спиновые эффекты в ферментативных реакциях окисления
advertisement
Êîáçåâ Ã.È. Îðåíáóðãñêèé ãîñóäàðñòâåííûé óíèâåðñèòåò ÑÏÈÍÎÂÛÅ ÝÔÔÅÊÒÛ Â ÔÅÐÌÅÍÒÀÒÈÂÍÛÕ ÐÅÀÊÖÈßÕ ÎÊÈÑËÅÍÈß ÑÓÁÑÒÐÀÒΠÊÈÑËÎÐÎÄÎÌ Íà îñíîâå íåýìïèðè÷åñêèõ è ïîëóýìïèðè÷åñêèõ ðàñ÷åòîâ îáñóæäàþòñÿ èçìåíåíèÿ ýëåêòðîííûõ è ñïèíîâûõ õàðàêòåðèñòèê â ìîäåëüíûõ êîìïëåêñàõ êèñëîðîä - ñóáñòðàò, êèñëîðîä ôëàâèíîâûé êîôåðìåíò. Ïîêàçàíî, ÷òî ïðè ñáëèæåíèè êèñëîðîäà ñ ïàðòíåðîì âîçíèêàþò ñòàöèîíàðíûå òî÷êè, â êîòîðûõ óâåëè÷åíà âåðîÿòíîñòü îáðàçîâàíèÿ ñèíãëåòíîãî êèñëîðîäà. Ïðè ýòîì ïðîèñõîäèò èçìåíåíèå ãåîìåòðè÷åñêèõ ïàðàìåòðîâ ñèñòåì è ìèãðàöèÿ ëîêàëüíûõ ñïèíîâûõ ïëîòíîñòåé ìåæäó àòîìàìè â ìîëåêóëàõ, ÷òî ìîæåò îáåñïå÷èâàòü ñïåöèôè÷íîñòü ðåàêöèè è ÷àñòè÷íóþ àêòèâàöèþ ìîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîäà. Èçó÷åíèå ôåðìåíòàòèâíîé ðåàêöèè ïðåäïîëàãàåò âûÿñíåíèå îòäåëüíûõ ñòàäèé ðåàêöèè, èäåíòèôèêàöèþ àìèíîêèñëîò, ó÷àñòâóþùèõ â ñâÿçûâàíèè ñóáñòðàòà è â ðåàêöèÿõ îáðàçîâàíèÿ èëè ðàçðûâà ñâÿçåé, îïðåäåëåíèå îòíîñèòåëüíîãî ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïîëîæåíèÿ ýòèõ àìèíîêèñëîò, ðàçðàáîòêó ãèïîòåòè÷åñêîãî ìåõàíèçìà ðåàêöèè, ïîçâîëÿþùåãî îáúÿñíèòü ïîðÿäîê ñêîðîñòè ðåàêöèè [1]. Èçó÷åíèå ìåõàíèçìà ðåàêöèè òðåáóåò âûÿñíåíèÿ ñòðóêòóðû ïåðåõîäíîãî ñîñòîÿíèÿ, ïðèðîäû ïðîìåæóòî÷íûõ ïðîäóêòîâ è ïîñòðîåíèÿ ñå÷åíèÿ ÏÏÝ. Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ñòðóêòóðà ïåðåõîäíîãî ñîñòîÿíèÿ ôåðìåíòàòèâíîé ðåàêöèè çàâèñèò íå òîëüêî îò ãåîìåòðèè ìîëåêóëû ñóáñòðàòà, íî è òðåõìåðíîé êîíôîðìàöèè ôåðìåíòà, ïîñêîëüêó íåñêîëüêî ôóíêöèîíàëüíûõ ãðóïï, ðàñïîëîæåííûõ â ðàçíûõ ÷àñòÿõ ôåðìåíòà, ìîãóò îïðåäåëÿòü ñïåöèôè÷íîñòü è âûñîêóþ ýôôåêòèâíîñòü êàòàëèòè÷åñêîãî ïðîöåññà [2]. Áîëüøèå ðàçìåðû ôåðìåíòîâ è ñëîæíîñòü êàòàëèòè÷åñêèõ ïðîöåññîâ íå ïîçâîëÿþò â íàñòîÿùåå âðåìÿ ïîëíîñòüþ ðåøèòü ïåðå÷èñëåííûå çàäà÷è è çà÷àñòóþ ïîñòðîèòü ñòðóêòóðó ïåðåõîäíîãî ñîñòîÿíèÿ. Ìîëåêóëû ñóáñòðàòà, ó÷àñòâóþùèå â áîëüøèíñòâå ôåðìåíòàòèâíûõ ðåàêöèé, èìåþò ìàëûå ðàçìåðû ïî ñðàâíåíèþ ñ ìîëåêóëàìè ôåðìåíòà. Ñ÷èòàþò, ÷òî ïðè îáðàçîâàíèè ôåðìåíò-ñóáñòðàòíîãî êîìïëåêñà ìîæíî âûäåëèòü àêòèâíûé öåíòð ôåðìåíòà, âêëþ÷àþùèé â ñåáÿ íåêîòîðûå áîêîâûå öåïè è ïåïòèäíûå ñâÿçè, íàõîäÿùèåñÿ â íåïîñðåäñòâåííîì êîíòàêòå ñ ìîëåêóëîé ñóáñòðàòà (âîçìîæíî, ïðè ïîñðåäñòâå ìîëåêóë âîäû), à òàêæå áîêîâûå öåïè è ïåïòèäíûå ñâÿçè, íå èìåþùèå ïðÿìîãî êîíòàêòà ñ ñóáñòðàòîì, íî òåì íå ìåíåå ïðèíèìàþùèå íåïîñðåäñòâåííîå ó÷àñòèå â êàòàëèòè÷åñêîì àêòå. Îñòàëüíàÿ ÷àñòü ïîëèïåïòèäíîé öåïè îáåñïå÷èâàåò æåñòêîå âçàèìíîå ðàñïîëîæåíèå îòäåëüíûõ êîìïîíåíòîâ àêòèâíîãî öåíòðà â ïðîñòðàíñòâå, êîòîðîå íåîáõîäèìî äëÿ îñóùåñòâëåíèÿ ñïåöèôè÷åñêîé êàòàëèòè÷åñêîé ðåàêöèè [3]. Èçìåíåíèÿ ñòðóêòóðíîé îñíîâû, íàïðèìåð êîí- ôîðìàöèîííûå èçìåíåíèÿ áåëêîâîé ÷àñòè ôåðìåíòà ïîä âëèÿíèåì äåíàòóðèðóþùèõ ôàêòîðîâ (òåïëî, ìî÷åâèíà, îðãàíè÷åñêèå ðàñòâîðèòåëè), î÷åíü ÷àñòî ïðèâîäÿò ê ðåçêîìó èçìåíåíèþ êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè. Äîïóñêàåòñÿ òàêæå, ÷òî êàêàÿ-òî ÷àñòü ìîëåêóëû ôåðìåíòà íå ïðèíèìàåò ó÷àñòèÿ â êàòàëèòè÷åñêîì ïðîöåññå. Ìíîãî÷èñëåííûå èññëåäîâàíèÿ â äàííîé îáëàñòè ïîçâîëÿþò ïîëàãàòü, ÷òî ñïåöèôè÷íîñòü ôåðìåíòà è åãî ñïîñîáíîñòü êàòàëèçèðîâàòü ðåàêöèè ðàçðûâà è îáðàçîâàíèÿ ñâÿçåé çàâèñèò îò ðàçíûõ, íî ãðóïïèðóþùèõñÿ îêîëî ñóáñòðàòà àìèíîêèñëîòíûõ îñòàòêîâ. Îäíàêî äàæå âûÿâëåíèå àìèíîêèñëîò, ïðèíèìàþùèõ ó÷àñòèå â êàòàëèòè÷åñêîì ïðîöåññå, íå ìîæåò îáúÿñíèòü, ïî÷åìó â íåêîòîðûõ ñëó÷àÿõ ôåðìåíòàòèâíûå ðåàêöèè ïðèâîäÿò ê èíàêòèâàöèè ôåðìåíòà – áëîêèðóþòñÿ ëè ðåàêöèîííûå öåíòðû ãðóïï àêòèâíîãî öåíòðà èëè êîíôîðìàöèÿ ãðóïïû àìèíîêèñëîòíîãî îñòàòêà ïîëèïåïòèäíîé öåïè â êàêîì-òî äðóãîì ìåñòå êàðêàñà áåëêîâîé ìîëåêóëû ïðèâîäèò ê ïîòåðå êàòàëèòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ôåðìåíòà. Íè äëÿ îäíîãî èç ôåðìåíòîâ íå óäàëîñü ïîêà âûÿñíèòü ïðîñòðàíñòâåííîãî ðàñïîëîæåíèÿ àìèíîêèñëîò, âõîäÿùèõ â àêòèâíûé öåíòð. Íåèçâåñòíî äàæå, ñïåöèôè÷íà ëè òðåõìåðíàÿ êîíôîðìàöèÿ àìèíîêèñëîò àêòèâíîãî öåíòðà â îòñóòñòâèå ñóáñòðàòà è ñîîòâåòñòâóåò ëè äàííàÿ êîíôîðìàöèÿ êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòè [3]. Ãèïîòåçà «êëþ÷à è çàìêà» Ôèøåðà íå íàõîäèòñÿ â ïðîòèâîâåñå ñ «òåîðèåé èíäóöèðîâàííîãî ñîîòâåòñòâèÿ» Êîøëàíäà [3], ñîãëàñíî ïîñòóëàòàì êîòîðîé: à) ïðèñîåäèíåíèå ñóáñòðàòà ê àêòèâíîìó öåíòðó âûçûâàåò çíà÷èòåëüíûå èçìåíåíèÿ â ãåîìåòðèè áåëêà; á) äëÿ äåéñòâèÿ ôåðìåíòà íåîáõîäèìà òî÷íàÿ îðèåíòàöèÿ êàòàëèòè÷åñêèõ ãðóïï; â) ñóáñòðàò èíäóöèðóåò ýòó òðåáóåìóþ îðèåíòàöèþ, èçìåíÿÿ ãåîìåòðèþ áåëêà. Åäèíñòâî îáåèõ òåîðèé îáåñïå÷èâàåòñÿ òåì, ÷òî ïðè ñâÿçûâàíèè ñóáñòðàòà ìåæìîëåêóëÿðÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005 141 Åñòåñòâåííûå íàóêè íûå îáìåííûå âçàèìîäåéñòâèÿ âûçûâàþò íóæíóþ ïåðåîðèåíòàöèþ ôðàãìåíòîâ áåëêîâîé ÷àñòè, îáåñïå÷èâàÿ æåñòêóþ êîíôîðìàöèþ, îáëàäàþùóþ êàòàëèòè÷åñêîé àêòèâíîñòüþ, èçìåíåíèå êîòîðîé ìîæåò ïðèâåñòè ê ïîòåðå êàòàëèòè÷åñêèõ ñâîéñòâ ôåðìåíòà. Íåáîëüøóþ íåáåëêîâóþ ïðîñòåòè÷åñêóþ ãðóïïó, áîëåå èëè ìåíåå ïðî÷íî ñâÿçàííóþ ñ áåëêîâîé ÷àñòüþ äâóõ èëè áîëåå ôåðìåíòîâ, íåîáõîäèìóþ äëÿ áîëåå ýôôåêòèâíîãî êàòàëèòè÷åñêîãî äåéñòâèÿ è áëàãîäàðÿ êîòîðîé ìîæåò ïðîèñõîäèòü ïåðåíîñ ãðóïï, îáû÷íî íàçûâàþò êîôåðìåíòîì.  ôåðìåíòàòèâíûõ ðåàêöèÿõ ðàçëè÷èÿ ìåæäó ñóáñòðàòîì è êîôåðìåíòîì íå âñåãäà ÿñíû, ïîñêîëüêó êîôåðìåíò â ïðîöåññå ñâÿçûâàíèÿ ìîæåò ïðåòåðïåâàòü ñòðóêòóðíûå èçìåíåíèÿ, êàê è ñóáñòðàò, íî â õîäå äàëüíåéøèõ ðåàêöèé âîññòàíàâëèâàåò ñâîþ ñòðóêòóðó. Êðîìå òîãî, âî ìíîãèõ êîôåðìåíò-çàâèñèìûõ ðåàêöèÿõ ñóáñòðàò-ôåðìåíòàòèâíîìó âçàèìîäåéñòâèþ îáÿçàòåëüíî ïðåäøåñòâóåò ñâÿçûâàíèå êîôåðìåíòà ñ ôåðìåíòîì [3]. Áîëüøèíñòâî êîôåðìåíòîâ èãðàþò ðîëü ïðîìåæóòî÷íûõ ïåðåíîñ÷èêîâ â ðåàêöèÿõ ïåðåíîñà ãðóïï. Èç ïèðèäèíîâûõ íóêëåîòèäîâ, âûïîëíÿþùèõ ðîëü êîôåðìåíòîâ, ìîæíî îòìåòèòü òàêèå, êàê íèêîòèíàìèäàäåíèíäèíóêëåîòèä (ÍÀÄ) (ñòàðîå íàçâàíèå ÊîI), íèêîòèíàìèäàäåíèíäèíóêëåîòèäôîñôàò (ÍÀÄÔ) (ñòàðîå íàçâàíèå ÊîII). ÍÀÄ è ÍÀÄÔ â êà÷åñòâå êîôåðìåíòîâ ó÷àñòâóþò âî ìíîãèõ îêèñëèòåëüíî-âîññòàíîâèòåëüíûõ ðåàêöèÿõ, êàòàëèçèðóåìûõ äåãèäðîãåíàçàìè. Âîññòàíîâëåíèå ÍÀÄ+ â ÍÀÄÍ ñîïðîâîæäàåòñÿ çàìåòíûì èçìåíåíèåì ñïåêòðàëüíûõ õàðàêòåðèñòèê êîôåðìåíòà (ïîãëîùåíèå 260 íì çíà÷èòåëüíî óìåíüøàåòñÿ, ïîÿâëÿåòñÿ íîâûé ìàêñèìóì ïðè 320 íì, õàðàêòåðíûé äëÿ äèãèäðîíèêîòèíàìèäà).  ðåàêöèÿõ îêèñëåíèÿ âîññòàíîâëåíèÿ ïðèíèìàåò ó÷àñòèå íèêîòèíàìèäíûé ôðàãìåíò ýòèõ êîôåðìåíòîâ. Óñòàíîâëåíî, ÷òî âîññòàíîâëåíèå ïðîèñõîäèò â îïðåäåëåííîå ïîëîæåíèå [4]. Ýêñïåðèìåíòû ïî âîññòàíîâëåíèþ ÍÀÄ â ïðèñóòñòâèè ôåðìåíòîâ ÀÄà (àëêîãîëüäåãèäðîãåíàçà) è ËÄà (ëàêòàòäåãèäðîãåíàçà) ïîêàçàëè, ÷òî ìåæäó ñóáñòðàòîì è êîôåðìåíòîì ïðîèñõîäèò ïðÿìîé ïåðåíîñ âîäîðîäà, ïðè ýòîì çàòðàãèâàåòñÿ îäèí è òîò æå ó÷àñòîê ìîëåêóëû ÍÀÄ (À-ôîðìà). Ê ôëàâèíîâûì êîôåðìåíòàì îòíîñÿò ðèáîôëàâèí, êîòîðûé ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé çàìåùåííûé èçîàëëîêñàçèí, ñâÿçàííûé ñ D-ðèáèòîëîì.  1938 ã. Âàðáóðãîì áûëî îáíàðóæåíî, ÷òî ôåðìåíò, êàòàëèçèðóþùèé îêèñëåíèå 142 ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005 D-àìèíîêèñëîò ìîëåêóëÿðíûì êèñëîðîäîì (îêñèäàçà D-àìèíîêèñëîò), ÿâëÿåòñÿ ôëàâîïðîòåèäîì è ñîäåðæèò â êà÷åñòâå ïðîñòåòè÷åñêîé ãðóïïû íîâûé êîôåðìåíò, íàçâàííûé ôëàâèíàäåíèíäèíóêëåîòèä (ÔÀÄ). ×èñëî èçâåñòíûõ ôëàâîïðîòåèäîâ, èñïîëüçóþùèõ â êà÷åñòâå êîôåðìåíòà ÔÀÄ, äîñòàòî÷íî âåëèêî, è òàêèå ôåðìåíòû øèðîêî ðàñïðîñòðàíåíû â ïðèðîäå. Ôëàâîïðîòåèäû êàòàëèçèðóþò ðåàêöèè äåãèäðèðîâàíèÿ. Òèïè÷íûìè ñóáñòðàòàìè äëÿ íèõ ñëóæàò ïèðèäèíîâûå íóêëåîòèäû, á-îêñèêèñëîòû, àëüäåãèäû, à òàêæå ñîåäèíåíèÿ, ñîäåðæàùèå íàñûùåííûå óãëåðîä-óãëåðîäíûå ñâÿçè (ýòè ñîåäèíåíèÿ ïðåâðàùàþòñÿ â îëåôèíû). Êàæäûé ôëàâîïðîòåèä ïðèíèìàåò ýëåêòðîíû îò îêèñëÿåìîãî ñóáñòðàòà è ïåðåíîñèò ýëåêòðîíû ê äðóãîìó ñóáñòðàòó îêèñëèòåëþ.  ïðîöåññå îêèñëåíèÿ èçîàëëîêñàçèíîâàÿ öèêëè÷åñêàÿ ñèñòåìà ñîîòâåòñòâóþùåãî êîôåðìåíòà ÔÀÄ ïðåòåðïåâàåò âîññòàíîâëåíèå, à ñóáñòðàò èç âîññòàíîâëåííîé ôîðìû ïåðåõîäèò â îêèñëåííóþ. Âîññòàíîâëåííûå ôîðìû ôëàâîïðîòåèäîâ ñàìè â ñâîþ î÷åðåäü ñòàíîâÿòñÿ ñóáñòðàòàìè â ðåàêöèÿõ ñ äðóãèìè àêöåïòîðàìè ýëåêòðîíîâ (òàêèìè, êàê ìåòèëåíîâûé ñèíèé, èíäîôåíîë, ôåíàçèí, ìîëåêóëÿðíûé êèñëîðîä), áëàãîäàðÿ ÷åìó îêèñëåííàÿ ôîðìà êîôåðìåíòà ðåãåíåðèðóåò [5]. Îêèñëåíèå óãëåâîäîðîäîâ, áåëêîâ, ëèïèäîâ ÿâëÿåòñÿ ýêçîòåðìè÷åñêèì, íî çàïðåùàþùèì ïî ñïèíó ïðîöåññîì è ñîïðîâîæäàåòñÿ îòùåïëåíèåì àòîìîâ âîäîðîäà èëè ýëåêòðîíîâ îò ïèùåâûõ ñóáñòðàòîâ [6]. Ñëîæíåéøèé ôåðìåíòàòèâíûé ïðîöåññ âêëþ÷àåò â ñåáÿ ìíîæåñòâî ñòàäèé, â êîòîðûõ ó÷àñòâóþò ðàçëè÷íûå ïî ñâîèì ýëåêòðîííûì è ñïèíîâûì ñâîéñòâàì âåùåñòâà. Àêöåïòîðàìè ýëåêòðîíîâ è ïðîòîíîâ ìîãóò âûñòóïàòü öèòîõðîìû, êîôåðìåíòû, êèñëîðîä, êîòîðûå ðàáîòàþò ñîïðÿæåííî ñ äðóãèìè ôåðìåíòàìè äåãèäðîãåíàç, âêëþ÷àþùèìè NADF è NAD â êà÷åñòâå êîôåðìåíòà. FAD ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ñëîæíîå ñîåäèíåíèå, âêëþ÷àþùåå äëèííóþ öåïü ÍÑÎÍ ãðóïï, à òàêæå îáúåìíûå ôîñôàòíûå ãðóïïû, çàíèìàþùèå äîñòàòî÷íî ìíîãî ìåñòà â áåëêîâîé îáîëî÷êå ôåðìåíòà (ðèñ. 1). Ñòåðè÷åñêèå íàïðÿæåíèÿ ïðè âçàèìîäåéñòâèè ñ îêðóæàþùèìè àìèíîêèñëîòàìè è ìîëåêóëàìè âîäû íå ìîãóò ïîâëèÿòü íà ïðîñòðàíñòâåííóþ ñòðóêòóðó ýòèõ öåïåé, ÷òî ïðîâåðåíî ìîäåëüíûìè ðàñ÷åòàìè [7], ïîýòîìó êîôåðìåíò ìîæíî ìîäåëèðîâàòü íàèáîëåå çíà÷èìîé ÷àñòüþ àêòèâíîãî öåíòðà ëþìèôëàâèíîì, âêëþ÷àþùèì èçî- Êîáçåâ Ã.È. Ñïèíîâûå ýôôåêòû â ôåðìåíòàòèâíûõ ðåàêöèÿõ îêèñëåíèÿ ñóáñòðàòîâ êèñëîðîäîì Ðèñóíîê 1. Ïðîñòðàíñòâåííàÿ ñòðóêòóðà FAD àëëîêñàçèíîâîå êîëüöî ôëàâèíà, à ôåðìåíò áåëêîâîé ÷àñòüþ ïðîòîíèðîâàííîãî His516+. Îêñèäàçû ÿâëÿþòñÿ ñàìûìè ïðîñòûìè èç ôëàâîïðîòåèäîâ; â íèõ ïîëíîñòüþ âîññòàíîâëåííàÿ ôîðìà ÔÀÄÍ2 îêèñëÿåòñÿ êèñëîðîäîì ñ îáðàçîâàíèåì Í2Î2 (ñì. ðåàêöèþ (1)). Ìåõàíèçì äåéñòâèÿ ãëþêîçîîêñèäàçû ðàññìîòðåí íåäàâíî â ðàáîòàõ [8, 9].  ôëàâèíîâîì ôåðìåíòå ìîëåêóëà Î2 ïîñëå ïðèñîåäèíåíèÿ ýëåêòðîíà (êàê ïðàâèëî, îò ìîëåêóëû ÔÀÄÍ2) ïðåâðàùàåòñÿ â ñóïåðîêñèä-èîí Î2- è òåì ñàìûì àêòèâèðóåòñÿ [8-10]: ÔÀÄÍ2 + Î2→ [ÔÀÄÍ2 – Î2]→ →[ÔÀÄÍ2+ Î2-]→ ÔÀÄÍ2+ + Î2- (4) Èçâåñòíî, ÷òî (4) ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé ìåäëåííóþ ñòàäèþ, çà êîòîðîé îáû÷íî ñëåäóþò ïðîöåññû ïåðåíîñà ïðîòîíîâ è âòîðîãî ýëåêòðîíà ñ ó÷àñòèåì áåëêà è ïîëóîêèñëåííîãî ðàäèêàëà ÔÀÄÍ2+. [2,11,12]: Î 2−⋅ + +Í → ÍÎ.2 , ÍÎ2. +Í + + å → Í 2Î 2 (5) (6) Ïîëàãàþò [2, 11], ÷òî ñïèíîâûé çàïðåò äëÿ ôåðìåíòàòèâíûõ ðåàêöèé ñ ó÷àñòèåì òðèïëåòíîãî ìîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîäà (4)-(6) ñíèìàåòñÿ çà ñ÷åò ïîñëåäîâàòåëüíîãî äîáàâëåíèÿ îäèíî÷íûõ ýëåêòðîíîâ. Ïðè ýòîì ïðåäïîëàãàþò, ÷òî ïðåîäîëåíèå çàïðåòà ïî ñïèíó â ðåàêöèÿõ (4)-(6) ïðîèñõîäèò çà ñ÷åò ïîÿâëåíèÿ ïåðâûõ ðàäèêàëîâ (4) ïî àíàëîãèè ñ ðàäèêàëüíî-öåïíûì îêèñëåíèåì, ãäå ñïèíîâûé çàïðåò ìîæåò áûòü ñíÿò â äóáëåòíîì êàíàëå. Ìèíàåâ Á.Ô. [7] îòìåòèë ãëóáîêóþ ðàçíèöó ìåæäó ðàäèêàëüíûìè ðåàêöèÿìè (4)-(6) â îêñèäàçàõ è ðàäèêàëüíûìè öåïíûìè ïðîöåññàìè îêèñëåíèÿ (ãîðåíèÿ). Ïî ìíåíèþ àâòîðà, â ïîñëåäíåì ñëó÷àå ðàäèêàëû óõîäÿò â îáúåì ðàñòâîðà (èëè â îáúåì ïëàçìû ïëàìåíè) è òåðÿþò «ñïèíîâóþ ïàìÿòü» î ñâîèõ ïðåäøåñòâåííèêàõ.  ôåðìåíòàòèâíûõ ðåàêöèÿõ (4)-(6) â îêñèäàçàõ êèñëîðîä è ïåðåíîñ÷èêè çàðÿäîâ (ÔÀÄ è ÔÀÄÍ2) ïðî÷íî ñâÿçàíû ñ áåëêàìè âíóòðè àêòèâíîãî öåíòðà ôåðìåíòà. Ïðè ïåðåíîñå êèñëîðîäà ãåìîãëîáèíîì ìîëåêóëà Î2 ïîñòóïàåò ÷åðåç êëåòî÷íûå ìåìáðàíû â îïðåäåëåííûå ïîçèöèè, îïðåäåëÿåìûå ýëåêòðîñòàòè÷åñêèìè ïîòåíöèàëàìè ìîëåêóë âîäû, áåëêîâûõ ôðàãìåíòîâ è èçîàëëîêñàçèíîâîé ÷àñòüþ ôåðìåíòà ÔÀÄ. Ïåðåäàâàÿ ýëåêòðîíû è ïðîòîíû âî âðåìÿ ïðîòåêàíèÿ ðåàêöèé (4)-(6), ðåàãåíòû òîëüêî êîëåáëþòñÿ [7-9] îòíîñèòåëüíî çàêðåïëåííûõ ïîçèöèé âíóòðè àêòèâíîãî öåíòðà. (Ñþäà æå îòíîñèòñÿ è çàòîðìîæåííîå âíóòðåííåå âðàùåíèå O2- â ïîëîñòè áåëêîâ.) Òàêèì îáðàçîì, ïðè ïåðåíîñå ýëåêòðîíîâ îò FADÍ2 ê Î2 ðàäèêàëû íå óõîäÿò â îáúåì êëåòêè è ñïèíû ýëåêòðîíà îñòàþòñÿ êîððåëèðîâàííûìè, ò. å. êîìïëåêñ, â êîòîðîì ñôîðìèðîâàëñÿ O2-, òàêæå îñòàåòñÿ òðèïëåòíûì, ÷òî ìîæíî ñõåìàòè÷íî èçîáðàçèòü â âèäå [7] 3 [FADH ]→ [FADH ...O ] ]→ FADH + O .... + O ↑↑ πg ↑↓ 2 .. + O 2 1 [ COB → FADH +2 ↑ 3 +↑ 2 −↓ πg 2 −↑ πg 2 + 2 − 2 (7) Ýêñïåðèìåíòàëüíûå èññëåäîâàíèÿ Êëèíìàí ïîêàçàëè, ÷òî ëèìèòèðóþùåé ñòàäèåé ïðîöåññîâ (4)-(6) ÿâëÿåòñÿ ïåðåíîñ íå òÿæåëîé ÷àñòèöû ïðîòîíà, à ëåãêîé ÷àñòèöû ýëåêòðîíà [11]. Îáúÿñíåíèå ïàðàäîêñà ïðåäëîæåíî Ìèíàåâûì, êîòîðûé óêàçàë íà íåîáõîäèìîñòü ïåðåâîðîòà ñïèíà â ñóïåðîêñèäå äëÿ ôîðìèðîâàíèÿ ñèíãëåòíîãî ñîñòîÿíèÿ áèìîëåêóëÿðíîãî êîì1 ïëåêñà FADH 2+ ↑ .... + O 2− ↓ πg çà ñ÷åò ñèëüíîãî ñïèíîðáèòàëüíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Âåëè÷èíà ðàññ÷èòàííîãî ìàòðè÷íîãî ýëåìåíòà ÑΠðàâíà <3ÐÏ |Hso|1ÐÏ> = 0,01ý [7-9]. Ïîñëå ìåäëåííîãî ïðîöåññà ïåðåâîðîòà ñïèíà â ñóïåðîêñèä-àíèîíå ðåàêöèÿ áóäåò ðàçðåøåíà ïî ñïèíó, è ïåðîêñèä âîäîðîäà (ñì. ðåàêöèþ (6)) ïîêèíåò àêòèâíûé öåíòð îêñèäàçû, à äàëüíåéøåå åãî âîññòàíîâëåíèå äî âîäû ÿâëÿåòñÿ ðàçðåøåííûì ïî ñïèíó ïðîöåññîì. Ñëåäóåò çàìåòèòü, ÷òî ìåõàíèçì ñíÿòèÿ ñïèíîâîãî çàïðåòà ïðè êàòàëèòè÷åñêîì îêèñëåíèè (4)-(6) ìîæåò áûòü îáúÿñíåí íå òîëüêî ïåðåâîðîòîì ñïèíà â ñóïåðîêñèä-àíèîíå, íî è âîçíèêíîâåíèåì ñïåöèôè÷åñêèõ ñïèíîâûõ ñîñòîÿíèé ìîëåêóëû êèñëîðîäà ïðè åå îïðåäåëåííûõ ïîçèöèÿõ îòíîñèòåëüíî ôåðìåíòà è ñóáñòðàòà [13].  ðàáîòàõ [14, 15] ïîêàçàíî, ÷òî ïîä âëèÿíèåì îêðóæåíèÿ ïåðåõîä à (1 ∆ g ) → Õ (3 ∑ g ), îòâåòñòâåííûé çà äåçàêòèâàöèþ êèñëîðîäà, óñèëèâàåòñÿ è çàèìñòâóåò ñâîþ èíòåíñèâíîñòü èç èíäó- [ ] ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005 143 Åñòåñòâåííûå íàóêè öèðîâàííîãî â ïðîöåññå ñòîëêíîâåíèÿ ýëåêòðîäèïîëüíîãî ïåðåõîäà b(1 ∑ + ) → a (1 ∆ g ). Ñëåäîâàòåëüíî, ìîëåêóëû, îêðóæàþùèå êèñëîðîä, ìîãóò ðàñïðåäåëÿòüñÿ â òàêèå ïîçèöèè, êîãäà íå òîëüêî äåçàêòèâàöèÿ, íî è àêòèâàöèÿ êèñëîðîäà áóäåò îáëåã÷åíà [16].  ðàáîòàõ [17-21] ïðîàíàëèçèðîâàíà çàâèñèìîñòü Ì(b–a) îò íàáîðà âîçáóæäåííûõ êîíôèãóðàöèé, ó÷èòûâàåìûõ ìåòîäîì êîíôèãóðàöèîííîãî âçàèìîäåéñòâèÿ (ÊÂ) â êèñëîðîäå, ñåíñèáèëèçàòîðå è ìîëåêóëå ðàñòâîðèòåëÿ äëÿ áè- è òðèìîëåêóëÿðíûõ êèñëîðîäíûõ êîìïëåêñîâ. Âàæíûì ðåçóëüòàòîì äëÿ òðîéíûõ êîìïëåêñîâ ñòîëêíîâåíèÿ Î2+Ì+Ý (Ý ýòèëåí, Ì = Í2, N2, NÍ3, ÑÎ2, Í2Î, ÑÍ3ÎÍ, CCl4) ÿâëÿåòñÿ çíà÷èòåëüíàÿ çàâèñèìîñòü âåëè÷èí Ì(b–a) è M(aÕ) îò ýôôåêòîâ îáìåííîé ýëåêòðîííîé êîððåëÿöèè â êèñëîðîäå. Âîçáóæäåíèÿ òîëüêî â êèñëîðîäå äëÿ äâîéíûõ è òðîéíûõ êîìïëåêñîâ ïðèâîäÿò ê âîçðàñòàíèþ Ì(b–a). Äîïîëíèòåëüíûé ó÷åò âîçáóæäåííûõ ñîñòîÿíèé â ýòèëåíå, â ìîëåêóëå ðàñòâîðèòåëÿ (ðàñøèðåíèå ÊÂ) êîìïåíñèðóåò ýòî óâåëè÷åíèå è äàæå óìåíüøàåò âåëè÷èíó Ì(ba), ïîëó÷åííóþ íà îñíîâå ðàñ÷åòà ìåòîäîì ñàìîñîãëàñîâàííîãî ïîëÿ (ÑÑÏ) áåç ó÷åòà ýëåêòðîííîé êîððåëÿöèè (Ìbaññï). Òàêèì îáðàçîì, âîçðàñòàíèå âåëè÷èíû Ì(ba) ïðè ó÷åòå îáìåííûõ âçàèìîäåéñòâèé è ýëåêòðîííîé êîððåëÿöèè (â ïîëèìîëåêóëÿðíûõ êèñëîðîäíûõ êîìïëåêñàõ äëÿ çàäàííûõ ôèêñèðîâàííûõ ìåæìîëåêóëÿðíûõ ðàññòîÿíèé) ìîæåò îáåñïå÷èâàòüñÿ òîëüêî ðàñøèðåíèåì Ê â ìîëåêóëå êèñëîðîäà [22]. Êðîìå òîãî, âîçáóæäåíèÿ â êèñëîðîäå, â ïðîöåññå ñáëèæåíèÿ ýòèëåíà è ìîëåêóëû, ïðèâîäÿò ê èíäóöèðîâàíèþ íå òîëüêî Ì(b a), íî è ê èçëó÷åíèþ â òåìíîâóþ êîìïîíåíòó ñîñòîÿíèÿ a, òî åñòü ê èíäóöèðîâàíèþ ýëåêòðîäèïîëüíîãî ïåðåõîäà Ì(ba) è, ñëåäîâàòåëüíî, ê èíäóöèðîâàíèþ òåìíîâîé êîìïîíåíòû ñèíãëåò-òðèïëåòíîãî ïåðåõîäà (a’–X). Âîçáóæäåíèÿ æå â ýòèëåíå ïðè ñáëèæåíèè Ñ2Í4 è Ì ïîëíîñòüþ ãàñÿò Ì(b-a’) òåìíîâóþ êîìïîíåíòó (a’–X) è ñòàáèëèçèðóþò çíà÷åíèÿ Ì(b – a). Îòñþäà ñî âñåé î÷åâèäíîñòüþ ñëåäóåò, ÷òî ìàêñèìàëüíîå çíà÷åíèå Ì(b–a) áóäåò âîçíèêàòü â îïðåäåëåííûõ ìåæìîëåêóëÿðíûõ ïîçèöèÿõ, äëÿ êîòîðûõ îáìåííîêîððåëÿöèîííûé ïîòåíöèàë ìèíèìàëåí äëÿ ñèñòåìû, íî ìàêñèìàëåí äëÿ êèñëîðîäà, ÷òî ðàâíîñèëüíî áîëüøîìó Ê â êèñëîðîäå [23].  ðàñ÷åòàõ áîëüøèõ êèñëîðîäñîäåðæàùèõ ñèñòåì (íàïðèìåð, ïðè ìîäåëèðîâàíèè ôåðìåíòàòèâíûõ ðåàêöèé, âêëþ÷àþùèõ êèñëîðîä) ýòî áóäåò ïðîÿâëÿòüñÿ â ñòàöèîíàðíûõ òî÷êàõ, ñîîòâåòñòâóþg 144 ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005 ùèõ ñïåöèôè÷åñêîìó ðàñïîëîæåíèþ ôðàãìåíòîâ, â êîòîðûõ îáìåííî-êîððåëÿöèîííûé ïîòåíöèàë áóäåò ìàêñèìàëåí è ñâÿçàí ñ Î2(X3Óg¯), â òî âðåìÿ êàê íà îòäåëüíûõ ôðàãìåíòàõ åãî âåëè÷èíà îñòàíåòñÿ íåáîëüøîé.  òàêèõ òî÷êàõ âåëè÷èíà Ì(ba) áóäåò ìàêñèìàëüíîé èç âñåõ âîçìîæíûõ è ãåíåðàöèÿ à(1Äg) â ïðîöåññå ïåðåõîäà X(3Óg¯)?à(1Äg) áóäåò îáëåã÷åíà. ×òî æå ýòî çà ñòàöèîíàðíûå òî÷êè è êàêîâà â íèõ ïîëíàÿ ýëåêòðîííàÿ ýíåðãèÿ? Ïðè èçìåíåíèè êîîðäèíàöèè ìîëåêóëû êèñëîðîäà îòíîñèòåëüíî ôðàãìåíòîâ ðàçíûå âîçáóæäåííûå êîíôèãóðàöèè îáåñïå÷èâàþò âêëàä â ïîëíóþ ýíåðãèþ ñèñòåìû. Ïîýòîìó âíîâü âîçíèêíåò ñòàöèîíàðíàÿ òî÷êà (íîâûå ôèêñèðîâàííûå ìåæìîëåêóëÿðíûå ðàññòîÿíèÿ) â êîòîðîé îáìåííî-êîððåëÿöèîííûé ïîòåíöèàë áóäåò ìàêñèìàëåí è ñâÿçàí ñ Î2(X3Óg¯). Èç âñåõ âîçìîæíûõ êîîðäèíàöèé êèñëîðîäà (ñ ñîîòâåòñòâóþùèìè ýòîìó ñëó÷àþ ôèêñèðîâàííûìè ìåæìîëåêóëÿðíûìè ðàññòîÿíèÿìè äî ôðàãìåíòîâ) òîëüêî îäíà òî÷êà áóäåò ñîîòâåòñòâîâàòü ìèíèìóìó ïîëíîé ýíåðãèè ñèñòåìû. Òàêèì îáðàçîì, â òî÷êå ìèíèìóìà ýíåðãèè ñèñòåìû âåëè÷èíà Ì(ba) áóäåò ìàêñèìàëüíîé èç âñåõ âîçìîæíûõ è ãåíåðàöèÿ à(1Äg) â ïðîöåññå ïåðåõîäà 3 X ∑ g− → a (1 ∆ g ) áóäåò îáëåã÷åíà. Ñëåäîâàòåëüíî, íàðÿäó ñ ìåõàíèçìîì Ìèíàåâà âîçìîæåí ìåõàíèçì èçìåíåíèÿ ñïèíîâîãî ñîñòîÿíèÿ òðèïëåòíîãî êèñëîðîäà (÷àñòè÷íîå ñíÿòèå ñïèíîâîãî çàïðåòà), â êîòîðîì Ì(b 3 a) è X ∑ g− → a (1 ∆ g ) èãðàþò èñêëþ÷èòåëüíóþ ðîëü. Î íåçíà÷èòåëüíîé âåëè÷èíå îáìåííî-êîððåëÿöèîííîãî ïîòåíöèàëà íà ôðàãìåíòàõ ìîæíî ñóäèòü ïî èíäóöèðîâàíèþ ñïèíîâîé ïëîòíîñòè íà àòîìàõ, êîòîðàÿ ñóììàðíî áóäåò êîìïåíñèðîâàòüñÿ. Ñ äðóãîé ñòîðîíû, îáìåííîêîððåëÿöèîííûé ïîòåíöèàë âñåé ñóïåðñèñòåìû ìîæíî ðàññ÷èòàòü.  ïðîöåññå ìåæìîëåêóëÿðíîãî ñáëèæåíèÿ ôðàãìåíòîâ óæå íà çíà÷èòåëüíûõ ðàññòîÿíèÿõ áóäåò ïðîèñõîäèòü èíäóöèðîâàíèå âçàèìîêîìïåíñèðóåìîé ñïèíîâîé ïëîòíîñòè íà àòîìàõ ìîëåêóë ôðàãìåíòîâ, ïåðåðàñïðåäåëåíèå ñïèíîâîé ïëîòíîñòè íà àòîìàõ êèñëîðîäà ìîëåêóëû Î2 è, âîçìîæíî, åå ïðîñà÷èâàíèå íà àòîìû ñîñåäíèõ ìîëåêóë. Ýòîò ðåçóëüòàò áóäåò ñâèäåòåëüñòâîâàòü îá ýôôåêòå àêòèâàöèè ìîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîäà è èíäóöèðîâàíèè ëîêàëüíûõ ìàãíèòíûõ îáëàñòåé ôåððîìàãíèòíîãî ïîðÿäêà íà ïàðòíåðàõ. Ðîëü ýëåêòðîííîãî ñïèíà â áèîõèìè÷åñêèõ ðåàêöèÿõ èçâåñòíà ñ 1937 ãîäà, êîãäà Ïîëèíã îáíàðóæèë, ÷òî óâåëè÷åíèå ðÍ ðàñòâîðà óìåíüøàåò ìàãíèò- Êîáçåâ Ã.È. Ñïèíîâûå ýôôåêòû â ôåðìåíòàòèâíûõ ðåàêöèÿõ îêèñëåíèÿ ñóáñòðàòîâ êèñëîðîäîì íûé ìîìåíò ãåìîïðîòåèíîâ. Ýôôåêò áûë îáúÿñíåí ïåðåâîðîòîì ñïèíà èîíà æåëåçà çà ñ÷åò íåáîëüøèõ èçìåíåíèé â êîîðäèíàöèè ëèãàíäîâ. Âàæíî îòìåòèòü, ÷òî ïðè÷èíîé èçìåíåíèÿ ñïèíîâîé ïëîòíîñòè íà ëîêàëüíûõ ÷àñòÿõ ñóïåðñèñòåìû ÿâëÿåòñÿ èçìåíåíèå îáìåííûõ âçàèìîäåéñòâèé âíóòðè ñèñòåì ïîä âëèÿíèåì ïàðòíåðîâ (â ÷àñòíîñòè, êèñëîðîäà) ïðè ðàçëè÷íîì ðàñïîëîæåíèè ôðàãìåíòîâ îòíîñèòåëüíî äðóã äðóãà. Òåîðèÿ ðàñïàðèâàíèÿ ñïèíà â ìîëåêóëàõ â ïðîöåññå ðàäèêàëüíûõ õèìè÷åñêèõ ðåàêöèé îñâåùàåòñÿ â ðàáîòàõ Áó÷à÷åíêî À.Ë. [24, 25]. Î ïåðåðàñïðåäåëåíèè ñïèíîâîé ïëîòíîñòè â ñèíãëåòíûõ êèñëîðîäíûõ êîìïëåêñàõ ãîâîðèòñÿ â ðàáîòàõ Øåêà [25]. Äëÿ ïîäòâåðæäåíèÿ âûäâèíóòûõ ïðåäïîëîæåíèé ìåòîäàìè êâàíòîâîé õèìèè ïðîâåäåíû ïîëóýìïèðè÷åñêèå è íåýìïèðè÷åñêèå ðàñ÷åòû ýëåêòðîííûõ, ýíåðãåòè÷åñêèõ è ìàãíèòíûõ õàðàêòåðèñòèê îêèñëåííîé è âîññòàíîâëåííîé ôîðìû ëþìèôëàâèíà, âûñòóïàþùåãî â êà÷åñòâå ìîäåëè FAD êàê àêòèâíîãî öåíòðà ãëþêîçîîêñèäàçû (ÃÎ), ïðîòîíèðîâàííîãî ãèñòèäèíà His516+ è èññëåäîâàíû ìåõàíèçìû àêòèâàöèè êèñëîðîäà â áèìîëåêóëÿðíûõ êîìïëåêñàõ 3[His+ – 3Î2]+ è 3[Ëþìèôëàâèí – Î2]. Ðàñ÷åòû ýëåêòðîííûõ, ñïèíîâûõ õàðàêòåðèñòèê äëÿ âûáðàííûõ ìåæìîëåêóëÿðíûõ ðàññòîÿíèé R 1 è R 2 ïðîâåäåíû â ïðèáëèæåíèè CNDO, INDO, ÐÌ3, à òàêæå ìåòîäîì ôóíêöèîíàëà ïëîòíîñòè DFT è Ab initio ñ èñïîëüçîâàíèåì áàçèñà STO 3G. 1. Ðàñ÷åòû ýëåêòðîííûõ è ñïèíîâûõ õàðàêòåðèñòèê îêèñëåííîãî è âîññòàíîâëåííîãî ëþìèôëàâèíà Ãåîìåòðè÷åñêèå è ýëåêòðîííûå õàðàêòåðèñòèêè â âîññòàíîâëåííîì è îêèñëåííîì ëþìèôëàâèíå èçîáðàæåíû íà ðèñóíêàõ 2-5. Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ýëåêòðîííîé ýíåðãèè ïðèâåäåíû â òàáëèöå 1. Âåëè÷èíû ïîëíîé ýëåêòðîííîé ýíåðãèè, ïîëó÷åííûå ïîëóýìïèðè÷åñêèìè ìåòîäàìè CNDO, INDO PM3 è Ab initio â áàçèñå STO-3G, à òàêæå ìåòîäîì ôóíêöèîíàëà ïëîòíîñòè (DFT) ñ îáìåííî-êîððåëÿöèîííûì ïîòåíöèàëîì B3-LYP, çíà÷èòåëüíî ðàçëè÷àþòñÿ. Ó÷åò êîððåëÿöèîííîé ýíåðãèè â íåýìïèðè÷åñêèõ ðàñ÷åòàõ ïî Moller-Plesseta (ÌÐ2) ïðèâîäèò ê åùå áîëüøèì ðàçëè÷èÿì. Îäíàêî ñèíãëåò–òðèïëåòíîå (S-T) ðàñùåïëåíèå â ðàñ÷åòàõ àb initio è DFT ñ ó÷åòîì ÌÐ2 ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàþò è ðàâíû -26.82 êêàë/ìîëü è -25.58 êêàë/ ìîëü ñîîòâåòñòâåííî (òàáë. 1). Ðèñóíîê 2. Äëèíû ñâÿçåé â èçîàëëîêñàçèíîâîì ÿäðå âîññòàíîâëåííîãî ëþìèôëàâèíà, ðàññ÷èòàííûå ìåòîäîì ÐÌ3 â ðàìêàõ íåîãðàíè÷åííîãî ìåòîäà Õàðòðè-Ôîêà (ÍÕÔ) Ðèñóíîê 3. Çàðÿäû íà àòîìàõ âîññòàíîâëåííîãî ëþìèôëàâèíà, ðàññ÷èòàííûå ìåòîäîì ÐÌ3 â ðàìêàõ ÍÕÔ Ðèñóíîê 4. Äëèíû ñâÿçåé â èçîàëëîêñàçèíîâîì ÿäðå îêèñëåííîãî ëþìèôëàâèíà, ðàññ÷èòàííûå ìåòîäîì ÐÌ3 â ðàìêàõ ÍÕÔ Ðèñóíîê 5. Çàðÿäû íà àòîìå, åäèíèöà çàðÿäà ýëåêòðîíà â îêèñëåííîì ëþìèôëàâèíå, ðàññ÷èòàííûå ìåòîäîì ÐÌ3 â ðàìêàõ ÍÕÔ ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005 145 Åñòåñòâåííûå íàóêè Ðàñ÷åòû ÐÌ3, INDO, DFT áåç ó÷åòà ÌÐ2 äàþò áëèçêèå çíà÷åíèÿ S-T ðàñùåïëåíèÿ, ðàâíûå -57.71; -56.26; -53.49 êêàë/ìîëü ñîîòâåòñòâåííî. Ñîãëàñíî ðàñ÷åòàì ÐÌ3 è àb initio ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü íà àòîìàõ îêèñëåííîãî ëþìèôëàâèíà â òðèïëåòíîì ñîñòîÿíèè äåëîêàëèçîâàíà íà àòîìàõ óãëåðîäà èçîàëëîêñàçèíîâîãî êîëüöà, ïðè ýòîì íà àòîìàõ àçîòà N1 è N5 íàáëþäàåòñÿ áîëüøàÿ ïî ìîäóëþ ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü. Ìåòîäîì àb initio ïîëó÷åíû ñëåäóþùèå çíà÷åíèÿ ñïèíîâîé ïëîòíîñòè: ñ(N5) = 1,17; ñ(N1) = 1,073. Íà îñòàëüíûõ àòîìàõ ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü âçàèìíî êîìïåíñèðóåòñÿ âñëåäñòâèå âîçíèêíîâåíèÿ èíäóêòèâíîãî ñïèíîâîãî ýôôåêòà â àðîìàòè÷åñêîì êîëüöå ëþìèôëàâèíà. Ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü íà àòîìàõ êèñëîðîäà 11 Î , Î12 èçîàëëîêñàçèíîâîãî êîëüöà îñòàåòñÿ ïîëîæèòåëüíà è ïðèìåðíî ðàâíà 0.6 çà ñ÷åò ñïèí–ïîëÿðèçàöèè ñ ñîñåäíèìè àòîìàìè óãëåðîäà Ñ2 è Ñ4 ñîîòâåòñòâåííî. Çàðÿäû íà ýòèõ àòîìàõ êèñëîðîäà, ðàññ÷èòàííûå ìåòîäàìè DFT è àb initio, ñîâïàäàþò q(Î11) = q (Î12)= – 0.2e. Ðàñ÷åòû, ïðîâåäåííûå íàìè, ïîäòâåðæäàþò ðàíåå ïðåäëîæåííûé Ãàìèëüòîíîì ìåõàíèçì ãèäðèðîâàíèÿ FAD [26], îñíîâàííûé íà ïðèñîåäèíåíèè ãèäðèäèîíà Í â ïîëîæåíèå N5. Ïðè ýòîì ïðîòîí äîëæåí ïðèñîåäèíÿòüñÿ â ïîëîæåíèå N1. Çàðÿäû íà àòîìàõ N5 è N1 â ìîëåêóëå FAD ðàâíû: â îêèñëåííîé ôîðìå q(N5) = 0.12, q(N1) = 0.24; â âîññòàíîâëåííîé ôîðìå q(N5) =0.174, q(N1) =0.114, ÷òî ñîâïàäàåò ñ ðàñ÷åòíûìè çíà÷åíèÿìè, ïðèâåäåííûìè â ðàáîòå [7]. Ðàñ÷åò ýíåðãèè ñèíãëåò-òðèïëåòíîãî ðàñùåïëåíèÿ âîññòàíîâëåííîãî ëþìèôëàâèíà ïîêàçûâàåò, ÷òî çíà÷åíèÿ, ïîëó÷åííûå ðàçëè÷íûìè ìåòîäàìè, êîëåáëþòñÿ îò 30 äî 127 êêàë/ìîëü (òàáë. 1). Ïðè ýòîì çíà÷åíèÿ, ïîëó÷åííûå ìåòîäàìè DFT (-88.36 êêàë/ìîëü) è ÌÐ2 (-89.23 êêàë/ ìîëü) ïðàêòè÷åñêè ñîâïàäàþò ñî çíà÷åíèÿìè, ïîëó÷åííûìè ìåòîäîì INDO, à çíà÷åíèÿ ýíåðãèè S–T ïåðåõîäà, ïîëó÷åííûå áåç ó÷åòà ÌÐ2, áëèçêè ê çíà÷åíèÿì ýëåêòðîííûõ ýíåðãèé S – T, ðàññ÷èòàííûì ìåòîäîì àb initio áåç ó÷åòà ÌÐ2. Äëÿ âñåõ ìåòîäîâ ýíåðãèè ñèíãëåò-òðèïëåòíûõ ïåðåõîäîâ âîññòàíîâëåííîãî ëþìèôëàâèíà áîëüøå âåëè÷èíû ÄÅ(S – T) îêèñëåííîãî ëþìèôëàâèíà.  âîññòàíîâëåííîì ëþìèôëàâèíå, òàê æå, êàê è â îêèñëåííîì, èíäóöèðîâàííûé èíäóêòèâíûé ñïèíîâûé ýôôåêò â àðîìàòè÷åñêîì êîëüöå ñîõðàíÿåòñÿ, âñëåäñòâèå ÷åãî ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü íà àòîìàõ âçàèìíî êîìïåíñèðóåòñÿ, ÷òî ôèêñèðóåòñÿ ìåòîäàìè ÐÌ3 è INDO. Ìîæíî îòìåòèòü, ÷òî ýíåðãèÿ êîððåëÿöèè, âûÿâëåííàÿ ìåòîäîì ÌÐ2 â àb initio ðàñ÷åòàõ äëÿ îêèñëåííîãî ëþìèôëàâèíà â ñèíãëåòíîì è òðèïëåòíîì ñîñòîÿíèè, ðàçëè÷àåòñÿ, ïðè ýòîì â ñèíãëåòíîì ñîñòîÿíèè âåëè÷èíà ýíåðãèè ÌÐ2 áîëüøå, ÷åì â òðèïëåòíîì ñîñòîÿíèè (ÄE êîð.(ST) = -129.85 êêàë/ìîëü (5.63 ýÂ)), ÷òî ñîñòàâëÿåò áîëüøóþ ÷àñòü ýíåðãèè (S-T) îêèñëåííîãî ëþìèôëàâèíà (-157.11 êêàë/ìîëü) (òàáë. 1). Èçâåñòíî, ÷òî ÄE (S-T) = 2I, ãäå I îáìåííûé èíòåãðàë. Òàêèì îáðàçîì, âåëè÷èíà îáìåííîãî èíòåãðàëà, ñîãëàñíî ðàñ÷åòàì, â îêèñëåííîì ëþìèôëàâèíå ñîñòàâëÿåò 65 êêàë/ìîëü. Äëÿ Òàáëèöà 1. Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ýëåêòðîííûõ ýíåðãèé S0 è T1 îêèñëåííîãî (C13Í12Î2N4) è âîññòàíîâëåííîãî (C13Í14Î2N4) ëþìèôëàâèíà, âûñòóïàþùåãî â êà÷åñòâå ìîäåëè FAD, ðàññ÷èòàííûå â ðàìêàõ íåîãðàíè÷åííîãî ìåòîäà Õàðòðè-Ôîêà ðàçíûìè ìåòîäàìè Ìåòîäû Eïîëí. PM3 INDO CNDO Ab initio C13Í14Î2N4 -69030,52 1 C13Í14Î2N4 -69000,62 3 -31,37 26,34 -57,78 -27,88 Eïîëí. -111787,82 -111731,56 -112837,23 -112748,0 ÄH 0f -6652,27 -6596,02 -6795,86 -6706,63 Eïîëí. -116162,18 -116079,65 -117213,97 -117113,34 ÄH 0f -7145,35 -7062,81 -7291,32 -7190,68 Eïîëí. MP2 -537081,01 -674,41 -537054,18 -544,56 -537821,40 -654,51 -537753,43 -595,36 -537755,85 -537598,74 -538475,91 -538348,78 -539931,69 -1122,59 -539878,19 -1150,51 -540683,5 -1084,00 -540617,63 -1060,50 -541054,28 -541028,71 -541767,48 -541678,12 E Eïîëí. MP2 E ïîëíàÿ Ó MP 2 146 C13Í12Î2N4 -68239,24 3 ÄH 0f , ïîëíàÿ Ó MP 2 DFT C13Í12Î2N4 -68296,95 1 ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005 Êîáçåâ Ã.È. Ñïèíîâûå ýôôåêòû â ôåðìåíòàòèâíûõ ðåàêöèÿõ îêèñëåíèÿ ñóáñòðàòîâ êèñëîðîäîì âîññòàíîâëåííîé ôîðìû (Red) ëþìèôëàâèíà ÌÐ 2 ÄE êîð (S-T) = 59.15 êêàë/ìîëü, ÷òî çíà÷èòåëüíî ìåíüøå, ÷åì äëÿ îêèñëåííîãî ëþìèôëàâèíà. Èç ýòîãî ñëåäóåò, ÷òî îáìåííûå âçàèìîäåéñòâèÿ â îêèñëåííîé ôîðìå áîëåå ñóùåñòâåííû, ÷åì â âîññòàíîâëåííîé ôîðìå ëþìèôëàâèíà. ÌÐ 2 Ðàñ÷åòû âåëè÷èíû ÄE êîð (S-T) ìåòîäîì DFT è àb initio îòëè÷àþòñÿ, ïîñêîëüêó îáìåííî-êîððåëÿöèîííûé ïîòåíöèàë Â3-LYP óæå ó÷èòûâàåò îáìåííî-êîððåëÿöèîííóþ ýíåðãèþ. 2. Ðàñ÷åòû ýëåêòðîííûõ è ñïèíîâûõ õàðàêòåðèñòèê ïðîòîíèðîâàííîãî His516+ Ýëåêòðîííûå ýíåðãèè S0 è T1 ïðîòîíèðîâàííîãî His516+, ïîëó÷åííûå ðàçíûìè ìåòîäàìè, ïðåäñòàâëåíû â òàáëèöå 2. Çíà÷åíèÿ ÄE (S-T) èìåþò çíà÷èòåëüíûé ðàçáðîñ.  òðèïëåòíîì ñîñòîÿíèè ãèñòèäèíà ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü äâóõ íåñïàðåííûõ ýëåêòðîíîâ äåëîêàëèçîâàíà ïî àòîìàì óãëåðîäà. Íàèáîëüøàÿ ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü ñîñðåäîòî÷åíà íà àòîìàõ Ñ16, Ñ17; Ñ19 ãèñòèäèíà è ñîîòâåòñòâåííî ðàâíà 0,545; 0,595; 0,681, ÷òî â ñóììå ñîñòàâëÿåò 1.83. Îñòàëüíàÿ ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü ëîêàëèçîâàíà ñ ìàëûìè âåëè÷èíàìè íà îñòàëüíûõ àòîìàõ. Ðàñ÷åò ÐÌ3 ñèíãëåòíîãî ñîñòîÿíèÿ ïîêàçàë, ÷òî íà àòîìàõ ïÿòè÷ëåííîãî öèêëà íàáëþäàåòñÿ èíäóêòèâíûé çàðÿäîâûé ýôôåêò. Ïðè ýòîì íà àòîìàõ àçîòà ïðîñëåæèâàåòñÿ íåäîñòàòîê çàðÿäà (0,46å), à íà àòîìå êèñëîðîäà èçáûòîê ýëåêòðîííîé ïëîòíîñòè (-0,33å).  òðèïëåòíîì ñîñòîÿíèè ðàñïðåäåëåíèå çàðÿäîâ íà àòîìàõ ñîõðàíÿåòñÿ ïî çíàêó, íî èìååò ìåíüøèå ïî ìîäóëþ çíà÷åíèÿ. Ðàñ÷åòû ìåòîäàìè INDO è àb initio ïîêàçûâàþò, ÷òî ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü â òðèïëåòíîì ñîñòîÿíèè (ñ = 2) ìîæåò áûòü äåëî- êàëèçîâàíà ëèáî íà àòîìàõ óãëåðîäà è àçîòà ïÿòè÷ëåííîãî öèêëà (àb initio), ëèáî ëîêàëèçîâàíà ïî îäíîìó ñïèíó íà ðàçëè÷íûõ ôðàãìåíòàõ, ðàñïîëîæåííûõ íà çíà÷èòåëüíîì ðàññòîÿíèè äðóã îò äðóãà (INDO). Íàïðèìåð, îäèí èç ñïèíîâ ëîêàëèçîâàí íà àòîìå àçîòà (ñ(N) = 1), à âòîðîé ñïèí äåëîêàëèçîâàí ïî àòîìàì óãëåðîäà ïÿòè÷ëåííîãî öèêëà ñî çíà÷èòåëüíîé ñïèí ïîëÿðèçàöèåé. Ðàñ÷åòû ìåòîäîì CNDO äàþò íåñîãëàñîâàííóþ êàðòèíó: îäèí èç ñïèíîâ ëîêàëèçîâàí íà àòîìå êèñëîðîäà êàðáîíèëüíîé ãðóïïû (ñ(Î) = 0,89), à âòîðîé ñïèí äåëîêàëèçîâàí ïî àòîìàì àçîòà è óãëåðîäà ïÿòè÷ëåííîãî öèêëà, ïðè ýòîì ñïèí-ïîëÿðèçàöèÿ íå íàáëþäàåòñÿ (ðàçäåëåíèå ñïèíîâîé ïëîòíîñòè íà ïîëîæèòåëüíûå è îòðèöàòåëüíûå çíà÷åíèÿ íà ðàçíûõ öåíòðàõ). Òàáëèöà 2. Ñðàâíèòåëüíûå õàðàêòåðèñòèêè ýëåêòðîííûõ ýíåðãèé ïðîòîíèðîâàííîãî ãèñòèäèíà His 516+, ðàññ÷èòàííûå ðàçíûìè ìåòîäàìè â ðàìêàõ ÍÕÔ â ñèíãëåòíîì è òðèïëåòíîì ñîñòîÿíèè Ìåòîä ðàñ÷åòà PM3 INDO Ab initio DFT Ýíåðãèÿ Èññëåäóåìûé îáúåêò 1 His 516+ 3 His 516+ Eïîëí. -44576,86 -44490,54 ÄH 0f 82,07 168,39 Eïîëí. -73521,47 -73387,69 ÄH 0f -3368,43 -3234,66 Eïîëí. -338217,16 -338090,34 MP2 -377,79 -317,55 E Total Ó MP 2 -338594,95 -338407,88 Eïîëí. -339845,38 -339939,04 MP2 -600,42 -623,66 -340445,81 -340562,69 E Total Ó MP 2 Òàáëèöà 3. Çàâèñèìîñòü ýëåêòðîííîé ýíåðãèè òðèïëåòíîãî êèñëîðîäíîãî êîìïëåêñà 3[Ëþìèôëàâèí Î2]0 âîññòàíîâëåííîãî ëþìèôëàâèíà îò ìåæìîëåêóëÿðíîãî ðàññòîÿíèÿ R1 ìåæäó êèñëîðîäîì è ëþìèôëàâèíîì R1=2,6 Å R1=2,7 Å R1=2,80 Å R1=2,83 Å R1=3 Å R1=4 Å R1=5 Å – – -82499,04 -82498,93 -82498,93 -82498,89 0 ÄH f – – -82499,07 -62,18 -62,15 -62,04 -62,05 -62,01 Eïîëí. -140305,03 -140304,95 -140304,89 -140304,88 -140304,81 -140304,55 -140304,61 -7569,79 -7569,72 -7569,66 -7569,65 -7569,58 -7569,31 -7569,37 -593836,31 -551,56 -469125,35 -104,58 -469232,48 -106,62 -469259,46 -107,14 -453496,44 -206,30 -449296,97 -218,56 -630459,41 -708,25 Total Ó MP 2 -594387,87 -469229,93 -469339,10 -469366,59 -453702,75 -449515,54 -631167,66 -V/T Eïîëí. MP2 1,914 -602952,39 -593,56 -603545,95 1,712 -602963,53 -579,99 1,713 -602973,51 -577,25 1,713 -602975,93 -576,78 1,698 -476345,26 -328,60 1,691 -478123,49 -325,93 2,01 -445537,39 -275,38 -60354352 -603550,76 -603552,71 -476673,86 -478449,42 -445812,77 1,93 1,93 1,93 1,93 1,7350 1,7357 1,6828 Eïîëí, PM3 CNDO Ab initio DFT ÄH 0 f Eïîëí. MP2 E E Total Ó MP 2 -V/T ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005 147 Åñòåñòâåííûå íàóêè 3. Ðàñ÷åòû ýëåêòðîííûõ è ñïèíîâûõ õàðàêòåðèñòèê â áèìîëåêóëÿðíîì êîìïëåêñå 3[Ëþìèôëàâèí …Î2] Çíà÷åíèÿ ïîëíîé ýëåêòðîííîé ýíåðãèè è ýíåðãèè êîððåëÿöèè â çàâèñèìîñòè îò ìåæìîëåêóëÿðíîãî ðàññòîÿíèÿ R1 ìåæäó Î2 è ëþìèôëàâèíîì ïðèâåäåíû òàáëèöå 3. Ïîëó÷åííûå çíà÷åíèÿ âèðèàëà (-Y/T) äëÿ êàæäîé ñòàöèîíàðíîé òî÷êè ñóùåñòâåííî îòëè÷àþòñÿ ïî âåëè÷èíå. Ìîæíî ëèøü íà êà÷åñòâåííîì óðîâíå ñóäèòü îá èçìåíåíèè âåëè÷èíû ýíåðãèè äëÿ áëèçêèõ çíà÷åíèé âèðèàëà. Èç òàáëèöû 3 âèäíî, ÷òî ñîãëàñíî CNDO ðàñ÷åòàì ýíåðãèÿ òðèïëåòíîãî êîìïëåêñà 3[Ëþìèôëàâèí – 3Î2] ïðàêòè÷åñêè íå èçìåíÿåòñÿ â èíòåðâàëå 2.6-5 Å (èçìåíåíèÿ ñîñòàâëÿþò 1 êêàë/ìîëü). Ðåçóëüòàòû CNDO ðàñ÷åòîâ âïîëíå îáúÿñíèìû, ïîñêîëüêó ìåòîä íå ïàðàìåòðèçîâàí äëÿ îïèñàíèÿ ìåæìîëåêóëÿðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. Ñîãëàñíî àb initio ðàñ÷åòàì áåç ó÷åòà ýíåðãèè êîððåëÿöèè ìåòîäîì ÌÐ2, â òî÷êå ñ R1 = 2.83 Å íàáëþäàåòñÿ ìèíèìóì ýëåêòðîííîé ýíåðãèè. Òàêèì îáðàçîì, èç êà÷åñòâåííûõ ñîîáðàæåíèé ìîæíî ñäåëàòü âûâîäû, ÷òî âîññòàíîâëåííûé ëþìèôëàâèí ìîæåò îáðàçîâûâàòü äîñòàòî÷íî óñòîé÷èâûé êîìïëåêñ ñ òðèïëåòíûì êèñëîðîäîì (ýíåðãèè ñðàâíèâàëèñü ïðè áëèçêèõ çíà÷åíèÿõ âèðèàëà). Ýíåðãèÿ êîððåëÿöèè ÌÐ2 èçìåíÿåòñÿ ïðè ñáëèæåíèè ôðàãìåíòîâ. DFT ðàñ÷åòû ïîäòâåðæäàþò ýòó òåíäåíöèþ (òàáë. 3). Îáìåííî-êîððåëÿöèîííàÿ ýíåðãèÿ ìîæåò áûòü ðàññ÷èòàíà êàê ðàçíîñòü ýíåðãèé DFT è CNDO â ñòàöèîíàðíûõ òî÷êàõ.  ýòîì ñëó÷àå òî÷êà ìèíèìóìà ïîëíîé ýíåðãèè ñîâïàäàåò ñ ìèíèìóìîì êðèâîé îáìåííî-êîððåëÿöèîííîé ýíåðãèè, ÷òî ñâèäåòåëüñòâóåò î çíà÷èòåëüíîì îáìåííîì âçàèìîäåéñòâèè íà êèñëîðîäå è èíäóöèðîâàííîì íåçíà÷èòåëüíîì îáìåííîì âçàèìîäåéñòâèè íà ëþìèôëàâèíå. 4. Ðàñ÷åòû ýëåêòðîííûõ è ñïèíîâûõ õàðàêòåðèñòèê â áèìîëåêóëÿðíîì êîìïëåêñå 3[His++ 3Î2]+ Õàðàêòåðèñòèêè êîìïëåêñà ðàññ÷èòàíû íåýìïèðè÷åñêèì ìåòîäîì â áàçèñå STO-3G, à òàêæå ïîëóýìïèðè÷åñêèìè ìåòîäàìè CNDO, ÐÌ3 â ðàìêàõ íåîãðàíè÷åííîãî Õàðòðè-Ôîêà ñ çàðÿäîì êîìïëåêñà êàòèîíà ïëþñ îäèí. Âçàèìíîå ðàñïîëîæåíèå àòîìîâ êèñëîðîäà è ãèñòèäèíà ïîñëå îïòèìèçàöèè â êîìïëåêñå ïðèâåäåíî íà ðèñóíêå 6. Çà êîîðäèíàòó ðåàêöèè ïðèíÿòî ðàññòîÿíèå ìåæäó îäíèì èç àòîìîâ âîäîðîäà ñâÿçè N-H ïÿòè÷ëåííîãî öèêëà è àòîìîì êèñëîðîäà â ìîëåêóëå Î2. 148 ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005 Ðèñóíîê 6. Îïòèìèçèðîâàííàÿ ãåîìåòðèÿ êîìïëåêñà 3 [His+ 3Î2]+ ñ óêàçàíèåì íîìåðîâ àòîìîâ â ïÿòè÷ëåííîì öèêëå ãèñòèäèíà Ýíåðãåòè÷åñêèå è ñïèíîâûå õàðàêòåðèñòèêè êîìïëåêñà äëÿ ðàçëè÷íûõ ìåæìîëåêóëÿðíûõ ðàññòîÿíèé, ðàññ÷èòàííûå ðàçíûìè ìåòîäàìè, ïðèâåäåíû â òàáëèöàõ 4-6. Ab initio ðàñ÷åòû äàþò ìèíèìóì ïîëíîé ýëåêòðîííîé ýíåðãèè â îêðåñòíîñòè òî÷êè R2 = 4 Å, ïðè ýòîì îáìåííî-êîððåëÿöèîííàÿ ýíåðãèÿ â òî÷êå ìèíèìóìà ïîëíîé ýëåêòðîííîé ýíåðãèè èìååò âíîâü íàèìåíüøåå çíà÷åíèå, à ñïèíîâàÿ ïëîòíîñòü íà àòîìàõ Î2 îòëè÷íà îò åäèíèöû è ñîñòàâëÿåò íà êàæäîì àòîìå ïî 0.5 (òàáë. 3). Çàêëþ÷åíèå Ðàñ÷åò ýëåêòðîííûõ è ñïèíîâûõ õàðàêòåðèñòèê ìåòîäàìè ab initio, DFT, CNDO, PM3 â ðàìêàõ ÍÕÔ â êîìïëåêñàõ 1,3[Ëþìèôëàâèí Î2] è 1,3 [Î2 …His516+ ]+ äëÿ ðàçëè÷íûõ ðàññòîÿíèé R1 è R2 ïîêàçàë, ÷òî â ïðèñóòñòâèå êèñëîðîäà íà àòîìàõ ëþìèôëàâèíà è àòîìàõ ïðîòîíèðîâàííîãî His516+ âîçíèêàþò èíäóöèðîâàííûå âçàèìîêîìïåíñèðóþùèåñÿ ñïèíîâûå ïëîòíîñòè ñ ðàçëè÷íûìè ñõåìàìè ðàñïàðèâàíèÿ áåç èçìåíåíèÿ ïîëíîãî ñïèíà ñèñòåìû. Êàæäàÿ ñõåìà ðàñïàðèâàíèÿ õàðàêòåðèçóåòñÿ ñâîåé ýíåðãèåé. Ðàñ÷åòû ïîäòâåðæäàþò ðàíåå ïðåäëîæåííûé ìåõàíèçì ãèäðèðîâàíèÿ FAD, îñíîâàííûé íà ïðèñîåäèíåíèè ãèäðèä èîíà Í? â ïîëîæåíèè N5. Ïðè ýòîì ïðîòîí ïðèñîåäèíÿåòñÿ â ïîëîæåíèå N1 [26]. Çàðÿäû íà àòîìàõ N5 è N1 â â îêèñëåííîé ôîðìå ìîëåêóëû FAD ðàâíû: 0.12 è -0.24å ñîîòâåòñòâåííî, à â âîññòàíîâëåííîé ôîðìå ýòè çíà÷åíèÿ ñîñòàâëÿþò 0.174 è 0.114å. Íåýìïèðè÷åñêèìè è ïîëóýìïèðè÷åñêèìè ðàñ÷åòàìè ïîêàçàíî, ÷òî â êîìïëåêñàõ 1,3[Ëþìèôëàâèí Î2] è 1,3[Î2 …His516+ ]+ òî÷êà ìè- Êîáçåâ Ã.È. Ñïèíîâûå ýôôåêòû â ôåðìåíòàòèâíûõ ðåàêöèÿõ îêèñëåíèÿ ñóáñòðàòîâ êèñëîðîäîì Òàáëèöà 4. Ïîëíàÿ, êîððåëÿöèîííàÿ ýíåðãèÿ è ðàñïðåäåëåíèå ñïèíîâîé ïëîòíîñòè íà àòîìàõ êîìïëåêñà 3[His++ 3Î2]+ ïðè ïåðåìåííîì çíà÷åíèè R2, ïîëó÷åííûå ìåòîäîì àb initio â ðàìêàõ íåîãðàíè÷åííîãî ìåòîäà Õàðòðè-Ôîêà Ñèìâîë è íîìåð àòîìà O13 O14 N15 C16 C17 N18 C19 Eïîëí. MP2 E Total Ó MP 2 R2=1,5; Å 0 -0,001 -0,088 0 0 0 -0,061 -340103,31 -5,01 R2=2; Å 0,666 0,331 0 0 0 0 0 -379536,28 -59,06 -340108,33 -379595,34 Ñïèíîâûå ïëîòíîñòè R2=3; Å 0 0 0 0 -0,002 0 0 -351594,66 -17,520 -351612,18 R2=4; Å 0,497 0,503 0,007 0,003 0 0 0 -381413,53 -67,26 R2=5; Å 0,604 0,396 0,004 0,524 0,549 0,004 0 -325322,75 -22,93 -381480,79 -325543,68 Òàáëèöà 5. Ïîëíàÿ, êîððåëÿöèîííàÿ ýíåðãèÿ è ðàñïðåäåëåíèå ñïèíîâîé ëîòíîñòè íà àòîìàõ êîìïëåêñà 3[His++ 3Î2]+ ïðè ïåðåìåííîì çíà÷åíèè R2, ðàññ÷èòàííûå ìåòîäîì ÐÌ3 â ðàìêàõ íåîãðàíè÷åííîãî ìåòîäà Õàðòðè-Ôîêà Ñèìâîë è íîìåð àòîìà O13 O14 N15 C16 C17 N18 C19 ñ His Eïîëí, 0 ÄH f R2=1,5; Å 1,076 0,909 0,008 0,015 -0,011 0,006 0,001 0,019 -58007,05 R2=2; Å 1,068 0,930 0,005 -0,005 0,005 -0,002 -0,001 0,002 -58033,86 116,03 89,23 Ñïèíîâûå ïëîòíîñòè R2=3; Å 1,038 0,962 0 0 0 0,001 -0,001 0 -58042,73 80,35 R2=4; Å 1,023 0,977 0 0 0 0,001 -0,001 0 -58043,22 R2=5; Å 1,015 0,985 0,001 0 0 0 -0,001 0 -58043,0 79,86 79,82 Òàáëèöà 6. Ðàñïðåäåëåíèå ñïèíîâîé ïëîòíîñòè íà àòîìàõ êîìïëåêñà 3[His++ 3Î2]1 è ïîëíàÿ ýíåðãèÿ ïðè ïåðåìåííîì Ñèìâîë è íîìåð àòîìà O13 O14 N15 C16 C17 N18 C19 ñ(His) Eïîëí, R2=1,5; Å 0,993 0,970 0,038 0,006 0,001 0,001 0,005 0,051 -99540,57 R2=2; Å 1,018 0,978 0,005 0 0 0 0 0,005 -99539,5 íèìóìà ïîëíîé ýëåêòðîííîé ýíåðãèè ñîîòâåòñòâóåò ìèíèìóìó êðèâîé îáìåííî-êîððåëÿöèîííîé ýíåðãèè, â êîòîðîé Ì(b–a) áóäåò ìàêñèìàëüíûì è, êàê ñëåäñòâèå, ãåíåðàöèÿ ñèíãëåòíîãî êèñëîðîäà áóäåò îáëåã÷åíà. Ðàñ÷åòû ñî âñåé î÷åâèäíîñòüþ ñâèäåòåëüñòâóþò, ÷òî êèñëîðîä ñòðåìèòñÿ çàíÿòü òàêîå ïîëîæåíèå â êîìïëåêñå, â êîòîðîì îí áóäåò íàèáîëåå àêòèâèðîâàí. Ñïèíîâûå ïëîòíîñòè R2=3; Å 1,022 0,978 0 0 0 0 0 0 -99534,18 R2=4; Å 1,013 0,987 0 0 0 0 0 0 -99534,02 R2=5; Å 1,009 0,991 0 0 0 0 0 0 -99533,99 Ìåõàíèçì ñíÿòèÿ ñïèíîâîãî çàïðåòà â õèìè÷åñêèõ ðåàêöèÿõ îêèñëåíèÿ êèñëîðîäîì ìîæåò áûòü îñíîâàí íà èíäóöèðîâàíèè ìàêñèìàëüíîé âåëè÷èíû ìîìåíòà ïåðåõîäà Ì(ba) â êèñëîðîäå, à òàêæå ñâÿçàí ñ èçìåíåíèåì ñïèíîâîé ïëîòíîñòè íà àòîìàõ òðèïëåòíîãî ìîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîäà âñëåäñòâèå âîçíèêíîâåíèÿ îáìåííî-êîððåëÿöèîííîãî ïîòåíöèàëà â êèñëîðîäíûõ êîìïëåêñàõ. Ñïèñîê èñïîëüçîâàííîé ëèòåðàòóðû: 1. Óàéò À., Õåíäëåð Ô., Ñìèò Ý., Õèëë Ð., Ëåìàí È. Îñíîâû áèîõèìèè. Ò. 1. Ì.: Ìèð, 1981. 532 ñ. 2. Ìåöëåð. Áèîõèìèÿ. Ò 2, ñ. 134. Ì.: Ìèð, 1980. 560 ñ. ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005 149 Åñòåñòâåííûå íàóêè 3. Ìàëåð Ã., Êîðäåñ Þ. Îñíîâû áèîëîãè÷åñêîé õèìèè. Ì.: Ìèð, 1970. 560 ñ. 4. Êðåòîâè÷ Â.Ë. Áèîõèìèÿ ðàñòåíèé: Ó÷åáíèê äëÿ áèîë. Ôàêóëüòåòîâ óí-òîâ. Ì.: Âûñøàÿ øêîëà,1980. 445 ñ. 5. Ïëåøêîâ Á.Ï. Áèîõèìèÿ ñåëüñêîõîçÿéñòâåííûõ ðàñòåíèé. 5-å èçä., äîï. è ïåðåðàá. Ì.: Àãðîïðîìèçäàò, 1987. 494 ñ. 6. Ìåðçëÿê Ì.Í., Àêòèâèðîâàííûé êèñëîðîä è æèçíåäåÿòåëüíîñòü ðàñòåíèé, // Ñîðîñîâñêèé îáðàçîâàòåëüíûé æóðíàë. 1999, ¹9, ñ 15. 7. Ìèíàåâ Á.Ô., Ìèíàåâà Â. À., Ëåùåíêî Â. Í. // Æ. Áèîïîëèìåðû è êëåòêà (Óêðàèíà), 2004. Ò. 20, ¹3. Ñ. 224-232. 8. Ìèíàåâ Á. Ô. Ýëåêòðîííûå ìåõàíèçìû áèîàêòèâàöèè ìîëåêóëÿðíîãî êèñëîðîäà. // Óêðàèíñêèé áèîõèìè÷åñêèé æóðíàë. 2002. V. 74. ¹3. Ñ. 6-14. 9. Minaev B. Spin effects in reductive activation of O2 by oxidase enzymes. // RIKEN Rev. 2002. V. 44. P. 147-149. 10. Prabhakar R., Siegbahn P., Minaev B.F., Ågren H. Activation of triplet dioxigen by glucose oxidase. // J. Phys. Chem. Â. 2002. V. 106. P. 3742-3750. 11. Klinman J. P. Life as aerobes: are there simple rules for activation of Cavelier G., Amzel L.M. Mechanism of NAD(P)H:Quinone Reductase: Ab Initio Studies of Reduced Flavin. // PROTEINS: Structure, Function and Genetics. 2001. V. 43. P. 420-432. 12. Meyer M. Density functional study of isoalloxazine and C4a-hydroperoxidihydroisoalloxazine. // J. Mol. Struct. 1997. V. 417. P. 163-168. 13. Êóòîâàÿ Î.Â., Êîáçåâ Ã.È.. Ïîëÿðèçàöèÿ ñïèíîâîé ïëîòíîñòè íà FAD è His516+ ïðè àêòèâàöèè êèñëîðîäàâ êàòàëèòè÷åñêîì öèêëå. // Ìàòåð. Ìåæäóí. êîíô. ñòóä. è àñïèð. ïî ôóíä. íàóêàì «Ëîìîíîñîâ-2004». Ñåêöèÿ «Õèìèÿ», ò.2. Ì.,2004. ñ.128Ò. 14. Minaev B.F., Lunell S., Kobzev G.I.. The influence of intermolecular interaction On the forbidden near-IR transitions in molecular Oxygen. // J. of Mol. Struct.(Theochem) 284. 1993 ñ. 1-9 15. Minaev B.F., Lunell S., Kobzev G.I.. Collision-induced intensity of the b ( 1Sg+)®a(1Dg) transition in molecular oxygen: Model calculations for the collision complex O2+H2. // Int. J.Quant. Chem.V.50, 1994 ñ. 279-292. 16. Êîáçåâ Ã.È. Çàâèñèìîñòü ìîìåíòîâ ïåðåõîäîâ (a-X) è (b-a) â êèñëîðîäå îò ñòðóêòóðû è ÷èñëà ìîëåêóë â ñðåäå è èõ âçàèìíîé îðèåíòàöèè. // Òðóäû VII Ìåíäåëååâñêîãî ñúåçäà ïî îáùåé è ïðèêëàäíîé õèìèè Êàçàíü 19-24 ñåíòÿáðÿ 2003 ã ò.1. ñ. 140. 17. Êîáçåâ Ã.È. Ìóëäàõìåòîâ Ç.Ì.,Ôåäóëîâà È.Â. Ïåðåíîñ ýíåðãèè îò ñåíñèáèëèçàòîðà è êèñëîðîäà íà ðàñòâîðèòåëü â òðèìîëåêóëÿðíîì êîìïëåêñå O2 CH3OH C2H4. // Òðóäû ìåæäóíàðîäíîé íàó÷íîé è íàó÷íî-ìåòîäè÷åñêîé êîíôåðåíöèè «Íàóêà è îáðàçîâàíèå 1997», ïîñâÿùåííîé 1500-ëåòèþ ã. Òóðêåñòàíà è 60-ëåòèþ èíñòèòóòà. Øûìêåíò, 1997. ñ.337-338. 18. Êîáçåâ Ã.È. Ìèíàåâ Á.Ô., Ìóëäàõìåòîâ Ç.Ì., Ìàðòûíîâ Ñ.È., Áåçíîñþê Ñ.À., Ìîçãîâàÿ Ò.À. Ìåõàíèçì âîçðàñòàíèÿ èíòåíñèâíîñòè a(1 Dg) b (1Sg+) ïåðåõîäà â ìîëåêóëå êèñëîðîäà ïîä âëèÿíèåì ìåæìîëåêóëÿðíîãî âçàèìîäåéñòâèÿ. // Îïòèêà è ñïåêòðîñêîïèÿ 1997. ò.83, ¹1, ñ. 64-68. 19. Ìèíàåâ Á.Â., Ìóëäàõìåòîâ Ç.Ì., Ôåäóëîâà Å.È., Èâàíîâà Í.Ì., Êîáçåâ Ã.È. Êîîïåðàòèâíîå âëèÿíèå ìîëåêóë Ñ2H4 è Í2 íà ïåðåõîäû b-a è a-X â ìîëåêóëå Î 2 â òðîéíîì êîìïëåêñå. // Æóðí. «ïðèêëàäíîé ñïåêòðîñêîïèè.» (ÆÏÑ). 2000. ¹4, ò.67, ñ.453-456. 20. Êîáçåâ Ã.È., Ìèíàåâ Á.Ô., Ìóëäàõìåòâ Ç.Ì., Íóðòàêàíîâà Æ.Ó. Èññëåäîâàíèå a( 1 Dg) ® Õ(4åg-) è b(1Sg+)®(1 Dg) èçëó÷àòåëüíûõ ïåðåõîäîâ â òðîéíîì êîìïëåêñå ñòîëêíîâåíèé Î2 Ñ2H4 Í2Î. // Òðóäû ìåæäóíàðîäíîé íàó÷íîé êîíôåðåíöèè «Íàóêà è îáðàçîâàíèå âåäóùèé ôàêòîð ñòðàòåãèè «Êàçàõñòàí 2030». Êàðàãàíäà, 2000. ñ.381 384 21. Minaev B.F., Kobzev G.I. Response calculations of electronic and vibrational transitions in molecular oxygen induced by interaction with noble gases // J. Spectrochimica Acta Part A 00 (2003) p.1-24. 22. Êîáçåâ Ã.È. Çàâèñèìîñòü ýëåêòðîäèïîëüíûõ ìîìåíòîâ ïåðåõîäîâ Ì(à-Õ) È Ì(b-a) â Î 2 îò âçàèìíîãî ðàñïîëîæåíèÿ ìîëåêóë Ñ2Í4 è N2 â òðîéíîì êîìïëåêñå ñòîëêíîâåíèé Ñ2Í4 Î2 N2. // Òðóäû ðåãèîíàëüíîé øêîëû-ñåìèíàðà êâàíòîâî-õèìè÷åñêèå ðàñ÷åòû: ñòðóêòóðà è ðåàêöèîííàÿ ñïîñîáíîñòü îðãàíè÷åñêèõ è íåîðãàíè÷åñêèõ ìîëåêóë. Èâàíîâî 12-15 àïðåëÿ 2003ã.ñ.812 23. Êîáçåâ Ã.È. Òåîðåòè÷åñêîå èññëåäîâàíèå îñíîâíîãî è ïåðâûõ âîçáóæäåííûõ ýëåêòðîííûõ ñîñòîÿíèé êèñëîðîäíûõ êîìïëåêñîâ ñòîëêíîâåíèé. // Àâòîðåô. äèñ êàíäõèì. íàóê: Êàðàãàíäà, 1996. 24 ñ. 24. Áó÷à÷åíêî À.À., Ñàãäååâ Ð.Ç., Ñàëèõîâ Ê.Ì. Ìàãíèòíûå è ñïèíîâûå ýôôåêòû â õèìè÷åñêèõ ðåàêöèÿõ. Íîâîñèáèðñê: Íàóêà, 1978. 366 ñ. Áó÷à÷åíêî À.Ë., Áåðäèíñêèé Â.Ë.. // Êèíåòèêà è Êàòàëèç, 1996. 37, Ñ. 615. 25. Øåêà Å.Ô. Î ïðèðîäå õèìè÷åñêîé àêòèâíîñòè ôóëëåðåíà Ñ60 // â ïå÷àòè. 26. Òåðíåé À. Ñîâðåìåííàÿ îðãàíè÷åñêàÿ õèìèÿ. Ò2. Ì.: Ìèð, 1981. 651ñ. 150 ÂÅÑÒÍÈÊ ÎÃÓ 9`2005
