Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 9
1.1. Строение и механизм действия сериновых протеаз 9
1.1.1. Строение активного центра сериновых протеаз 9
1.1.2. Механизм действия сериновых протеаз типа трипсина и хемотрипсина 12
1.1.3. Участие имидазольного кольца гистидина в каталитическом цикле 14
1.1.4. Водородные связи в каталитической триаде , 15
1.1.5. Теоретическое моделирование реакции гидролиза пептидной связи в активном центре сериновых протеаз vj
2.1 Соединения меди с молекулами СОа, CS2 и OCS 18
2.1.1. Реакции меди сСОа 20
2.1.2. Реакции меди с OCS 25
2.1.3. Реакции меди с CS2 27
1.3 Строение координационной сферы цинка в активном центре белка NCp7 29
1,4, ДНК алкшіирующие агенты на основе комплексов платины и их свойства 34
1-4.1. Механизм действия комплексов платины на примере цисплатина 35
1.4-2. Взаимодействие комплексов платины (IV) с биомолекулами 40
1.5- Методы моделирования механизмов реакций в
биохимических системах, использованные в данной работе... 43
Глава 2. Построение профиля ППЭ и механизм реащии гидролиза субстрата, катализируемой серинооыми протеазами 49
2.1. Методы расчета 49
2.2. Используемая модель 49
2.3- Построение профиля ППЭ реакции гидролиза пептидной связи в активном центре сериновых протеаз 54
Глава 3- Моделирование профиля реакции внедрения атомов меди вС-Х(Х= S, О)связь бо
3-і. Методы расчета 6о
3-2. СО*, CS2 и OCS 6i
3-3- CuS и CS 62
3-4- Исследование ППЭ взаимодействия атомов меди с дисульфидом углерода
3-4-і- Механизм реакции 65
3-4-2. Альтернативные пути взаимодействия 6у
3-4-3- Сравнение с экспериментальными данными 68
3-5- Исследование ППЭ взаимодействия атомов меди с сульфид карбонилом уо
3-5Л. Механизм реакции , 72
3-5-2. Сравнение с экспериментальными результатами 72
З-б. Исследование ППЭ взаимодействия атомов меди с диоксидом углерода 73
Глава 4 Моделирование взаимодействия фрагмента белка ядериой оболочки вируса иммунодефицита человека с азодикарбой амидом 77
4-і. Методы расчета 77
4-2. Строение реагентов 78
4.2.1. Цинксодержащий фрагмент белка NCp7 78
4.2.2. Азодикарбонамид 79
4-3- Построение сечений ППЭ реакции азодикарбонамида и модели активного центра белка
4.3.1. Взаимодействие цис-АДАС1МН+) с цинксодержащим фрагментом 82
4-3-2. Взаимодействие транс- АДА(СОН+) с цинксодержащим фрагментом 8з
4-3-3- Взаимодействие цис- AflA(NH3+) с цинксодержащим фрагментом 84
4-3-4- Взаимодействие транс- АДА с цинксодержащим фрагментом 84
4-4- Механизм взаимодействия АДА с цинксодержащим фрагментом белка NCp7 84
Глава 5 Моделирование реакции [Pt(NH3)2Cl4] и SCH3~ 86
5.1. Методы расчета 86
5.2. Поиск окрестности переходного состояния 86
5-3- Выбор модели реагента 87
5-4- Электронное строение комплекса 87
5-5- Моделирование реакции цис - [Рі(МН3)гСІ4] метил тиолят ионом без учета окружения
5-6. Моделирование реакции цис - [Pt(NH3)2Cl4]
с метил тиолят ионом в водном окружении 93
5-7- Влияние учета электронной корреляции на энергию активации реакции 95
Основные результаты и выводы 99
Список литературы
- Механизм действия сериновых протеаз типа трипсина и хемотрипсина
- Построение профиля ППЭ реакции гидролиза пептидной связи в активном центре сериновых протеаз
- Исследование ППЭ взаимодействия атомов меди с дисульфидом углерода
- Взаимодействие цис-АДАС1МН+) с цинксодержащим фрагментом
Введение к работе
Молекулярное моделирование становится все более распространенным способом исследования механизмов биохимических процессов. С позиций квантовой химии задача заключается в построении поверхностей потенциальной энергии (ППЭ) и нахождении профилей путей реакции, что включает локализацию стационарных точек на ППЭ, отвечающих реагентам, продуктам, переходным состояниям и возможным промежуточным соединениям, К особенностям биохимических систем относится наличие достаточно сложного многоатомного молекулярного окружения реакционного центра, а также частое присутствие металлов в реакционных центрах. Учет этих особенностей создает дополнительные сложности в квантово - химических расчетах энергетических профилей реакций. Накопление опыта и формулировки практически полезных рекомендаций при расчетах сечений ППЭ для биохимических реакций, протекающих в сложном молекулярном окружении, современными методами квантовой химии представляет актуальную задачу молекулярного моделирования.
В работе рассмотрены следующие задачи:
Расчет и анализ энергетического профиля для стадии ацилирования в катализируемой сериновыми протеазами реакции гидролиза пептидной связи.
Анализ координации лигандов и электронного строения металлсодержащих участков ферментов в конкретных системах: реакции атомарной меди с молекулами С02, CS2 и OCS и реакции цинсодержащего фрагмента белка ядерной оболочки (NCp7) вируса иммунодефицита человека с азодикарбонамидом.
Моделирование реакции комплекса цис - диамминплатины(1\/) тетрахлорида [PttNhbfeCU] с глютатионом в водной среде.
Целью работы является изучение механизмов конкретных реакций, важных в биохимических системах, методами квантовой химии, тестирование различных алгоритмов и методик локализации стационарных точек и построения энергетических профилей реакций.
Основное внимание уделялось:
Выбору методики расчета для моделирования пути реакции;
Анализу строения стационарных точек, найденных в ходе квантово-химического расчета;
Определению влияния молекулярного окружения на энергетический профиль реакции.
Научная поаизна и практическая значимость. Впервые было проведено квантово-химическое моделирование механизма взаимодействия активного центра белка NCp7 с азодикарбонамидом, а также комплекса цис - диамминплатины(ГУ) тетрахлорида [Р^НзЬСЩ с глютатионом. Результаты работы могут быть использованы при поиске новых лекарственных препаратов на основе азодикарбонамида и комплексов платины.
Впервые был построен полный профиль поверхности потенциальной энергии квантово-химическими методами с использованием довольно большой модели, в состав которой входит 56 атомов и которая учитывает особенности строения активного центра сериновых протеаз типа субтилизина, стадии ацилирования реакции гидролиза пептидной связи, катализируемой сериновыми протеазами. Результаты моделирования подтверждают предполагаемый механизм катализа и могут быть использованы при разработке методик направленного тонкого органического синтеза с участием сериновых протеаз.
Апробация работы и публикации:
Материалы диссертации были представлены на II, V, VI Всероссийской школе-конференции по квантовой и вычислительной
химии им. В. А. Фока (Новгород Великий, февраль 2000 г., май 2002 г., май 2003 г.), Международном конгрессе "6th World Congress of Theoretically Oriented Chemists. (WATOC'02)" (Лугано, Швейцария, август 2002 г.), Международной конференции студентов и аспирантов по фундаментальным наукам "Ломоносов-2003" (Москва, апрель 2003 г.), XI Международном конгрессе по квантовой химии (Германия, июль 2003 г.), заседаниях научных семинанаров лаборатории строения и квантовой механики молекул (2000 - 2003) и лаборатории химической кибернетики (2000 - 2003) химического факультета МГУ.
Результаты работы опубликованы в 9 печатных работах, в том числе 6 тезисах докладов.
Механизм действия сериновых протеаз типа трипсина и хемотрипсина
Гидроксильная группа серина сама по себе не является сильным нуклеофилом, поэтому для активации процесса гидролиза необходимым является предварительный перенос протона с ОН группы Ser на имидазольное кольцо His. Результатом первой стадии реакции является показанный на рис. 1.3.2 тетраэдрический интермедиат (ТИ). В тетраэдрическом интермедиате атом углерода при разрываемой связи С - N образует четыре связи и его гибридизация изменяется с sp2 на sp3. В данной структуре роль оксианионовой дыры состоит в стабилизации отрицательного заряда ТИ [17,18].
Следующая стадия реакции состоит в разрыве связи N - С субстрата за счет переноса протона с N5 имидазольного кольца гистидина на уходящую аминогруппу. Продуктом данной стадии является ацил - ферментный комплекс, показанный на рис. 1.3.3. Строение ацил - ферментного комплекса хорошо установлено с помощью рентгеноструктурного анализа комплексов сериновых протеаз с различными ингибиторами, при исследовании влияния химических модификаций ферментов, а также белково-инженерных исследований (изучение участков фермента, вовлеченных в катализ) [2]. В тоже время строение тетраэдрических интермедиатов остается до конца неизученным.
Вторая часть каталитического цикла напоминает первую, но нуклеофилом на данном шаге является уже молекула воды. Молекула воды атакует ацил - ферментный комплекс, рис. 1.3.4. Промежуточным соединением данной стадии является второй тетраэдрический интермедиат, показанный на рис. 1.3.5, где гибридизация атома углерода, бывшего в исходном субстрате при пептидной связи, опять изменяется с sp2 на sp3 [23].
Заключительной стадией реакции гидролиза пептидной связи является второй перенос протона (на рис. 1.3.5 показан синей стрелкой) и образование карбоксильной группы на месте бывшей пептидной связи, рис. 1.3.6.
Участие имидазольпого кольца гистидина в каталитическом цикле.
Функцией имидазольного кольца является перенос протона с гидроксильной группы Ser на уходящую группу. В свободном ферменте и при координировании субстрата, т.е. при образовании фермент -субстратного комплекса (ФСК), имидазольное кольцо боковой цепи His располагается таким образом, что расстояние №2 (His) {см. рис.1.2) -Оу (Ser) минимально и возможен перенос протона с гидроксильной группы. Однако, межъядерное расстояние между Ne2 (His) и атомом азота уходящей группы субстрата довольно велико для того, чтобы был осуществлен перенос протона между двумя этими атомами. Было предположено, что процесс катализа, а именно стадию образования ТИ, сопровождают изменения в расположении боковых цепей аминокислот активного центра, в том числе поворот имидазольного кольца, что в последствии находило подтверждение в экспериментальных и теоретических исследованиях [2, 19 - 22]. При теоретическом моделировании реакции гидролиза пептидной связи с использованием гибридного метода КМ/ММ было показано, что данный процесс происходит без активационного барьера и является экзотермическим [22]. В тоже время, при повороте имидазольного кольца происходит разрыв многочисленных водородных связей за короткий промежуток времени, что ставит под сомнение вероятность этого процесса.
Водородные связи в каталитической триаде.
Электростатические взаимодействия играют важную роль в ферментативном катализе. Многие катализируемые ферментами реакции происходят через образование заряженного переходного состояния, следовательно, стабилизация заряда есть один из наиболее важных факторов катализа. Зависимость реакции катализа от рН является прямым следствием ионизации заряженных групп ферментов, а также электростатических взаимодействий, в которых принимают участие водородные связи и соляные мостики, являющиеся чрезвычайно важными для стабилизации структуры фермента [10].
Помимо образования водородных связей с белковым окружением, боковые группы аминокислот, входящих в состав каталитической триады, а именно, сериновой, гистидиновой и аспарагиновой аминокислот, также связаны водородными связями. Как было указано ранее, водородные связи образуются между N51-H His и Об1 Asp и ОН Ser и NE2-H His, рисЛ.2. Во время нуклеофильной атаки водородная связь между ОН группой Ser и атомом азота №2 имидазольного кольца разрушается, что является также следствием поворота имидазольного кольца для дальнейшего переноса протона на уходящую группу.
Одним из спорных вопросов до настоящего времени является существование и энергетика водородной связи между N61 -Н His и OQ1 Asp. В большом количестве ранних статей (например, [3,24,25]) предполагается, что во время образования ТИ происходит перенос протона с N61-Н His на 051 Asp и отрицательный заряд в системе полностью локализуется на ТИ, т.е. процесс двойного переноса протона. При теоретическом исследовании реакции гидролиза с использованием малой модели активного центра, в состав которой включены только имидазольное кольцо для моделирования His, НСООН для моделирования Asp и метиловый спирт, было получено, что активационный барьер стадии образования ТИ с двойным переносом протона оказывается меньшим, чем в том случае, когда протон остается на имидазольном кольце His [26], В тоже время, если этот процесс действительно происходит, для его осуществления необходимо, чтобы рКа His была ниже рКа Asp, т.е. во время образования ТИ рКа His должна значительно понизится. Однако было показано, что в действительности рКа His значительно возрастает в комплексах фермента с ингибиторами, являющимися аналогами ТИ, по сравнению со значением в свободном ферменте. При исследовании строения сериновых протеаз и их комплексов с различными ингибиторами, моделирующими ТИ, было показано, что межъядерное расстояние между N51 His на 051 Asp оказывается в пределах 2.6 А. При исследовании системы методами ЯМР наблюдается сильный протонный химический сдвиг (8 17 ррт), эффект изотопного замещения на химический сдвиг составляет Д[5н -6D] = 0.5 - 0.9 ppm и др. [27-29].
Построение профиля ППЭ реакции гидролиза пептидной связи в активном центре сериновых протеаз
Первым шагом реакции ацилирования в моделировании предполагается образование ковалентнои связи между атомом кислорода серина и перенос протона гидроксильной группы на имидазольное кольцо гистидина. В качестве координаты реакции было выбрано расстояние между атомами С(субстрат) - O(Ser) . Двигаясь по выбранной координате реакции, были локализованы переходное состояние (ПС1) и локальный минимум, тетраэдрический интермедиат (ТИ(а)), данной стадии реакции. Перенос протона с гидроксильной группы Ser на имидазольное кольцо происходит при значении координаты реакции R = 2.1 - 2.0 А. Межъядерное расстояние С(суб) -O(Ser) составляет 1.65 А. Разница в энергии ПС1 и ТИ(а) в приближении ОХФ/СБК мала и составляет доли ккал/моль. Однако в рассчитанных значениях частот колебаний ПС1 присутствует мнимая частота, отвечающая движению протона между атомами кислорода гидроксильной группы Ser и N имидазольного кольца. Профиль минимальной энергии, полученный при использовании метода IRC, привел к фермент - субстратному комплексу, несколько отличающемуся по строению от приближенной модели, используемой в качестве начальной точки. Так, длина связи С(суб) - O(Ser) в этом комплексе составляет 3.33 А, корреляция с рентгеноструктурными экспериментальными данными оказывается лучше, чем для приближенной модели, а энергия ниже на 1,7 ккал/моль (ОХФ/СБК). Энергия полученного фермент - субстратного комплекса далее будет использоваться для расчета относительной энергии стационарных точек.
При движении вдоль координаты реакции от расстояния 1.65 А от ТИ (а), в системе происходят изменения, связанные с положением имидазольного кольца остатка гистидина и субстрата, рис. 2,4.
По результатам расчета методом ХФ ТИ (б) лежит выше по энергии, нежели ТИ (а), разница в энергии двух локальных минимумов составляет 1 ккал/моль. Переходное состояние для сдвига имидазольного кольца не было найдено. То, что в природном субстрате действительно происходит процесс поворота имидазольного кольца, не является експериментально подтвержденным фактом [2], поскольку при таком сценарии в природном ферменте должно быть разрушено и вновь образовано несколько водородных связей за короткое время существования ПС. Однако, даже в тех случаях, когда для моделирования используются методы КМ/ММ и рассматривается гораздо большая часть фермента, нежели в настоящей работе [22], этот механизм подтверждается.
При переходе к ТИ (б), субстрат и имидазольная группа гистидина располагаются таким образом, что азот пептидной связи субстрата и азот № находятся близко друг от друга, межъядерное расстояние между атомами составляет 2.90 А, что способствует протеканию второй стадии реакции, а именно переносу протона с имидазольного кольца на азот пептидной связи. Длина ковалентной связи между карбонильным углеродом и кислородом Ser составляет 1.49 А. В табл. 2.2 приведены значения величин углов в тетраэдрическом интєрмедиате.
Величины углов в фермент - субстратном комплексе и тетраэдрическом интєрмедиате. Обозначения атомов соответствуют рис. 2.5.
Анализ НСО показывает, что при переходе от фермент -субстратного комплекса происходит изменение характера связи в карбонильной группе субстрата от двойной к одинарной. Атом углерода в ТИ образовывает ковалентные связи с четырьмя атомами, направленные к вершинам тетраэдра. Таким образом, в тетраэдрическом интермедиате происходит изменение гибридизации карбонильного атома углерода с sp2 на sp3. Строение каталитического центра, соответствующие ТИ (б), приведено на рис. 2.6. В тетраэдрическом интермедиате расстояние R(0(Ser) - С(суб)) = 1.49 А, R(N(His) - N(cy6)) = 2.90 А. Геометрические параметры локального минимума находятся в соответствии со строением аналога тетраэдрического интермедиата, полученного при взаимодействии ингибитора с хемотрипсином (Код 3PRK Банка данных белковых структур) [171], рис. 2.6.
Сравнение модельной системы, отвечающей образованию ТИ и комплекса протеиназа К - ингибитор, аналога ТИ в реальном ферменте (код 3PRK банка данных белковых структур). Линиями обозначен комплекс фермент- ингибитор, шариками и палочками - модельная система. По результатам НСО анализа (ОХФ/SBK) заряды на атомах в субстрате в ТИ{а) несколько изменяются по отношению к зарядам в несвязанном субстрате, наиболее значительно, на атоме кислорода с -0.77 до -0.87 а.е. В ТИ (б) заряд атома кислорода субстрата еще больше увеличивается и становится равным -1.09 а.е.
Стабилизация отрицательного заряда на карбонильном кислороде происходит за счет образования водородных связей в оксианионовой дыре, в данном случае образованной ЫНг - группой ацетамида и NH - группой серина. Уже в фермент - субстратном комплексе наблюдается образование водородных связей между атомом кислорода карбонильной группы субстрата и донорами оксианионовой дыры, О(суб) и NH2 - группой Asn, (R(0 - Н) = 1.86 А). При этом торсионный угол HNCO является неплоским и равен 167.4. В ТИ кислород образует две водородных связи, с NH2 - группой Asn и NH -группой пептидной цепи Ser, длины которых составляют 1.68 и 1.92 А, соответственно. При переходе к ТИ(б) значение торсионного угла HNCO становится равным -77.5.
Следующей стадией реакции является перенос протона на азот пептидной связи с имидазольного кольца гистидина и отрыв NH2R группы. По результатам расчета методом ХФ энергетический барьер данной реакции составляет 4 ккал/моль. В процессе переноса протона длина связи между азотом и углеродом пептидной связи не изменяется и отрыва NH2CH3 - группы не происходит. Таким образом, на данном шаге реакции при использовании выбранного приближения оказывается невозможным показать точный механизм. Профиль потенциальной поверхности всей стадии ацилирования приведен на рис, 2.7.
Исследование ППЭ взаимодействия атомов меди с дисульфидом углерода
Моделирование проводилось ограниченным методом Хартри-Фока с использованием псевдопотенциала Стивенса-Баша-Краусса и соответствующего базиса (С Б К) [146]. Поскольку все реакции проходят в растворе, то необходимо было учесть возможность переноса протона с активного центра на АДА и построить профили потенциальной энергии для реакции протонированного АДА с депротонированным активным центром. Для этого была проведена оценка адиабатического сродства обоих изомеров вещества к протону. Расчеты проводились с использованием квантово - химического пакета PC GAMESS [162]. После локализации стационарных точек методом ОХФ/СБК, была проведена дополнительная оптимизация геометрии с использованием функционала B3LYP [172-174]. В данном расчете был использован базис 6-31+G(d,p) на атомах N, О и S, 6-31G(p) для Н и 6-31G(f) для цинка. Расчет сродства к протону для изомеров АДА проводилось с использованием B3LYP/6-311+G(d,p). Моделирование методом теории функционала плотности проводилось с использованием квантово -химического пакета Gaussian98 [176].
Для найденных стационарных точек рассчитывались частоты гармонических колебаний. Анализ электронного распределения в реагентах, продуктах и переходных состояниях проведен методом натуральных связевых орбиталей (НСО) [166]. 4.2. Строение реагентов.
Цинксодержащий фрагмент белка NCpy. Входящий в состав белка NCp7 активный центр имеет очень сложную структуру. Для упрощения расчетов была взята модель активного центра, где цистеиновые остатки заменили на SCH3 - группу, а гистидиновый - на имидазольное кольцо (рис, 4.1) [73,88]. Оптимизированная структура модели активного центра представляет собой тетраэдр, в центре которого находится катион Zn2+, в вершине -атом азота имидазольного кольца, в основании - атомы серы ЗСНэ" групп.
Распределение зарядов для тетраэдрического комплекса, рассчитанное методом НСО, для структуры, полученной при геометрической оптимизации с использованием B3LYP, показало, что заряд атома цинка составляет 1.44 а.е., заряд Э(СНз) фрагмента: - 0.81 а.е., в то время как имидазольное кольцо - не заряжено. Эффективная электронная конфигурация атома цинка следующая: 3d104s0,5,
АДА может находиться в цис и транс- конформации (рис. 4.2), все дальнейшие расчеты велись для обоих изомеров данного вещества.
Транс - и цис - изомер 1,2-диазенедикарбоксамида. Цис - изомер АДА неплоский, искажение геометрии возникает из-за сильного отталкивания двух атомов кислорода. Транс - изомер оказывается ниже по энергии, чем цис - форма на 7.5 ккал/моль (ОХФ/СБК).
Несмотря на то, что в водной среде протонирование АДА маловероятно [183], в настоящей работе исследуется взаимодействие с цинксодержащим фрагментов и протонированных молекул АДА, и нейтральных частиц, поскольку в белковой среде диэлектрическая проницаемость ниже, чем в водном растворе и, следовательно, присоединение протона вполне возможно. Протонирование АДА может происходить по нескольким положениям. Для того, чтобы определить наиболее вероятный, рассчитывалось сродство к протону для обоих изомеров (табл. 4.2) (дЕ = Е{нейтр.) - Е(заряж.)). Табл. 4.2.
Величины адиабатического сродства к протону для цис - и транс -изомеров АДА, протонированных по связи N = N, ИНз - группе и по атому кислорода С{0) - NH2 - группы, эВ; B3LYP/6-31+G(d,p)
Протонирование АДА приводит к изменению геометрии комплекса и его электронной структуры. Так, например, вследствие протонирования атома азота при двойной связи или по одному из атомов кислорода карбонильной группы, связь =N-C удлиняется на 0.06 А, а также изменяется длина связи С - О на 0.08 А. Согласно результатам анализа НСО, в нейтральной молекуле АДА распределение зарядов оказывается следующим: заряд атомов N при двойной связи равен -0.19 а.е., кислорода -0.59, углерода +0.76 и заряд атомов азота аминогруппы составляет -0.87 а.е. Протонирование по одному из центральных атомов азота не приводит к изменению заряда на атоме N, связанном с протоном (-0.19а.е.), зато заряд соседнего атома N при двойной связи уменьшается почти до нейтрального (-0.05 а.е.). Протонирование по атому кислорода приводит к образованию двойной связи между атомом азота аминогруппы и углеродом.
Исходя из результатов расчета энергии АДА и протонированных частиц с использованием функционала B3LYP (табл. 4.3), построение профиля потенциальной энергии взаимодействия реагентов проводилось со следующими частицами: транс - АДА, транс -АДА(СОН+), цис-АДА{Ш+) и цис-АДА(МН3+).
Наиболее низкой по энергии среди протонированных молекул является транс- АДА (СОН+), за ней следует изомер цис - АДА (NH+)t который лежит выше по энергии на 0.75 (ккал/моль). Молекула цис -АДА (NfV) была выбрана для моделирования взаимодействия протонированной по аминогруппе частицы, поскольку ее энергия на 8.6 ккал/моль ниже транс - изомера.
Выбор координаты реакции был сделан на основе изучения геометрии реагентов и электронного строения. Наиболее стерически доступными оказываются S "" N и S "" С контакты. В случае цис - АДА (NH+) за координату реакции было взято расстояние между протонированным атомом азота и цинком, для других реагентов - расстояние между дальним атомом азота при двойной связи и атомом цинка. Для каждого выбранного значения координаты реакции остальные параметры системы были оптимизированы.
Взаимодействие цис-АДАС1МН+) с цинксодержащим фрагментом
Для оптимизации геометрии системы для нахождения активационного барьера реакции в водной среде был использован гибридный КМ/ММ метод [184,185] {KM/MM(HX0(OXO )/6-31+G)). В "активную часть" системы входят комплекс платины и ЗСНз", окружение моделируется молекулами воды, описываемыми при помощи эффективных фрагментов. Расчет энергии в точке для изучения изменений в электронном строении "активной части" системы с учетом окружения проводился методом ОХФ/б-31+G с использованием стандартного метода потенциалов эффективных фрагментов [160], реализованного в программе PC GAMESS ОХФ/6-31+С+ПЭФ).
Для изучения изменений в геометрических параметрах и электронном строении реагентов была проведена оптимизация геометрии комплекса платины и CSH3 - фрагментов в водном окружении по - отдельности. Для этого использовался гибридный КМ/ММ метод, где "активная часть" моделировалась ограниченным методом Хартри - Фока (КМ/ММ(ОХФ/6-31+6)).
Геометрические параметры комплексов платины, полученных в результате оптимизации без учета окружения и в водном растворе а приведенные результаты взяты из работы [104]; б значения длин связей приведены в ангстремах; "размерности углов приведены в градусах
В результате сольватации значительных изменений в геометрических параметрах комплекса не происходит. В среднем dR составляет 0.02 А. Однако, изменения в значениях углов значительные, в среднем, 3. По-видимому, это связано с образованием водородных связей между лигандами и окружающими молекулами воды. Так, ионы хлора, находящиеся в экваториальном положении образуют по 2 - 3 водородные связи. Количество водородных связей и расстояние CI - Н соответствуют значениям, полученным для водородных связей методом КМ/МД [115]. Длина водородной связи составляет, в среднем, 2.4 А.
Для оценки энергии активации реакции использовался следующий подход. Поскольку поиск ПС в водном окружении является довольно дорогим, при моделировании ПС мы пренебрегли релаксацией
Значение энергии активации и разница в энергии реагентов и продуктов для реакции, моделируемой без учета окружения и в водной среде. геометрических параметров "активной части1 системы и оптимизировали только положение молекул воды. Полученная после оптимизации система в дальнейшем использовалась в качестве приближения для ПС системы в "растворе".
Для спуска к реагентам и продуктам реакции проводилась полная оптимизация всей системы. Молекулы воды не позволяют SCbb фрагменту свободно перемещаться вокруг комплекса платины, как в системе, моделирование которой проводилось без учета растворителя. Таким образом, вместо координирования NH3 группы SChh фрагмент находится довольно близко от лиганда в аксиальном положении (R(CI -S) = 3.9A.
Для того, чтобы оптимизация привела к реагентам необходимо уменьшение расстояния CI2 до 2.1 А. В результате расчетов с использованием влияния окружения высота активационного барьера реакции понизилась до 26.5 ккал/моль. Реакция является экзотермической, а разница между энергией реагентов и продуктов составляет 11.6 ккал/моль, табл. 5.4.
