходящий метод расчета данных молекулярных систем с открытыми оболочками - это ВЗЬУР + 6-31+0(6). При расчёте данным базисным набором было получено наиболее близкое к экспериментальным данным значение энергии сродства к электрону - 0,49 эВ (ошибка 9,5%).
2) Перенос электрона затруднен в такой сильно полярной среде, как вода. Это наблюдается вследствие большой энергии реорганизации среды (4,35 эВ).
3) Поляризационные эффекты способствуют переносу электрона, создавая определенный «поляризационный канал» переноса.
Полученные данные могут быть полезны при дальнейшем изучении супероксид-иона и его свойств, в изучении процесса переноса электрона от супероксид-иона к молекулам СОД с целью нахождения новых эффективных антиоксидантов.
