Manganese superoxide dismutases (Mn

Manganese superoxide dismutases (MnSODs) are enzymes that convert two molecules of the poisonous superoxide radical into molecular oxygen and hydrogen peroxide. During the reaction, the manganese ion cycles between the Mn2+ and Mn3+ oxidation states and accomplishes its enzymatic action in two half-cycles (corresponding to the oxidation and reduction of O2•−). Despite many experimental and theoretical studies dealing with SODs, including quantum chemical active-site-model studies of numerous variants of the reaction mechanisms, several details of MnSOD enzymatic action are still unclear. In this study, we have modeled and compared four reaction pathways (one associative, one dissociative, and two second-sphere) in a protein environment using the QM/MM approach (combined quantum and molecular mechanics calculations) at the density functional theory level. The results were complemented by CASSCF/CASPT2/MM single-point energy calculations for the most plausible models to account properly for the multireference character of the various spin multiplets. The results indicate that the oxidation of O2•− to O2 most likely occurs by an associative mechanism following a two-state (quartet−octet) reaction profile. The barrier height is estimated to be less than 25 kJ·mol−1. On the other hand, the conversion of O2•− to H2O2 is likely to take place by a second-sphere mechanism, that is, without direct coordination of the superoxide radical to the manganese center. The reaction pathway involves the conical intersection of two quintet states, giving rise to an activation barrier of ∼60 kJ·mol−1. The calculations also indicate that the associative mechanism can represent a competitive pathway in the second half-reaction with the overall activation barrier being only slightly higher than the activation barrier in the second-sphere mechanism. The activation barriers along the proposed reaction pathways are in very good agreement with the experimentally observed reaction rates of SODs (kcat ≈ 104−105 s−1).

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

Dismutases ซูเปอร์ออกไซด์แมงกานีส (MnSODs) เป็นเอนไซม์ที่แปลงโมเลกุลออกซิเจนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ 2 โมเลกุลของซูเปอร์ออกไซด์ที่เป็นพิษรุนแรง ในระหว่างปฏิกิริยา ไอออนแมงกานีสรอบระหว่าง Mn2 + และ Mn3 + อเมริกาเกิดออกซิเดชัน และสำเร็จการกระทำของเอนไซม์ในระบบในสองครึ่งรอบ (ที่สอดคล้องกับการเกิดออกซิเดชันและลดของ O2•−) แม้ มีหลายทฤษฎี และทดลองศึกษากับ SODs ควอนตัมเคมีรูปแบบเว็บไซต์ใช้งานศึกษาของตัวแปรต่าง ๆ ของกลไกปฏิกิริยา รวมทั้งรายละเอียดหลาย MnSOD เอนไซม์ในระบบการดำเนินการจะยังคงชัดเจน ในการศึกษานี้ เราได้จำลอง และเปรียบเทียบ 4 ปฏิกิริยามนต์ (dissociative สัมพันธ์ หนึ่งเดียว และสองทรงกลมสอง) ในโปรตีนใช้วิธี QM/MM (รวมควอนตัมและกลศาสตร์โมเลกุลคำนวณ) ที่ระดับความหนาแน่นทฤษฎีทำงาน ผลลัพธ์ได้ครบครัน โดยคำนวณพลังงานจุดเดียว CASSCF/CASPT2/MM สำหรับรุ่นเป็นไปได้มากที่สุดให้ถูกอักขระ multireference ของ multiplets หมุนต่าง ๆ ผลลัพธ์บ่งชี้ว่า เกิดออกซิเดชันของ O2•− กับ O2 จะเกิดขึ้น โดยกลไกที่เกี่ยวข้องดังต่อไปนี้เป็นสองสถานะ (quartet−octet) ปฏิกิริยาโพรไฟล์ มีประเมินความสูงของสิ่งกีดขวางจะ kJ·mol−1 น้อยกว่า 25 บนมืออื่น ๆ การแปลง O2•− H2O2 เป็นแนวโน้มที่จะเกิดขึ้น โดยทรงกลมสองกลไก นั่นคือ โดยไม่มีการประสานงานโดยตรงของซูเปอร์ออกไซด์ที่รุนแรงศูนย์แมงกานีส ทางเดินของปฏิกิริยาเกี่ยวข้องกับการตัดทรงกรวยรัฐสอง quintet ให้เพิ่มขึ้นเพื่อกั้นการเปิดของ ∼60 kJ·mol−1 การคำนวณแสดงว่า กลไกที่เกี่ยวข้องสามารถแสดงทางเดินแข่งขันในสองครึ่งปฏิกิริยากับอุปสรรคการเปิดใช้งานโดยรวมมีเพียงเล็กน้อยสูงกว่ากำแพงเปิดใช้งานในระบบทรงกลมสอง อุปสรรคการเปิดใช้งานตามหลักเสนอปฏิกิริยาอยู่ในข้อตกลงที่ดีด้วยราคา experimentally สังเกตปฏิกิริยาของ SODs (kcat ≈ 104−105 s−1)

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

แมงกานีส superoxide dismutases (MnSODs) เป็นเอนไซม์ที่แปลงสองโมเลกุลของพิษอนุมูลอิสระ superoxide เข้าไปในโมเลกุลออกซิเจนและไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยารอบไอออนแมงกานีสระหว่าง MN2 + + และ MN3 ออกซิเดชันฯ และสำเร็จการกระทำของเอนไซม์ในสองรอบครึ่ง (ตรงกับการเกิดออกซิเดชันและการลดลงของ O2 • -) แม้จะมีหลายการศึกษาทดลองและทฤษฎีที่เกี่ยวข้องกับการ SODs รวมทั้งสารเคมีควอนตัมการศึกษาที่ใช้งานเว็บไซต์รูปแบบของสายพันธุ์ต่างๆของกลไกปฏิกิริยารายละเอียดของการดำเนินการหลาย MnSOD เอนไซม์ยังไม่ชัดเจน ในการศึกษาครั้งนี้เราได้สร้างแบบจำลองและเมื่อเทียบกับสี่วิถีปฏิกิริยา (หนึ่งเชื่อมโยงทิฟหนึ่งและสองทรงกลมที่สอง) ในสภาพแวดล้อมที่มีโปรตีนโดยใช้ QM / MM วิธี (ควอนตัมรวมและการคำนวณกลศาสตร์โมเลกุล) ที่ระดับความหนาแน่นของทฤษฎีการทำงาน ผลการวิจัยที่ครบครันด้วย CASSCF / CASPT2 / MM จุดเดียวการคำนวณพลังงานสำหรับรูปแบบที่เป็นไปได้มากที่สุดในการบัญชีอย่างถูกต้องสำหรับตัวละคร multireference ของมัลติสปินต่างๆ ผลการศึกษาพบว่าการเกิดออกซิเดชันของ O2 • - เพื่อ O2 ส่วนใหญ่มีแนวโน้มจะเกิดขึ้นโดยกลไกการเชื่อมโยงต่อไปนี้สองรัฐ (สี่-octet) รายละเอียดการเกิดปฏิกิริยา ความสูงของกำแพงคาดว่าจะน้อยกว่า 25 กิโลจูล· mol-1 บนมืออื่น ๆ , การเปลี่ยนแปลงของ O2 • - เพื่อ H2O2 มีแนวโน้มที่จะเกิดขึ้นโดยกลไกที่สองทรงกลมที่เป็นโดยไม่ต้องประสานงานโดยตรงของอนุมูลอิสระ superoxide ไปยังศูนย์แมงกานีส ทางเดินปฏิกิริยาที่เกี่ยวข้องกับการแยกรูปกรวยของสองประเทศกลุ่มให้สูงขึ้นเพื่อกระตุ้นการทำงานของอุปสรรค ~60 กิโลจูล· mol-1 การคำนวณยังแสดงให้เห็นว่ากลไกการเชื่อมโยงสามารถเป็นตัวแทนของทางเดินในการแข่งขันในครึ่งปฏิกิริยาที่สองกับอุปสรรคยืนยันการใช้งานโดยรวมเป็นเพียงเล็กน้อยสูงกว่าอุปสรรคในการเปิดใช้งานกลไกทรงกลมสอง อุปสรรคการเปิดใช้งานตามวิถีปฏิกิริยาที่นำเสนออยู่ในข้อตกลงที่ดีมากที่มีอัตราการเกิดปฏิกิริยาสังเกตการทดลองของ SODs (kcat ≈ 104-105 s-1)

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

แมงกานีสออกไซด์ dismutases ( mnsods ) เป็นเอนไซม์ที่แปลงสองโมเลกุลของอนุมูลอิสระเป็นโมเลกุลออกซิเจนเป็นพิษออกไซด์และไฮโดรเจนเปอร์ออกไซด์ ในระหว่างการเกิดปฏิกิริยา , แมงกานีสไอออนรอบระหว่าง mn2 mn3 สถานะออกซิเดชันและประสบความสำเร็จของการกระทำและเอนไซม์ สองรอบครึ่ง ( สอดคล้องกับปฏิกิริยาออกซิเดชันและการลดของ O2 •− )แม้จะมีหลายทฤษฎีและการศึกษาทดลองเกี่ยวกับ Sods รวมทั้งเคมีควอนตัมปราดเปรียวเว็บไซต์รูปแบบการศึกษาของหลายตัวแปรของกลไกปฏิกิริยาของเอนไซม์ การกระทำ mnsod รายละเอียดต่างๆยังไม่ชัดเจน ในการศึกษานี้เราได้สร้างและเปรียบเทียบแนวทางสี่ปฏิกิริยา ( หนึ่งเชื่อมโยงหนึ่งการสูญเสีย , ,และสองที่สองทรงกลม ) ในสภาพแวดล้อมที่เป็นโปรตีนใช้ QM / MM วิธีการ ( รวมควอนตัมและโมเลกุลกลศาสตร์การคำนวณ ) ในทฤษฎีการทำงานความหนาแน่นระดับ ผลลัพธ์ที่ได้โดยสมบูรณ์ casscf / caspt2 / มม. จุดเดียวพลังงานการคำนวณสำหรับรุ่นที่น่าเชื่อถือที่สุดในบัญชีอย่างถูกต้องสำหรับ multireference ตัวละครของ multiplets ปั่นต่างๆ