Computer Simulation of Electron Transfer between the Cytochrome Active Center and Reactive Oxygen and Nitrogen Species
| Autor: | E.A. Popova, A.V. Ryabykh, O.A. Maslova, S.A. Beznosyuk |
|---|---|
| Rok vydání: | 2022 |
| Předmět: |
continuum models of a solvent dielectric medium
oxygen superoxide ion супероксидион кислорода монооксид азота энергия сродства к электрону electron affinity energy density functional method computer simulation метод функционала плотности компьютерное моделирование General Medicine nitrogen monoxide континуальные модели диэлектрической среды растворителя polarizability |
| Zdroj: | Izvestiya of Altai State University; No 4(126) (2022): Izvestiya of Altai State University; 48-53 Известия Алтайского государственного университета; № 4(126) (2022): Известия Алтайского государственного университета; 48-53 |
| ISSN: | 1561-9451 1561-9443 |
| DOI: | 10.14258/izvasu(2022)4-07 |
| Popis: | In this work, computer simulation at the level of density functional theory is carried out using the PBE functional and bases of the def2- group. The characteristics of the electron transfer reaction according to the Marcus theory from the bioradicals O2-, NO, and NO- to the active center of cytochrome c are calculated. The values of the activation energy ΔG≠, the overlapping matrix element of the donor and acceptor HDA molecular orbitals, the frequency transfer factor ket , and the second-order transfer rate constant k are obtained. The numerical values of k for three radicals make it possible to draw a conclusion about the efficiency of their neutralization by interaction with the active center of the enzyme. For instance, for superoxide ion O2- k=6.32·105 М-1-с-1 at a distance of 5.02 Å, for nitrogen monoxide NO k=6.96·106 М-1-с-1 at a distance of 5.60 Å and oxoazanide ion NO- k=4.45·101 М-1-с-1 at distances of 5.60 Å and 4.45 Å. The transfer distances are obtained from the potential energy curves when the radical approaches the iron ion. The obtained values allow us to conclude that the iron ion in the heme protein environment is the most effective in deactivating the superoxide ion and nitrogen monoxide. Проведено компьютерное моделирование на уровне теории функционала плотности с применением функционала PBE и базисов группы def2-. Рассчитаны характеристики реакции переноса электрона по теории Маркуса с биорадикалов O2-, NO и NO- на активный центр цитохрома с. Получены значения энергии активации ΔG≠, матричного элемента перекрывания донорной и акцепторной молекулярных орбиталей HDA, частотный фактор переноса ket и константа скорости переноса второго порядка k. Численные значения k для трех радикалов позволяют сделать заключение об эффективности их нейтрализации путем взаимодействия с активным центром фермента. Для супероксид-иона O2- k=6,32·105 на расстоянии 5,02 Å, для монооксида азота NO k=6,96·106 на расстоянии 5,60 Å и оксоазанид-иона NO- k=4,45· 101 на расстояниях 5,60 Å и 4,45 Å. Расстояния переноса получены из кривых потенциальной энергии при сближении радикала с ионом железа. Полученные значения позволяют сделать вывод о том, что наиболее эффективно ион железа в гемовом белковом окружении способен дезактивировать супероксид-ион и монооксид азота. |
| Databáze: | OpenAIRE |
| Externí odkaz: |
|