Un estudio de la teoría funcional de la densidad sobre el centro activo de la hidrogenasa Fe-solo: caracterización y...

Área de la Ciencia:

• Bioquímica y Biofísica.
• Química computacional es la química computacional.
• Química bioorgánica Química bioorgánica.

Sus antecedentes:

• Las hidrogenasas de solo hierro son metalloenzimas cruciales para el metabolismo biológico del hidrógeno.
• Comprender los estados redox del centro activo es clave para dilucidar sus mecanismos catalíticos.
• Estudios anteriores han propuesto varias configuraciones de sitios activos, pero la verificación experimental sigue siendo un desafío.

Objetivo del estudio:

• Investigar computacionalmente los posibles estados redox del centro activo en las hidrogenasas de hierro solo utilizando la teoría funcional de densidad (DFT).
• Para correlacionar estructuras calculadas y frecuencias vibratorias con datos experimentales para identificar los estados activos e inactivos.
• Para analizar la estructura electrónica y las características de enlace que rigen la reactividad y la inhibición de CO de estas enzimas.

Principales métodos:

• Los cálculos de la teoría funcional de densidad extensa (DFT) se realizaron en complejos de modelos que representan el centro activo.
• Se optimizaron las estructuras de los estados redox potenciales y se calcularon las frecuencias de estiramiento del monóxido de carbono (CO).
• Las frecuencias vibratorias calculadas y los parámetros estructurales se compararon con los datos experimentales disponibles.

Principales resultados:

• El estado completamente oxidado e inactivo fue identificado como un complejo Fe (II) -Fe (II) con un grupo hidroxilo en el hierro distal (Fe (d)).
• El estado oxidado y activo se determinó que era un complejo Fe (II) -Fe (I), consistente con las asignaciones anteriores.
• El estado totalmente reducido existe como una mezcla, principalmente un complejo protonado Fe (I) -Fe (I), con un componente menor de Fe (II) -Fe (II) hidruro.
• El CO exógeno se une fuertemente al estado Fe (II) -Fe (I) pero no al estado Fe (I) -Fe (I), lo que explica la inhibición del CO observada.
• Un orbital de frontera (Fe e ((g) - mezcla de puente de CO 2 pi) es crucial para la reactividad, ya que está desocupado en el estado inactivo, medio ocupado en el estado activo y completamente ocupado en el estado reducido.

Conclusiones:

• Los cálculos de DFT modelan con precisión los estados redox y las propiedades vibratorias de los centros activos de hidrogenasa solo de hierro.
• Los complejos Fe (II) -Fe (I) y Fe (I) -Fe (I) protonados representan los estados oxidado, activo y totalmente reducido, respectivamente.
• La estructura electrónica de la Fe e(g) - puente CO 2 pi órbita fronteriza dicta la reactividad de la enzima y la respuesta a la inhibición de CO.