Обсуждается квантовохимическая модель электронной структуры активных центров биологически — активных нанокомплексов. Такая модель позволяет выделять разрешенные или запрещенные схемы функционирования активных центров на электронном уровне по энергетическим и симметрийным соображениям и представить механизмы действия ингибиторов и активаторов на функционирование ферментативных систем. Модель позволяет также в зависимости от природы ингибитора представить то или иной электронный механизм и объяснить роль белкового матрикса. В качестве примера рассмотрена модель железосодержащего активного центра.
Обсуждается модель активного центра многоядерного фермента – ферредоксина, содержащего четыре иона Fe (II) в окружении ионов серы (S1-, S2-). Для ее построения использовались основные положения строения и устойчивости кластеров с переходными металлами. Согласно этой модели ион Fe (II) находится в тетраэдрическом комплексе в слабом поле лигандов. Ион железа представляет вакантные орбитали неподелённым парам электронов лигандов серы цистеинового остатка. Механизм функционирования ферредоксина можно объяснить уходом неспаренного электрона (переход Fe(II) → Fe (III)). Вакантное место, вероятно, занимает неспаренный электрон с S1-, а на освободившуюся орбиталь поступает электрон из внешней среды. Белковый матрикс в переходный период сохраняет симметрию активного центра.
Проанализированы основные положения строения и устойчивости многоядернных кластеров переходных металлов с точки зрения теории поля лигандов. Разработана квантово-химическая модель активных центров ферредоксина и нитрогеназы в виде корреляционных диаграмм.
Обсуждается слабое взаимодействие электромагнитных волн (1014-1018Гц) с активными центрами ферментов содержащих ионы Fe(II) или Fe(III). Использовались теория групп и теория симметрии. Проводилась оценка интеграла момента перехода. С учетом правил умножения неприводимых представлений были сделаны выводы о возможных переходах электронов на молекулярных орбиталях активного центра.
Обсуждаются функциональные модели активных центров железо- и марганецсодержащих ферментов. Модели строятся на основе теории кристаллического поля и теории поля лигандов. Применение теории симметрии позволяет упростить решение уравнения Шредингера для подобных систем, построить МО комплексов и представить распределение электронов на них. Теория симметрии дает возможность выделить общие закономерности механизма функционирования.
Обсуждена общность молекулярного механизма окисления субстрата различными оксидазами (пероксидаза, о-дифенолоксидаза, полифенолоксидаза). Рассмотрен квантовохимический механизм функционирования ферментов, что нашло отражение в предложенной математической модели, построенной в виде корреляционных диаграмм.
В работе применен комбинированный подход, включающий рассмотрение квантово-химических методов (теории кристаллического поля и теории поля лигандов) и нетрадиционных путей представления важнейших экспериментально определяемых ферментативных характеристик в трехмерной К?мV? – системе координат для описания функционирования активного центра пероксидазы. Использование математических моделей в описании функционирования и механизма активного центра пероксидазы демонстрирует перспективность молекулярного и квантово-химического подходов в исследовании нелинейных процессов в живых системах.