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固氮酶活性位点 FeMo-co 上 N2 和 H2 结合的结构和反应动力学
Dalton Transactions ( IF 3.5 ) Pub Date : 2021-11-25 , DOI: 10.1039/d1dt03548g Ian Dance 1
Dalton Transactions ( IF 3.5 ) Pub Date : 2021-11-25 , DOI: 10.1039/d1dt03548g Ian Dance 1
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在固氮酶 (N 2 → NH 3 ) 的活性位点 Fe 7 MoS 9 C(homocitrate) 簇 FeMo-co上发生的化学反应是神秘的。长期收集的实验信息揭示了 N 2和 H 2作用的各个方面,每一个都具有不止一种类型的反应性。本文报告了对完整 FeMo-co 中 H 2和 N 2结合的研究,使用蛋白质的 486 个大原子相关部分的密度泛函模拟,产生了 27 个包含 H 2和/或 N 2的新结构。exo和endo参与的 Fe 原子 Fe2 和 Fe6 的配位点。确定了结合/解离的结合能和过渡态,并描述了 H 2 /N 2的接近、结合和分离的轨迹,包括这些小分子通过近端蛋白质的扩散。确定了周围氨基酸的影响。FeMo-co在结合H 2或N 2时会发生几何变形,这里介绍了计算所涉及的能量成本,即适应能量的过程。已报道结构的适应能范围为 7 至 36 kcal mol -1,受 His195 侧链质子化状态的影响。七 N 2结构和三个 H 2结构具有负结合自由能,其中包括估计的结合近端蛋白质的 N 2和 H 2的熵惩罚。这些受青睐的结构在FeMo-co的exo -Fe2、exo -Fe6 和endo -Fe2 位置具有末端结合的N 2 ,以及在endo -Fe2 位置结合的H 2。N 2桥连Fe2 和Fe6 的各种假设结构在endo位置恢复为end-on-N 2 。结构也通过评估计算出的结合和解离的势垒。H 2结合的障碍范围为1至20 kcal mol -1 ,H 2解离的障碍范围为3至18 kcal mol -1。N 2结合的障碍,在侧向或端侧模式下,范围为2至18 kcal mol -1,而结合的N 2的解离遇到3至8 kcal mol -1的侧向键合障碍和 7 至 18 kcal mol -1用于端接键合。这些结果允许制定 H 2 /N 2的机制交换反应,并确定了三种可行的缔合交换机制和三种解离交换机制。始终保持一致的电子结构和势能表面。确定了与簇变形和金属-配体键形成有关的 Fe2 和 Fe6 自旋种群的变化。
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更新日期:2021-12-03
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