Quantum chemical studies of biochemical reaction mechanisms


Project leader


Funding source

Swedish Research Council - Vetenskapsrådet (VR)


Project Details

Start date: 01/02/2013
End date: 31/12/2015
Funding: 1050000 SEK


Description

Vi använder kvantmekaniken för att studera molekylers egenskaper och kemiska reaktioner. Kvantmekaniken är en komplicerad teori, och dess ekvationer kan bara lösas approximativt och med hjälp av stora datorprogram. Olika typer av information om molekylära system kan räknas ut med dessa datorprogram, och resultaten kan användas för att tolka kemiska experiment. Beräkningar kan göras på alla typer av molekylära strukturer, även sådana som inte är stabila och därför inte kan studeras experimentellt. Därigenom kan beräkningarna ge mycket ny kunskap om mekanismer för kemiska reaktioner som man inte kan få fram via experiment. Utvecklingen av datorer och de kvantkemiska programmen har de senaste åren lett till att beräkningarna kan ge nästan samma noggrannhet som experimentella mätningar och att stora molekyler kan studeras. Enzymer är biologiska katalysatorer och många viktiga enzymer innehåller metaller. Vi studerar mekanismer för metallenzymer med hjälp av kvantkemiska metoder, vilket betyder att vi försöker få fram hur enzymerna fungerar i detalj. Ett viktigt biokemiskt problem som vi studerar gäller cellandningen. 95 % av allt syre som vi förbrukar bryts ner i andningskedjan. Den processen sker i enzymet cyto-kromoxidas som innehåller koppar och järn. Sönderdelningen av syret är nödvändig för att kroppen ska kunna ta tillvara den energi som finns lagrad i maten vi äter. Mekanismerna för syrets sönderdelning är till stora delar okända, trots att väldigt mycket biokemiska experiment utförs på detta system. Genom att göra kvantkemiska beräkningar på modeller av den aktiva siten i cytokromoxidas söker vi mekanismen för syrets sönderdelning. Vi studerar också mekanismen för hur syrets sönderdelning är kopplad till protontransport över det cellmembran som enzymet sitter i. Det är den protontransporten som ger upphov till att den energirika substansen ATP bildas. Att förklara hur den protontransporten går till är ett av de viktigaste problemen inom biokemin, och detta kommer att vara ett huvudprojekt framöver. Vi studerar också reaktionsmekanismerna för många andra enzymer, tex syrgas-bildningen i fotosyntesen och syrgasklyvningen i en hel serie järninnehållande enzymer. Ett viktigt mål för oss är att hitta generella lagar för enzymmekanismer, och det kan man bara göra genom att studera många olika enzymer och jämföra resultaten. Den information som vi får fram är i första hand av grundvetenskaplig natur, dvs den leder till att man bättre förstår verkligheten. Vi publicerar resultaten i internationella vetenskapliga tidskrifter och presenterar dem på internationella konferenser. På lite sikt kan den ökade förståelsen av enzymmekanismer också ha medicinsk betydelse.

Last updated on 2017-31-03 at 12:57