مهدی ایرانی

در این پروژه از نظریه ی تابعی چگالی برای مطالعه ی اثر ایزوتوپی سینتیکی روی مکانیسم واکنش کاتالیستی آنزیم گلی اکسالازI مربوط به باکتری اشریشیاکلی استفاده شده است. برای مدل سازی جایگاه فعال آنزیم، روش کلاستر به کار گرفته شد. دو مدل از جایگاه فعال آنزیم به همراه سوبسترا، بر اساس ساختار کریستالی آنزیم ساخته شده است. این دو مدل از نظر اندازه و نحوه ی ثابت کردن اتم ها با هم متفاوت هستند. برای مطالعه اثر ایزوتوپی سینتیکی برای هر مدل، سه حالت متفاوت از اتم های هیدروژن درگیر واکنش (H1 و H2) در نظر گرفته شده است. در حالت اول، اتم H1، در حالت دوم، اتم H2 و در حالت سوم هر دو اتم H1 , H2 با دوتریم جایگزین شده اند. این سه حالت با حالت بدون دوتریم، در مراحل مختلف مکانیسم واکنش مورد بررسی قرار گرفته اند. انرژی نقطه صفر مولکول ها محاسبه شده اند. ساختار نقاط ایستا در طول مسیر واکنش بهینه شد و نیم رخ انرژی پتانسیل واکنش به دست آمد. اثر حلال روی نیم رخ انرژی واکنش با مدل CPCM محاسبه گردید. مطالعه ی حاضر نشان می دهد که هنگامی که اتم H1 به وسیله دوتریم جایگزین می شود، انرژی واکنشگر کاهش می یابد، در حالی که انرژی حالت گذار اول تغییر نمی کند. برای مرحله اول واکنش، مقدار kH/kD بسیار بزرگ تر از 2 به دست می آید که بیانگر اثر ایزوتوپی سینتیکی اولیه برای مرحله ی اول واکنش می باشد. این نتیجه، مکانیسم واکنش کاتالیستی آنزیم گلی اکسالازI را که در آن شکستن پیوند C1-H1 در مرحله ی تعیین کننده ی سرعت سهم دارد، تایید می کند. همچنین مشخص شد با جایگزینی اتم H2 و همچنین هر دو اتم H1 , H2 به وسیله ی دوتریم، در مرحله ی اول واکنش اثر ایزوتوپی سینتیکی مشاهده می شود. در اثر جایگزینی اتم های H1 یا H2 و هردو اتم H1 , H2 با دوتریم، علاوه بر انرژی حدواسط اول، انرژی حالت گذار دوم هم کاهش می یابد که بیانگر اثر ایزوتوپی سینتیکی ثانویه برای مرحله ی دوم واکنش است. نتایج نشان دادند که مسیر واکنش به نوع و اندازه ی مدل های مورد بررسی بستگی ندارد ولی نیمرخ انرژی پتانسیل به اندازه و انعطاف پذیری مدل وابسته است.