Рассматривается квантово-химический подход в моделировании электронной структуры активных центров металлсодержащих ферментативных бионанокомплексов, заключающийся в использовании основных положений следующих теорий: метод валентных связей, теория кристаллического поля, теории поля лигандов, элементы теории симметрии и теории групп. Показано, что взаимодействие центральных ионов и лигандов происходит по донорно-акцепторному механизму: ионы предоставляют на связь вакантные орбитали, а лиганды - неподеленные пары электронов; одно координационное место в комплексе - функциональное, используемое для взаимодействия с субстратами. Структура активного центра определяется электронной конфигурацией d-уровней центральных ионов и природой лигандов. В целом, активный центр рассматривается как бионанокомплекс, относящийся к определённой группе симметрии. Приводится алгоритм построения квантово-химических моделей активных центров. Предполагается, что с квантово-химической точки зрения механизм функционирования бионанокомплекса универсален и, в конечном итоге, сводится к донированию и акцептированию электрона с разрыхляющих молекулярных орбиталей (МО) комплекса, что вызывает его переход из одного состояния в другое. Распределение электронов на МО, электронно-конформационные переходы, изменения, происходящие в активном центре при его функционировании, роль его белкового окружения объясняется на основе концепции «белок - машина». В качестве примера обсуждается квантово-химическая модель активных центров железопорфиринов, содержащих в роли центральных ионов ионы Fe(II) или Fe(III).
структура, система, взаимодействие, квантово-химический подход, активный центр, ион, электрон, бионанокомплекс, теория, лиганд, орбиталь, связь, симметрия, концепция, конформационный переход, моделирование
1. Маров И.Н. Методы и достижения бионеорганической химии. М.: Мир, 1978, 416 с. [Marov I.N. Techniques and Topics in Bioinorganic chemistry. M.: Mir, 1978, 416 p. (In Russ.)]
2. Эйхгорн Г. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978, т. 1, 711 с. [Einhorn G. Inorganic biochemistry. M.: Mir, 1978, vol. 1, 711 p. (In Russ.)]
3. Эйхгорн Г. Неорганическая биохимия. М.: Мир, 1978, т. 2, 736 с. [Einhorn G. Inorganic biochemistry. M.: Mir, 1978, vol. 2, 736 p. (In Russ.)]
4. Берсукер И.Б. Электронное строение и свойства координационных соединений. Л.: Химия, 1976, 352 с. [Bersuker I.B. The electronic structure and the properties of the coordination compounds. L.: Chemistry, 1976, 352 p. (In Russ.)]
5. Дмитриев И.С. Симметрия в мире молекул. Л.: Химия, 1976, 128 с. [Dmitriev I.S. The symmetry in the molecule world. L.: Chemistry, 1976, 128 p. (In Russ.)]
6. Васильева Л.Ю., Романова Е.Ю. Значение теории симметрии при моделировании функционирования биологически-активных нанокомплексов. Вестник МГУП, 2005, № 1, с. 34-43. [Vasil'eva L.Yu., Romanova E.Yu. The significance of the symmetry theory on the modeling biologically active nanocomplexes functioning. МSU digest, no. 1, 2005, p. 34-41. (In Russ.)]
7. Папулов Ю.Г., Папулова Д.Р. Строение молекул и физические свойства. Тверь: Тверской государственный университет, 2010, 280 с. [Papulov Yu.G., Papulova D.R. The molecules formation and the physical properties. Tver: Tver State University, 2010, 280 p. (In Russ.)]
8. Васильева Л.Ю., Романова Е.Ю. Квантово-химическое моделирование нелинейных процессов ферментов. Вестник ННГУ: Математическое моделирование и оптимальное управление, 2006, с. 13-18. [Vasil'eva L.Yu., Romanova E.Yu. Quantum-chemical modeling of nonlinear ferment processes. NNSU journal: Mathematical modeling and optimal management, 2006, pp. 13-18. (In Russ.)]
9. Васильева Л.Ю., Романова Е.Ю. Бионанокомплексы - нелинейные самоорганизующиеся системы. Сб. научн. тр. «Фундаментальные физико-математические проблемы и моделирование технико-технологических систем», 2013, № 16, т. 2, с. 35-41. [Vasil'eva L.Yu., Romanova E.Yu. Bionanocomplexes - nonlinear selforganizering systems. The fundamental physico-mathematical problems and modeling of technical and technological systems, 2013, no. 16, vol. 2, pp. 35-41. (In Russ.)]
10. Vasil'eva L.Yu., Romanova E.Yu. The modeling problem of the electron structure and quantum-chemical functioning mechanism of the bio-nanocomplexes active centers. Mathematical models of non-linear phenomena, processes and systems: from molecular scale to planetary atmosphere, 2014, ch. 25, pp. 427-440.
11. Васильева Л.Ю., Романова Е.Ю. Анализ информативности квантово-химических моделей бионанокомплексов. Матер. междунар. междисципл. науч. конф. «Синергетика в естественных науках. Шестые Курдюмовские чтения», Тверь, 2010, с. 137-139. [Vasil'eva L.Yu., Romanova E.Yu. The analysis of the quantum-chemical bionanocomplexes models information content. Proceedings of the international interdisciplinary scientific conference «Sinergetic in the natural Sciences. Sixth reading named after Kurdyumov», 2010, pp. 137-139. (In Russ.)]
12. Васильева Л.Ю., Уварова Л.А., Романова Е.Ю. Специфические свойства металлсодержащих ферментативных комплексов, связанных с информационными процессами. Сб. научн. тр. «Фундаментальные физико-математические проблемы и моделирование технико-технологических систем», 2016, № 17, с. 70-78. [Vasil'eva L.Yu., Uvarova L.A., Romanova E.Yu. The specific properties of the metalcontaining fermentative complexes, connected with information processes. The fundamental physico-mathematical problems and modeling of technical and technological systems, 2016, no. 17, pp. 70-78. (In Russ.)]
13. Васильева Л.Ю., Уварова Л.А., Романова Е.Ю. Моделирование мезо- и нанообъектов в различных средах и полях. Тверь: ООО «Лаборатория деловой графики», 2010, 201 с. [Vasil'eva L.Yu., Uvarova L.A., Romanova E.Yu. The meso- and nanoobjects modeling in different mediums and fields. Tver: OOO «Laboratory of the business drawing», 2010, 201 p. (In Russ.)]
14. Чернавский Д.С., Чернавская Н.М. «Белок-машина». Биологические молекулярные конструкции. М.: Издательство «Янус - К», 1999, 256 с. [Chernavskii D.S., Chernavskaya N.M. «Protein-machine». The biological macromolecular construction. М.: «Yanus-K», 1999, 256 p. (In Russ.)]
15. Чернавская Н.М., Чернавский Д.С. Туннельный транспорт электронов в фотосинтезе. М.: Издательство Московского университета, 1977, 176 с. [Chernavskaya N.M., Chernavskii D.S. The electrons tunnel transfer in the photosynthesis. M.: Publishing House of Moscow University, 1977, 176 p. (In Russ.)]
