Termodinámica de la transferencia de electrones acoplados a protones en complejos μ-Oxo / Hydroxo / Aqua de Tricopper

Área de la Ciencia:

• La bioquímica
• Química bioorgánica
• Mecanismos de las enzimas

Sus antecedentes:

• Las oxidasas multicobre (MCO) son enzimas cruciales que catalizan la reducción del oxígeno al agua a través de un proceso de cuatro electrones y cuatro protones.
• El sitio activo de tricopero dentro de las MCO es central para esta reacción de reducción de oxígeno (ORR), que involucra intrincados mecanismos de transferencia de electrones acoplados a protones (PCET).
• Elucidar los principios termodinámicos que rigen el PCET en el grupo de tricopos es clave para comprender la eficiencia de MCO y prevenir el daño oxidativo.

Objetivo del estudio:

• Determinar las energías libres de disociación de enlaces O-H (BDFEs) y los valores de pKa de los complejos hidroxo y aqua de tricópero sintético.
• Modelar el sitio activo del tricópero en las MCO e investigar la termodinámica de las vías de la PCET.
• Identificar la vía PCET que es menos propensa a la descomposición durante la reducción de oxígeno.

Principales métodos:

• Síntesis de varios complejos hidroxo y acuáticos de tricópero que sirven como modelos estructurales y funcionales de sitios activos de MCO.
• Determinación de las energías libres de disociación de enlaces O-H (BDFEs) para los productos intermedios clave.
• Medición de los valores de pKa para los ligandos hidroxo/agua y los motivos N-H en la esfera de coordinación secundaria.

Principales resultados:

• Los productos intermedios de tricobre en la vía propuesta ET-PT-ET-PT-ET muestran valores modestos de BDFE (O-H) (53,057,1 kcal/mol).
• Las sustancias intermedias que no se encuentran en esta vía muestran valores significativamente más altos (78,1 kcal/mol) o más bajos (44,7 kcal/mol) de BDFE ((O-H).
• El pKa de los motivos de puente OH/OH2 aumenta sustancialmente (816 unidades) por estado de oxidación, mientras que los motivos secundarios de esfera N-H muestran un aumento menor (aprox. 5 unidades).

Conclusiones:

• El aumento más pronunciado en pKa del centro de tricopero en comparación con la esfera secundaria facilita la transferencia de protones.
• La vía PCET identificada es termodinámicamente favorecida y menos propensa a la descomposición, lo que explica la estabilidad de los MCO.
• Estos hallazgos ponen de relieve el diseño óptimo de los centros de tricopero para reacciones de reducción de oxígeno eficientes y estables.