23454

CHE2 880

كارشناسي ارشد

شيمي - شيمي فيزيك

شيمي

دي ماه 1402

79 ص.

رضا اميديان

: نظريه تابعي چگالي , هموگلوبين , ليگاند محوري , انرژي برهمكنش , باراتمي

پورفيرين‌هاي ‌آهن، نظير هِم از شناخته‌شده‌ترين فلز-پورفيرين‌ها محسوب مي‌شوند كه در هموگلوبين و انواع سيتوكروم‌ها وجود داشته و هِم‌پروتئين نيز ناميده مي‌شوند. اتم آهن مركزي هِم، داراي شش ظرفيت اتصال ليگاند است كه در تركيب با پورفيرين چهار ظرفيت آن توسط چهار اتم نيتروژن متعلق به حلقه پيرولي اشغال شده‌است، دو ظرفيت باقيمانده، يعني ظرفيت پنجم و ششم، جايگاهي مناسب براي اتصال ليگاندهاي مختلف هستند. در بخش اول اين پژوهش با استفاده از محاسبات نظريه تابعي چگالي، اثر جايگزيني ليگاند به حلقه ايميدازول در موقعيت محوري پنجم كه به عنوان مدلي از هيستيدين محوري انتخاب شده است، بر روي اتصال CO و NO در جايگاه ششم بررسي شد. با توجه به تقسيم بندي ليگاندهاي افزوده شده به دو دسته الكتروندهنده و الكترونكشنده محاسبات انرژي اتصال CO و NO انجام گرديده و پس از محاسبه تصحيحات انرژي، با حالت متناظر بدون استخلاف مقايسه گرديد. نتايج به دست آمده نشان داده است استخلاف شدن حلقه ايميدازول بر هندسه و ساختار حلقه پورفيرين به شكل كاملا مشخص اثرگذار است. همچنين مشخص گرديد بر روي حلقه ايميدازول، موقعيت اورتو موقعيت حساستري نسبت به موقعيت متا به شمار ميرود چرا كه استخلافهاي جايگزين شده تاثير بيشتري بر انرژي اتصال ليگاند موقعيت ششم دارند. در ادامه با استفاده از محاسبه بار به روش هرشفيلد مشخص گرديد در مواردي كه استخلاف حلقه ايميدازول منجر به مثبتتر شدن بار NIM (اتم نيتروژن حلقه ايميدازول) شود، انرژي اتصال ليگاند ششم افزايش يافته و تركيب ناپايدار ميشود و بالعكس. در ادامه اين پژوهش اثر جايگزيني حلقه ايميدازول با ليگاندهاي متانوتيول و تيوفنول بر برهمكنش ليگاندهاي زيستي همچونNO وCO با موقعيت ششم هموگلوبين بررسي شد. نتايج به دست آمده نشان داد ليگاندهاي متانوتيول و تيوفنول جايگزين شده به جاي حلقه ايميدازول، موجب ناپايداري اتصال CO و NO به حلقه آهن-پورفيرين و افزايش انرژي اتصال ميگردد.

1403/02/22

همدم نوروزي

Density-functional theory , Hemoglobin , Axial Ligand , Binding Energy , Atomic Charge.

Theoretical Exploration of Axial Histidine and its Substitutions Effect on CO and NO Binding to Heme

شيمي فيزيك

Iron porphyrins, such as heme, are among the most well-known metalloporphyrin that exist in hemoglobin and various cytochromes and are also called heme protein. The central iron atom of heme has six ligands coordination positions, and in combination with porphyrin, its four coordination positions are occupied by four nitrogen atoms belonging to the pyrrole ring. The remaining two coordination positions, i.e., the fifth and sixth positions, are suitable sites for the binding of various ligands. In the first part of present research via density-functional theory calculations, the effect of replacing the ligand to the imidazole ring in the fifth axial position, which is chosen as a model of axial histidine, was investigated on the binding of CO and NO in the sixth position. According to the two categories of the added ligands i.e., electron-donating and electron-withdrawing ligands, CO and NO binding energies were calculated and after calculating the energy corrections, they were compared with the corresponding state without substitution. The results have shown that the substitution of the imidazole ring has a definite effect on the geometry and structure of the porphyrin ring. It was also found that on the imidazole ring, the ortho position is more sensitive than the Meta position because the ortho substituted ligands a greater effect on the binding energy of the sixth position ligand. Also, via Hershfield's charge calculation, it was determined that in cases where the substitution of the imidazole ring leads to a more positive charge of the NIM (nitrogen atom of the imidazole ring), the binding energy of the sixth ligand increases and the compound becomes unstable, and vice versa. Further in this research, the effect of replacing the imidazole ring with methanethiol and thiophenol ligands on the interaction of biological ligands such as NO and CO with the sixth position of hemoglobin was investigated. The results showed that the substituted methanethiol and thiophenol ligands instead of the imidazole ring cause the instability of the binding of CO and NO to the iron-porphyrin ring and increase the binding energy.

فاطمي نسب