Računalniška simulacija regeneracije flavina s kisikom v monoaminskih oksidazahČernjavič, Tjaša (Avtor) Obreza, Aleš (Mentor) Mavri, Janez (Komentor) flavinimonoamin oksidaze (MAO)kvantna kemijaaktivacijska energijaFlavini so derivati riboflavina s triciklično strukturo, imenovano izoaloksazin. Znana encimsko aktivna flavina sta flavinmononukleotid (FMN) in flavinadenindinukleotid (FAD). Gre za redoks aktivne koencime, ki katalizirajo različne kemijske reakcije in skupaj z apoproteini tvorijo komplekse imenovane flavoencimi. Med imenovane encime spada monoamin oksidaza (MAO), ki vezana na zunanjo membrano mitohondrijev v reduktivni polreakciji reducira flavin do popolnoma reduciranega flavina (FADH2), v oksidativni polreakciji pa oksidacijo FADH2 nazaj do FAD. Dejstvo, da se flavin lahko popolnoma reducira do FADH2 je pomemben predpogoj za regeneracijo MAO z molekularnim kisikom. Pri regeneraciji nastane vodikov peroksid, ki lahko še naprej reagira in povzroči nastanek reaktivnih kisikovih zvrsti, ki so odgovorne za oksidativni stres in s tem povezano nevrodegeneracijo. Namen magistrske naloge je bil z uporabo molekulskega modeliranja in kvantne kemije določiti aktivacijsko prosto energijo reakcije flavina s kisikom. Za konstrukcijo tridimenzionalnih modelov smo uporabili program Molden, kvantnokemijske izračune pa smo izvedli s programom Gaussian. Izračune smo najprej izvedli v plinski fazi in nato za realnejšo simulacijo upoštevali še vpliv topila na reakcijo s pomočjo implicitnih modelov z metodo samouglašenega reakcijskega polja in z metodo Langevinovih dipolov. Izračunana aktivacijska energija za našo reakcijo v plinski fazi je bila 49,18 kcal/mol. Po vključitvi reakcijskega polja z implicitnimi modeli topila smo opazili, da so se energijske bariere znižale, in sicer za IEFPCM metodo oziroma model polarizabilnega kontinuuma, podprt s formalizmom integralskih enačb (ang. integral equation formalism polarizable continuum model) je bila vrednost bariere 40,91 kcal/mol, za CPCM oziroma model polarizabilnega kontinuuma s formalizmom prevodnika (ang. conductor-like polarizable continuum model) 40,85 kcal/mol, za SMD oziroma solvatacijski model, ki temelji na elektronski gostoti (ang. solvation model based on density) 33,65 kcal/mol in vrednost pri metodi Langevinovih dipolov 40,82 kcal/mol. Iz rezultatov smo zaključili, da voda znižuje aktivacijsko prosto energijo in pospešuje kemijsko reakcijo v primerjavi s plinsko fazo, in sicer najbolj v primeru SMD solvatacijskega modela. Uspeli smo izračunati proste energije aktivacije in potrditi, da je s kvantnokemijskimi metodami mogoče ovrednotiti reaktivnost regeneracije flavina s kisikom. Ugotovili smo, da reakcija v vodni raztopini brez upoštevanja encimske okolice, ne poteka. V prihodnje bi lahko raziskovali, ali je možno z zaviralci in drugimi učinkovinami vplivati na nastanek reaktivnih kisikovih zvrsti v flavoencimih.20202020-11-28 07:45:29Magistrsko delo/naloga122219VisID: 78136sl