Моделирование редокс-металлоферментных процессов электрон-протонного переноса в системе кислород-супероксиддисмутазы в водной среде тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Рябых Андрей Валерьевич

• Рябых Андрей Валерьевич
• кандидат наук
• 2023

Оглавление диссертации кандидат наук Рябых Андрей Валерьевич

Введение

1 Современные представления о свойствах супероксиддисмутаз

1.1 Активные формы кислорода

1.2 Окислительный стресс

1.3 Ферменты группы супероксиддисмутаз

1.4 Медно-цинковая супероксиддисмутаза Cu,Zn-SOD

1.5 Марганцевая супероксиддисмутаза Mn-SOD и железная супероксиддисмутаза Fe-SOD

2 Методика и методы исследования

2.1 Приложения теории Маркуса для кинетики переноса электрона в классическом и квантово-химическом приближениях

2.2 Квантово-химический расчет матричного элемента электронного взаимодействия энергетических термов при переносе электрона обобщенным методом Малликена-Хаша

2.3 Оценка расстояния переноса электрона

2.4 Методика исследования взаимодействий в системе кислород-суперокиддисмутаза в водной среде

2.4.1 Негибридный функционал плотности РВЕ

2.4.2 Параметры расчета полных энергий и оптимизации молекулярных структур

2.4.3 Алгоритм компьютерного эксперимента

3 Медно-цинковая супероксиддисмутаза

3.1 Первичный перенос электрона в системе 02- - Cu,Zn-SOD

3.1.1 Топология основного состояния участников первичного переноса электрона в медно-цинковой супероксиддисмутазе

3.1.2 Топология взаимодействия супероксид-иона и активного центра медно-цинковой супероксиддисмутазы при первичном переносе электрона

3.2 Вторичный перенос электрона в системе 02- - Cu,Zn-SOD

3.2.1 Переносы протонов при вторичном переносе электрона в медно-цинковой супероксиддисмутазе

3.2.2 Топология основного состояния участников вторичного переноса электрона в медно-цинковой супероксиддисмутазе

3.2.3 Топология взаимодействия супероксид-иона и активного центра медно-цинковой супероксиддисмутазы при вторичном переносе электрона

3.3 Выводы по третьей главе

4 Марганцевая и железная супероксиддисмутазы

4.1 Первичный перенос электрона в системе 02- - Me-SOD

4.1.1 Топология основного состояния участников первичного переноса электрона в марганцевой и железной супероксиддисмутазах

4.1.2 Топология взаимодействия супероксид-иона и активного центра марганцевой и железной супероксиддисмутаз при первичном переносе электрона

4.2 Вторичный перенос электрона в системе 02- - Me-SOD

4.2.1 Перенос протона при вторичном переносе электрона в марганцевой и железной супероксиддисмутазах

4.2.2 Топология основного состояния участников вторичного переноса электрона в марганцевой и железной супероксиддисмутазах

4.2.3 Топология взаимодействия супероксид-иона и активного центра марганцевой и железной супероксиддисмутаз при вторичном переносе электрона

4.3 Выводы по четвертой главе

Заключение

Список условных обозначений и сокращений

Список литературы

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Моделирование редокс-металлоферментных процессов электрон-протонного переноса в системе кислород-супероксиддисмутазы в водной среде»

Введение

Актуальность работы. У всех аэробных организмов ввиду использования молекулярного кислорода О2 образуются крайне реакционноспособные промежуточные частицы - активные формы кислорода (АФК). Они получаются в результате частичного восстановления молекул кислорода. В отличие от молекулярного кислорода О2, который имеет кинетические барьеры взаимодействия с органическими субстратами клеточных органелл ввиду несовпадения спиновых мультиплетных состояний реагентов, промежуточные частицы АФК уже способны напрямую атаковать клеточные компоненты организма, такие как, например, клеточные мембраны, ДНК, РНК, выступая при этом в роли доноров или акцепторов электронов. В результате такого взаимодействия у органических молекул разрываются старые химические связи и возникают новые. Это явление схоже с действием высокоэнергетического ионизирующего радиационного излучения на организм. Как следствие, структурные компоненты организма повреждаются, вызывая при этом краткосрочные и долгосрочные мутации. Все это приводит к различным заболеваниям организма. Заболевания организма, вызываемые активными радикалами, (болезнь Паркинсона, онкология) на данный момент являются бичом человечества. В условиях нормальной работы организма ферменты группы супероксиддисмутаз (SOD) нейтрализуют супероксидные анион-радикалы О2-, которые являются первыми в ряду образования АФК. Данные ферменты представляют собой металлокомплексы в белковом окружении. В матриксе митохондрий, где происходят ключевые процессы электрон-транспортных энергетических цепей, и образуется наибольшее количество супероксид-ионов, содержится марганцевая супероксиддисмутаза (Mn-SOD или SOD2), а в клеточной среде - медно-цинковая супероксиддисмутаза (Cu,Zn-SOD или SOD1). В настоящее время некоторые вопросы, касающиеся механизма нейтрализации АФК этими супероксиддисмутазами, остаются дискуссионными. На это есть причины, которые несколько ограничивают прямые экспериментальные

исследования. Отмечается, что этими причинами являются: чрезвычайно высокая скорость каталитической реакции, малый период полураспада супероксид-иона в водно-белковой среде, а также трудность обнаружения протонов и протонированных аминокислотных остатков как интермедиатов каталитического процесса. Нередко в эксперименте прибегают к замене реальных частиц АФК на более устойчивые азид-ионы N3-, но так как в этом случае АФК напрямую в реакции не участвуют, то полученные ранее данные по механизмам обезвреживания активных форм кислорода остаются дискуссионными. Здесь и возникает необходимость теоретического и фундаментального исследования каталитической нейтрализации АФК природными атомно-молекулярными системами, такими как супероксиддисмутазы. Компьютерное моделирование in silico не имеет тех недостатков, с которыми сталкиваются экспериментаторы in vitro. Поэтому актуальной остается задача теоретического исследования каталитического механизма супероксиддисмутаз и их биомиметиков in silico. Активное развитие квантово-химических методов моделирования и топологического анализа электронной плотности позволит глубже исследовать дискуссионные моменты в данном вопросе. Изучение возможности докинга (стыковка одних молекул к структурной части других молекул) супероксид-ионов в активных центрах этих ферментов и способов взаимодействия АФК с такими металлоферментами позволит обобщить и развить известные теоретические модели физико-химических сопряжений природных и синтетических антиоксидантов в энергетических цепях кислорода. Особенно это касается методик теоретического исследования элементарных актов переносов электрона в данных системах, где есть неоднозначные моменты, такие как, например, расстояние переноса. Кроме того, исследование механизмов взаимодействия супероксид-ионов и SOD имеет практическое значение для разработки новых препаратов, которые могут улучшить функционирование организма при различных заболеваниях. Например, существуют препараты, содержащие SOD, которые используются при лечении сердечно-сосудистых заболеваний, а также при лечении болезни Паркинсона и других неврологических заболеваний. Таким

образом, исследование механизмов взаимодействия супероксид-ионов и SOD имеет большое значение для понимания процессов, происходящих в организме при окислительном стрессе, а также для разработки новых методов лечения заболеваний.

Степень разработанности темы исследования. Несмотря на значительное количество исследований, как экспериментальных, так и теоретических, которые посвящены изучению каталитической активности супероксиддисмутаз, некоторые аспекты физикохимии взаимодействий металлоферментов и АФК остаются дискуссионными. Экспериментально установлено, что реакции дисмутации супероксид-ионов, катализируемые SOD, являются pH-независимыми. Однако этот факт не в полной мере обоснован теоретически путем компьютерного моделирования. На данный момент времени разными научными группами проведены моделирования докинга в разных видах SOD с помощью молеулярной динамики и квантовой химии. При этом использовались разные допущения и упрощения. Предполагаемые механизмы различались, особенно в случаях марганцевой и железной супероксиддисмутаз. Имеются спорные моменты. 1) По какому механизму происходят переносы электрона в SOD: по внутрисферному (ион супероксида входит в первую координационную сферу металла) или по внешнесферному (ион супероксида связывается с активным центром вдалеке от металла)? 2) Какова кислородная форма акцептора электрона: ион супероксида О2- или гидропероксидный радикал HO2-? 3) Протонирование ^-His (мостикового гистидинового лиганда) в каталитическом цикле SOD1 происходит до начала вторичного переноса или во время переноса? 4) Депротонирование ^-His в

каталитическом цикле SOD1 происходит до начала вторичного переноса или во

2+

время переноса? 5) Какова роль иона цинка Zn и молекулы в каталитическом цикле SOD1? 6) На каких стадиях каталитических циклов происходят переносы протонов и каковы источники протонов? На данный момент такие атомно-молекулярные системы только начинают изучаться с позиций топологического анализа электронной плотности. Данное диссертационное исследование вносит в это свой вклад.

Целью диссертационной работы является моделирование взаимодействий супероксид-ионов с металлоферментными активными центрами медно-цинковой, марганцевой и железной супероксиддисмутаз для выявления взаимосвязи между структурными особенностями активных центров и их антиоксидантной способностью в водной среде. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

1. Путем моделирования выявить особенности взаимодействия супероксид-ионов и биологических мишеней активного центра металлофермента при осуществлении каталитического цикла медно-цинковой SOD в водном растворителе.

2. Установить вклад иона цинка Zn2+ и молекулы воды в антиоксидантную активность медно-цинковой SOD путем сравнения взаимодействия супероксид-ионов и биологических мишеней модифицированных активных центрах металлофермента без иона цинка и координированной молекулы воды в водной среде с результатами решения задачи 1.

3. Выявить особенности взаимодействия супероксид-ионов и биологических мишеней металлоферментов при осуществлении каталитического цикла марганцевой и железной SOD в водной среде.

4. Провести сравнение антиоксидантной эффективности марганцевой и железной SOD по отношению к супероксид-ионам в водной среде.

Научная новизна работы заключается в том, что впервые в рамках ab initio квантово-химических расчетов объяснен экспериментальный факт того, что ион цинка оказывает существенное влияние на реакцию окисления активного центра Cu,Zn-SOD, в то время как на реакцию восстановления активного центра Cu,Zn-SOD у него нет существенного влияния. Впервые показано негативное влияние молекулы воды на реакцию окисления активного центра Cu,Zn-SOD. Впервые в рамках ab initio квантово-химических вычислений обосновано наличие

3+

гидроксид-иона OH" в качестве пятого лиганда иона марганца Mn и молекулы

3+

воды H2O в качестве пятого лиганда иона железа Fe в окисленных формах Mn-SOD и Fe-SOD. Выявлено, что в восстановленных формах пятым лигандом в

координационном окружении иона металла является молекула воды. Впервые показаны сходства в механизмах докинга супероксид-ионов в активных центрах Mn-SOD и Fe-SOD при реакциях восстановления ферментов и отличия в механизмах докинга при реакциях окисления ферментов. Впервые применен топологический анализ электронной плотности активных центров и их сопряжений с АФК для выявления ключевых ролей структурных элементов активных центров.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные в работе результаты и описанные методические подходы к обозначенным вопросам и к решению поставленных задач позволят лучше понимать процессы, происходящие в организме при окислительном стрессе. Исследование специфической роли иона цинка и молекулы воды в координационной сфере протезного кофактора позволяет установить детали структурной перестройки и механизмов электрон-протонного переноса, обеспечивающих эффективность металлоферментного катализа реакции распада супероксид-ионов и условия необходимые для оптимальной работы Cu,Zn-SOD. Теоретическая значимость сравнения взаимодействия Mn-SOD и Fe-SOD с супероксид-ионами заключается в раскрытии специфических деталей и понимании различных стадий редокс-металлоферментных процессов в системах кислород - SOD. Изучение взаимодействия супероксид-ионов с различными формами SOD позволяет определить, какие аминокислотные остатки и какие ионы металлов играют ключевую роль в катализе реакции дисмутации супероксида. Также предложено решение дилеммы с оценкой расстояния переноса и радиусов участников элементарного акта переноса электрона, что расширяет возможности теоретического моделирования антиоксидантов. Практическая значимость диссертационного исследования заключается в том, что изучение особенностей строения медно-цинковой супероксиддисмутазы может привести к разработке новых антиоксидантных препаратов, улучшающих функционирование больного организма. Также возможно создание новых препаратов, которые могут повысить

эффективность работы Cu,Zn-SOD и Mn-SOD, тем самым предотвратить повреждение клеток и развитие заболеваний.

Методология и методы исследования. Исследование физико-химических свойств и химических связей атомно-молекулярных структур проведено на основе ab initio квантово-химического расчета в рамках теории функционала плотности, которая на данный момент времени является одним из наиболее приемлемых методов квантовой химии для решения обозначенных задач. В данной работе был использован нелокальный функционал PBE, основанный на обобщенном градиентном приближении, реализованный в программном пакете Orca 5.0.3. Для точного описания типов взаимодействий в исследуемых системах применен топологический анализ распределений электронной плотности атомно-молекулярных систем в пакете Multiwfn 3.8. Эффективность процессов переносов электронов исследовалась на основе хорошо апробированной полуклассической парадигмы Маркуса в рамках временно-зависимой теории функционала плотности. Учет водной среды проведен с использованием известных континуальных моделей растворителя CPCM (Conductor-like Polarizable Continuum Model).

На защиту выносятся следующие положения:

1. Способы докинга, термодинамика и кинетика дисмутации ионов О2- в активном центре SOD1.

2. Влияние наличия иона Zn2+ в активном центре SOD1 на способы докинга, термодинамику и кинетику дисмутации ионов О2- в активном центре SOD1.

3. Влияние наличия молекулы H2O в активном центре SOD1 на способы докинга, термодинамику и кинетику дисмутации ионов О2- в активном центре SOD1.

4. Сравнение способов докинга, термодинамики и кинетики дисмутации ионов О2- в активных центрах Mn-SOD и Fe-SOD.

Публикации. По теме диссертационного исследования опубликовано 9 работ, в том числе 2 статьи в журналах, включенных в Перечень рецензируемых научных изданий, в которых должны быть опубликованы основные научные

результаты диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук (все статьи опубликованы в казахстанских научных журналах, входящих в Scopus), 1 статья в сборнике материалов конференции, представленных в издании, входящем в Scopus. 5 статей в прочих научных журналах, 1 статья в сборнике материалов всероссийской научно-практической конференции с международным участием.

Апробация результатов исследования. Результаты диссертационной работы докладывались на следующих конференциях: VII региональная молодежная конференция «Мой выбор - Наука!» (Барнаул, 2020); Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии» (Томск, 2020); VIII региональная молодежная конференция «Мой выбор - Наука!» (Барнаул, 2021); Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии» (Томск, 2021); Международная научно-техническая конференция «Актуальные вопросы архитектуры и строительства» (Новосибирск, 2022); IX региональная молодежная конференция «Мой выбор - Наука!» (Барнаул, 2022); Международная научно-практическая конференция «Современные технологии и научно-технический прогресс» (Ангарск, 2022); XV Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (Бийск, 2022); XVIII международная научно-практическая конференция «Молодежь и наука» (Екатеринбург, 2022); Международная конференция «Физическая мезомеханика. Материалы с многоуровневой иерархически организованной структурой и интеллектуальные производственные технологии» (Томск, 2022); X региональная молодежная конференция «Мой выбор - Наука!» (Барнаул, 2023); XVI Всероссийская научно-практическая конференция студентов, аспирантов и

молодых ученых с международным участием «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (Бийск, 2023).

Личный вклад автора. Все приведенные в диссертации результаты получены при непосредственном участии только автора и являются уникальным. Выбор направленности, определения цели, задач, а также алгоритмов проведения компьютерного моделирования и интерпретация результатов были проведены совместно с научным руководителем.

Степень достоверности результатов исследования. Достоверность научных результатов обоснована использованием современных квантово-химических программных пакетов, методов теории функционала плотности. Выбранные функционал и базис адекватно описывают поведение атомно-молекулярной системы, представленной в исследовании. Полученные результаты находят согласие с экспериментальными данными.

Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка условных обозначений и сокращений, а также списка литературы. Полный объем диссертации составляет 150 страниц и включает в себя 51 рисунок и 29 таблиц. Список использованной литературы содержит 132 наименования.

1 Современные представления о свойствах супероксиддисмутаз

Кислород О2 - неотъемлемая часть дыхательных и энергетических электрон-транспортных цепей аэробных организмов. Роль молекулярного кислорода заключается в том, что он является акцептором электронов и протонов на внутренней мембране митохондрий клеток аэробов [1]. При этом происходит следующая редокс-полуреакция:

O20 + 4H+ + 4e~ ^ 2H2O0. (1.1)

Как видно из уравнения полуреакции (1.1), в данном процессе участвуют сразу четыре электрона. Синхронная передача более двух электронов чаще всего затруднена, поэтому в ходе протекания электрон-транспортной цепи могут возникать «утечки» электронов при одно- и двухэлектронных восстановлениях молекулы кислорода с образованием промежуточных крайне химически реактивных и вредоносных частиц - активных форм кислорода (АФК, reactive oxygen species - ROS). Их избыточное накопление вызывает состояние организма под названием «окислительный стресс», которое провоцирует различные заболевания. Ферменты группы супероксиддисмутаз защищают компоненты клеток от накопления одной из АФК - супероксидного анион-радикала O2- [2-4].

1.1 Активные формы кислорода

Молекулярный кислород содержит 16 электронов и с позиций метода

молекулярных орбиталей имеет следующую молекулярную электронную

2 * 2 2 * 2 2 2 2 * 1 * 1 конфигурацию: (ü1S) (ü1S ) fe) fe ) fez) fex) fey) fex ) fey ) . Молекула

кислорода имеет открытую электронную оболочку с основным триплетным

3

состоянием Zg. Два неспаренных электрона размещаются на дважды вырожденных п2р-разрыхляющих орбиталях. Ввиду этого принятие дополнительных электронов дестабилизирует образующиеся частицы O2n-, уменьшая энергию связи между ядрами кислорода и увеличивая длину связи О-О, а отдача электрона, в свою очередь, стабилизирует систему (Таблица 1.1).

Таблица 1.1 - Молекулярные характеристики кислородсодержащих частиц в газовой фазе [5]

Частица Диоксигенил-ион О2+ Кислород О2 Супероксид-ион О2-

Длина связи 1, А 1,116 1,208 1,35

Частота нулевых колебаний ю0, см-1 1904,8 1580,2 1090

Энергия диссоциации Do, эВ 6,663 5,116 4,094

Энергия отрыва электрона, эВ 24,2 12,071 0,440

Совместное присутствие молекулярного кислорода и многих органических веществ делает такую систему термодинамически нестабильной. Константы равновесия реакций окисления компонент клеток живых организмов имеют очень большие значения. Однако имеются кинетические затруднения окисления, что делает аэробную жизнь принципиально возможной в атмосфере, насыщенной газообразным кислородом. Причина кинетической стабильности заключается в том, что для большинства таких реакций окисления имеется запрет по спину. Множество органических веществ не имеют неспаренных электронов на внешних молекулярных орбиталях (МО), поэтому их основное электронное состояние синглетное. Кислород имеет триплетное основное электронное состояние. По законам квантовой химии спиновые триплет-синглетные (Т^) переходы запрещены, т.е. идут с малой вероятностью, несмотря на термодинамическую выгоду [6].

В результате работы электрон-транспортной цепи в митохондриях устойчивые молекулы кислорода неизбежно образуют различные химически активные метаболиты - АФК, помимо конечного продукта - молекулы воды [7]. Активные формы кислорода являются продуктами одно- и двух-электронных актов восстановления молекулы О2. Среди данных частиц традиционно выделяют следующие (Таблица 1.2).

Таблица 1.2 - Полуреакции образования АФК и соответствующие значения стандартных электродных потенциалов. Стандартное состояние для кислорода -давление 1 бар [6]

Активная форма Полуреакция образования Е0, В

Супероксид-ион О2- о0 + 1е - ^ О; - 0,33

Пероксид водорода Н2О2 02- + 2 Н+ + 1е- ^ Н2 020 + 0,94

020 + 2Н ++ 2е- ^ Н2020 + 0,31

Гидроксильный радикал ОН Н2 020 + Н+ + 1е- ^ ОН • + Н 2 О0 + 0,32

Гидропероксидный радикал НО2- 020 + Н ++ 1еНО 2 • - 0,46

Как видно из данных Таблицы 1.2, активные формы образуются преимущественно путем одно- и двухэлектронных актов восстановления молекулярного кислорода. С термодинамической точки зрения низкая величина Е0(О2/О2-) = - 0,33 В одноэлектронного восстановления кислорода О2 и образование супероксид-иона О2- определяет выгодность двух электронного восстановления и образование пероксида водорода Н202. С другой стороны, с кинетической точки зрения, редокс-процесс с участием только одного электрона более вероятен, чем редокс-процесс с одновременным участием двух электронов. В данном случае кинетическое затруднение при непосредственном образовании пероксида водорода более существенно, поэтому есть вероятность образования не только пероксида водорода, но и супероксидного ион-радикала 02- [8-14].

Считается, что наиболее опасной АФК является гидроксильный радикал ОН-. Он активно взаимодействует с компонентами клеток и другими радикальными частицами по одноэлектронному механизму, причем в большинстве случаев скорость реакций находится в диффузионной области [15]. Пероксид водорода Н2О2, несмотря на высокие значения редокс-потенциалов, при физиологических условиях относительно устойчив [6].

Супероксидный анион-радикал 02- является менее агрессивной АФК ввиду большой молярной массы (относительно малая подвижность) и наличия отрицательного заряда. Повышенная электронная плотность на данном ион-радикале делает затрудненными его взаимодействия с реакционными центрами, где имеется избыточная электронная плотность [16]. Частица содержит 17

электронов и имеет следующую молекулярную электронную конфигурацию:

2 * 2 2 * 2 2 2 2 * 2 * 1

(01з) (а^ ) (02з) (^ ) (П2рх) (П2ру) (П2р ) (п2р ) . Дополнительный электрон

*

занимает п2р - орбиталь, и частица, таким образом, имеет вырожденное дуплетное основное состояние П^

Ион супероксида является первым в последовательности образующихся активных форм. Его присутствие может провоцировать дальнейшую генерацию АФК (Таблица 1.2). Он имеет один неспаренный электрон и способен к одноэлектронному акту передачи электрона как донор, так и как акцептор электрона. Все это делает его более активной частицей, чем молекулярный кислород.

Избыточное накопление АФК в результате какого-либо сбоя в работе организма провоцирует окислительный стресс.

1.2 Окислительный стресс

Окислительный стресс - это совокупность процессов, протекающих в организме в условиях избыточного синтеза веществ-окислителей (активные формы кислорода, азота и т.д.) и недостаточной работы антиоксидантной системы.

Известно, что повышенная концентрация супероксидных ионов О2-приводит к повреждениям активных центров железосодержащих белков, таких как ферритин и аконитаза [17]. Фермент аконитаза принадлежит к классу лиаз и катализирует обратимую изомеризацию цитрата в изоцитрат в цикле Кребса [18]. Супероксид-ион взаимодействует с 4Fe-4S кластером в активном центре аконитазы. В результате этого из кластера отсоединяются ионы железа Fe2+ и Fe3+,

а также образуются другие АФК - пероксид водорода и гидроксильный радикал [19-21]. После этого в клетке повышается концентрация свободного железа в ионной форме, а также продуцируются дополнительные количества пероксида водорода и наиболее активного гидроксильного радикала [22]. Свободное железо способно взаимодействовать с активными формами кислорода, продолжая цепь их образования. Это осуществляется с помощью реакций Фентона и Габера-Вейса.

Реакция Фентона описывает взаимодействие ионов железа с пероксидом водорода:

Ев2+ + Н2О2 = Ев3+ + ОН - + ОН •. (1.2)

Наиболее важным продуктом реакции Фентона является гидроксильный радикал ОН-. Эта реакция - один из основных источников самой агрессивной АФК при окислительном стрессе [23].

При одновременном присутствии супероксидного иона и пероксида водорода реакцию Фентона сопровождает протекание реакции Габера - Вейса [24]:

Ев3++ О2 = Ев2++ О2. (1.3)

Таким образом, ионы железа выступают в роли катализатора продуцирования дополнительного количества АФК в наиболее агрессивной форме (О№). В отличие от малоактивных и селективных химических частиц О2- и Н2О2, радикалы ОН крайне реакционноспособны и наименее селективны по отношению к молекулярным мишеням. Гидроксильные радикалы повреждают множество биоорганических веществ (белки, липиды, углеводы, нуклеиновые кислоты) [25-27]. Повреждения дезоксирибонуклеиновых кислот приводят к различным мутациям.

Неконтролируемое образование АФК в целом ответственно за множество заболеваний организма. Например, болезнь Альцгеймера, диабет, онкологические заболевания [28-32].

1.3 Ферменты группы супероксиддисмутаз

Супероксиддисмутазы (СОД, SOD) - это группа ферментов, которые катализируют реакцию дисмутации (диспропорционирования) супероксидного иона по следующей схеме:

O;+ Men+ (SOD) = O2 + Me(n1)+ (SOD), (1.4)

O + 2 H+ + Me(n1)+ (SOD) = H 2 O2 + Men+ (SOD). (1.5)

Условимся здесь и далее называть реакцию (1.4) первичной, а реакцию (1.5) - вторичной. Соответствующие акты переноса электрона будут первичным и вторичным.

В ходе протекания каталитического цикла реализуется следующая суммарная реакция:

2O;+ 2 H += O2 + H 2 O2. (1.6)

В качестве протезных кофакторов в активном центре фермента выступают ионы 3d - переходных металлов (марганца Mn, железа Fe, никеля Ni, меди Cu и цинка Zn) [33-37]. SOD классифицируют по природе кофактора и количеству элементарных субъединиц белка (его составных частей). В связи с этой классификацией выделяют следующие виды ферментов.

SOD1 (Cu,Zn-SOD) - супероксиддисмутаза, которая содержит в активном

2+ 2+

центре ионы меди Cu и цинка Zn . Состоит из двух элементарных субъединиц. Встречается во всех клетках эукариот и во многих клетках прокариот. Располагается в цитозоле клеток и пероксисомах [38-41].

1. SOD2 (Mn-SOD) - супероксиддисутаза, которая содержит в активном

3+

центре ион марганца Mn . Состоит из четырех элементарных субъединиц. Встречается в клетках многих эукариот (включая человека) и прокариот. Располагается в матриксе митохондрий, где образуется большое количество супероксидных ионов, а также в пероксисомах [33-37].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Рябых Андрей Валерьевич, 2023 год

Список литературы

1 Schultz B. E. Structures and proton-pumping strategies of mitochondrial respiratory enzymes / B. E. Schultz, S. I. Chan // Annu. Rev. Biophes. Biomolec. Structure. - 2001. - Vol. 30. - P. 23-65.

2 Warner H. R. Superoxide dismutase, aging, and degenerative disease // Free radical biology and medicine. - 1994. - Vol. 17, is. 3. - P. 249-258.

3 Fukai T. Superoxide dismutases: role in redox signaling, vascular function, and diseases / T. Fukai, M. Ushio-Fukai // Antioxidants & redox signaling. - 2011. - Vol. 15, is. 6. - P. 1583-1606.

4 Miao L. Regulation of superoxide dismutase genes: implications in disease / L. Miao, D. K. S. Chair // Free Radical Biology and Medicine. - 2009. - Vol. 47, is. 4. - P. 344-356.

5 Huber K. P. Molecular spectra and molecular structure. IV. Constants of diatomic molecules / K. P. Huber, G. Herzberg. - New York: Litton Educational Publishing, 1979. - 717 p.

6 Krumova K. Overview of Reactive Oxygen Species / K. Krumova, G. Cosa // Singlet Oxygen: Applications in Biosciences and Nanosciences. - 2016. - Vol. 1. - P. 1-21.

7 Brand M. D. Mitochondrial proton and electron leaks essays in biochemistry // Essays Biochem. - 2010. - Vol. 47. - P. 53-67.

8 Role of oxygen radicals in DNA damage and cancer incidence / M. Valko, M. Izakovic, M. Mazur [et al.] // Mol. Cell. Biochem. - 2004. - Vol. 266. - P. 37-54.

9 Finkel T. Oxidants, oxidative stress and the biology of ageing / T. Finkel, N. Holbrook // Nature. - 2000. - Vol. 408. - P. 239-247.

10 Turrens J. F. Mitochondrial formation of reactive oxygen species // The Journal of physiology. - 2003. - Vol. 552. - P. 335-344.

11 Finkel T. Signal transduction by reactive oxygen species // The Journal of cell biology. - 2011. - Vol. 194. - P. 7-15.

12 Boveris A. The mitochondrial generation of hydrogen peroxide. General properties and effect of hyperbaric oxygen / A. Boveris, B. Chance // The Biochemical journal. - 1973. - Vol. 134, is. 3. - P. 707-716.

13 Turrens J. F. Ubisemiquinone is the electron donor for superoxide formation by complex III of heart mitochondria / J. F. Turrens, A. Alexandre, A. L. Lehninger // Archives of biochemistry and biophysics. - 1985. - Vol. 237, is. 2. - P. 408-414.

14 Electron transfer between cytochrome c and p66Shc generates reactive oxygen species that trigger mitochondrial apoptosis / M. Giorgio, E. Migliaccio, F. Orsini [et al.] // Cell. - 2005. - Vol. 122, is. 2. - P. 221-233.

15 Hydroxyl radical as an unlikely key intermediate in the photodegradation of emerging pollutants / G. M. Rodriguez-Muniz, J. Gomis, A. Arques, [et al.] // Photochem. Photobiol. - 2014. - Vol. 90. - P. 1467-1469.

16 D'Autreaux B. ROS as signalling molecules: mechanisms that generate specificity in ROS homeostasis / B. D'Autreaux, M. B. Toledano // Nat. Rev. Mol. Cell Biol. - 2007. - Vol. 8. - P. 813-824.

17 Gardner P. R. Superoxide sensitivity of the Escherichia coli aconitase / P. R. Gardner, I. Fridovich // J. Biol. Chem. - 1998. - Vol. 266. - P. 19328-19333.

18 Beinert H. Aconitase, a two-faced protein: enzyme and iron regulatory factor / H. Beinert, M. C. Kennedy // The FASEB Journal. - 1993. - Vol. 7, is. 15. - P. 14421449.

19 Nathan C. Specificity of a third kind: reactive oxygen and nitrogen intermediates in cell signaling // The Journal of clinical investigation. - 2003. -Vol. 111, is. 6. - P. 769-778.

20 Imlay J. A. Pathways of oxidative damage // Annual review of microbiology. - 2003. - Vol. 57. - P. 395-418.

21 Reczek C. R. ROS-dependent signal transduction / C. R. Reczek, N. S. Chandel // Current opinion in cell biology. - 2015. - Vol. 33. - P. 8-13.

22 Flint D. H. Iron - Sulfur Proteins with Nonredox Functions / D. H. Flint, R. M. Allen // Chem Rev. - 1996. - Vol. 96. - P. 2315-2334.

23 Goldstein S. The Fenton reagents / S. Goldenstein, D. Meyerstein, G. Czapski // Free Radical Biology and Medicine. - 1993. - Vol. 15, is. 4. - P. 435-445.

24 Koppenol W. H. The Haber-Weiss cycle - 70 years later // Redox Report. -2001. - Vol. 6, is. 4. - P. 229-234.

25 Winterbourn C. C. Reconciling the chemistry and biology of reactive oxygen species // Nature chemical biology. - 2008. - Vol. 4, is. 5. - P. 278-286.

26 Nathan C. Beyond oxidative stress: an immunologist's guide to reactive oxygen species / C. Nathan, A. Cunningham-Bussel // Nature reviews. Immunology. -2013. - Vol. 13(5). - P. 349-361.

27 OxyR: a molecular code for redox-related signaling / S. O. Kim, K. Merchant, R. Nudelman [et al.] // Cell. - 2002. - Vol. 109. - P. 383-396.

28 Antelmann H. Thiol-Based Redox Switches and Gene Regulation / H. Antelmann, J. Helmann // Antioxidants & redox signaling. - 2011. - Vol. 14. - P. 1049-1063.

29 Nishii W. A redox switch shapes the Lon protease exit pore to facultatively regulate proteolysis // Nature chemical biology. - 2015. - Vol. 11, is. 1. - P. 46-51.

30 Barja G. Mitochondrial Oxygen Radical Generation and Leak: Sites of Production in States 4 and 3, Organ Specificity, and Relation to Aging and Longevity // J. Bioenergetics and Biomembranes. - 1999. - Vol. 31. - P. 347-366.

31 Dawson T. M. Molecular Pathways of Neurodegeneration in Parkinson's Disease / T. M. Dawson, V. L. Dawson // Science. - 2003. - Vol. 302, is. 5646. - P. 819-822.

32 Oxidative stress and Alzheimer's disease: dietary polyphenols as potential therapeutic agents / A. S. Darvesh, R. T. Carroll, A. Bishayee [et al.] // Expert Rev Neurother. - 2010. - Vol. 5, is. 10. - P. 729-745.

33 Oxidative stress in Alzheimer disease: a possibility for prevention / D.J. Bonda, X. Wang, G. Perry [et al.] // Neuropharmacology. - 2010. - Vol. 59. - P. 290294.

34 Giacco F. Oxidative stress and diabetic complications / F. Giacco, M. Brownlee // Circ. Res. - 2010. - Vol. 107, is. 9. - P. 1058-1070.

35 Fridovich I. Superoxide anion radical (O2-), superoxide dismutases and related matters // J. Biol. Chem. - 1997. - Vol. 272. - P. 18515-18517.

36 Expression reconstitution and mutation of recombinant Streptomycescoelicolor NiSOD / P. A. Bryngelson, S. E. Arobo, J. L. Pinkham [et al.] // J. Am. Chem. - 2004. - Vol. 126. - P. 460-461.

37 Whittaker J. M. Manganese superoxide dismutase // Met. Ions. Biol. Syst. -2000. - Vol. 37. - P. 587-611.

38 Determination and analysis of the 2 A-structure of copper, zinc superoxide dismutase / J. A. Tainer, E. D. Getzoff, K. M. Beem [et al.] // J. Mol. Biol. - 1982. -Vol. 160. - P. 181-217.

39 Zelko I. N. Superoxide dismutase multigene family: a comparison of the CuZn-SOD (SOD1), Mn-SOD (SOD2), and EC-SOD (SOD3) gene structures, evolution, and expression / I. N. Zelko, T. J. Mariani, R. J. Folz // Free Radic. Biol. Med. - 2002. - Vol. 33. - P. 337-349.

40 Chang L. Y. Molecular immunocytochemistry of the CuZn superoxide dismutase in rat hepatocytes / L. Y. Chang, J. W. H. J. Geuze, J. D. Grapo // J. Cell. Biol. - 1988. - Vol. 107. - P. 2169-2179.

41 Okado-Matsumoto A. Subcellular distribution of superoxide dismutases (SOD) in rat liver: Cu, Zn-SOD in mitochondria / A. Okado-Matsumoto, I. Fridovich // J. Biol. Chem. - 2001. - Vol. 276. - P. 38388-38393.

42 Copper,zinc superoxide dismutase is primarily a cytosolic protein in human cells / J. D. Crapo, T. Oury, C. Rabouille [et al.] // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. - 1992. - Vol. 89. - P. 10405-10409.

43 Copper/Zinc Superoxide Dismutase in Human Skin: Current Knowledge / G. G. Altobelli, S. Van Noorden, A. Balato [et al.] // Front. Med. - 2020. - Vol. 7. - P. 183.

44 Structure-function in Escherichia coli iron superoxide dismutase: comparsions with the manganese enzyme from Thermus thermophiles / M. S. Lah, M. M. Dixon, K. A. Pattridge [et al.] // Biochemistry. - 1995. - Vol. 34. - P. 1646-1660.

45 Dilated cardiomyopathy and neonatal lethality in mutant mice lacking manganese superoxide dismutase / Y. Li, T. T. Huang, E. J. Carlson [et al.] // Nature Genetics. - 1995. - Vol. 11. - P. 376-381.

46 A correlation of reactive oxygen species accumulation by depletion of superoxide dismutases with age-dependent impairment in the nervous system and muscles of Drosophila adults / S. Oka, J. Hirai, T. Yasukawa [et al.] // Biogerontology. - 2015. - Vol. 16. - P. 485-501.

47 CuZnSOD deficiency leads to persistent and widespread oxidative damage and hepatocarcinogenesis later in life / S. Elchuri, T. D. Oberley, W. Qi [et al.] // Oncogene. - 2005. - Vol. 24. - P. 367-380.

48 Absence of CuZn superoxide dismutase leads to elevated oxidative stress and acceleration of age-dependent skeletal muscle atrophy / F. L. Muller, W. Song, Y. Liu [et al.] // Free Rad. Biol. Med. - 2006. - Vol. 40. - P. 1993-2004.

49 Protective effects of Cu/Zn-SOD and Mn-SOD on UVC radiation-induced damage in NIH/3T3 cells and murine skin / D. Chen, X. Ai, Y. Li [et al.] // Acta Histochemica. - 2023. - Vol. 125, is. 4. - P. 152030.

50 Phenotypes of mice lacking extracellular superoxide dismutase and copper-and zinc-containing superoxide dismutase / M. L. Sentman, M. Granstrom, H. Jakobson [et al.] // The Journal of Biological Chemistry. - 2006. - Vol. 281. - P. 6904-6909.

51 Nano-extract of Acalypha hispida Increased Cu,Zn-SOD Antioxidant in Pancreas of Diabetic Rat / S. Sa'diah, H. Alfarisi, T. Wresdiyati [et al.] // Indonesian Journal of Pharmaceutical Science and Technology. - 2023. - Vol. 10, is. 2. - P. 82-89.

52 Branco R. J. F. Molecular Dynamics Simulations of the Enzyme Cu, Zn Superoxide Dismutase / R. J. F. Branco, P. A. Fernandes, M. J. Ramos // J. Phys. Chem. B. - 2006. - Vol. 110. - P. 16754-16762.

53 Structure and mechanism of copper, zinc superoxide dismutase / J. A. Tainer, E. D. Getzoff, J. S. Richardson [et al.] // Nature. - 1983. - Vol. 306. - P. 284-287.

54 Branco, R. J. F. Density-functional calculations of the Cu, Zn superoxide dismutase redox potential: The influence of active site distortion / R. J. F. Branco, P. A.

Fernandes, M. J. Ramos // Journal of Molecular Structure: Theochem. - 2005. - Vol. 729. - P. 141-146.

55 A Structure-Based Mechanism for Copper-Zinc Superoxide Dismutase / J. P. Hart, M. M. Balbirnie, N. L. Ogihara [et al.] // Biochemistry. - 1999. - Vol. 38. - P. 2167-2178.

56 Copper-Zinc Superoxide Dismutase: Why Not pH-Dependent / L. M. Ellerby, D. E. Cabelli, J. A. Graden [et al.] // J. Am. Chem. Soc. - 1996. - Vol. 118. - P. 65566561.

57 Smirnov V. V. Mechanisms of Electron Transfer in Catalysis by Copper Zinc Superoxide Dismutase / V. V. Smirnov, J. P. Roth // J. Am. Chem. Soc. - 2006. - Vol. 128. - P. 16424-16425.

58 Theoretical Modeling of Enzyme Reaction Chemistry: The Electron Transfer of the Reduction Mechanism in CuZn Superoxide Dismutase / M. D'Alessandro, M. Aschi, M. Paci [et al.] // J. Phys. Chem. B. - 2004. - Vol. 108. - P. 16255-16260.

59 Bull C. Steady-state kinetic studies of superoxide dismutases: properties of the iron containing protein from Escherichia coli / C. Bull, J. A. Fee // Journal of the American Chemical Society. - 1985. - Vol. 107, is. 11. - P. 3295-3304.

60 Misra H. P. Inhibition of superoxide dismutases by azide / H. P. Misra, I. Fridovich // Archives of biochemistry and biophysics. - 1978. - Vol. 189, is. 2. - P. 317-322.

61 Bannister W. H. Factor analysis of the activities of superoxide dismutase, catalase and glutathione peroxidase in normal tissues and neoplastic cell lines / W. H. Bannister, J. V. Bannister // Free radical research communications. - 1987. - Vol. 4, is. 1. - P. 1-13.

62 Hayyan M. Superoxide ion: generation and chemical implications / M. Hayyan, M. A. Hashim, I. M. AlNashef // Chemical reviews. - 2016. - Vol. 116, is. 5. -P. 3029-3085.

63 Cu,Zn-Superoxide Dismutase without Zn is Folded but Catalytically Inactive / S. Nedd, R. L. Redler, E. A. Proctor [et al.] // J. Mol. Biol. - 2014. - Vol. 426. - P. 4112-4124.

64 Cryo-trapping the six-coordinate, distorted-octahedral active site of manganese superoxide dismutase / G. E. O. Borgstahl, M. Pokross, R. Chehab [et al.] // Journal of molecular biology. - 2000. - Vol. 296, is. 4. - P. 951-959.

65 Whittaker J. W. The irony of manganese superoxide dismutase // Biochem. Soc. Trans. - 2003. - Vol. 31. - P. 1318-1321.

66 The structural biochemistry of the superoxide dismutases / J. J. P. Perry, D. S. Shin, E. D. Getzoff [et al.] // Biochimica et Biophysica Acta - Proteins and Proteomics. - 2010. - Vol. 1804, is. 2. - P. 245-262.

67 Structure-Function in Escherichia Coli Iron Superoxide Dismutase: Comparisons with the Manganese Enzyme from Thermus Thermophilus / M. S. Lah, M. M. Dixon, K. A. Pattridge [et al.] // Biochemistry. - 1995. - Vol. 34. - P. 1646-1660.

68 Manganese superoxide dismutase from Thermus thermophilus: a structural model refined at 1.8 Ä resolution / M. L. Ludwig, A. L. Metzger, K. A. Pattridge [et al.] // Journal of molecular biology. - 1991. - Vol. 219, is. 2. - P. 335-358.

69 Tierney D. L. X-ray absorption spectroscopy of the iron site in Escherichia coli Fe (III) superoxide dismutase // Biochemistry. - 1995. - Vol. 34, is. 5. - P. 16611668.

70 Demicheli V. Human Mn-superoxide dismutase inactivation by peroxynitrite: a paradigm of metal-catalyzed tyrosine nitration in vitro and in vivo // Metallomics. -2018. - Vol. 10. - P. 679.

71 Azadmanesh J. A Review of the Catalytic Mechanism of Human Manganese Superoxide Dismutase // J. Azadmanesh, G. E. O. Borgstahl // Antioxidants. - 2018. -Vol. 7. - P. 25.

72 Whittaker M. M. A "Thermophilic Shift" in Ligand Interactions for Thermus Thermophilus Manganese Superoxide Dismutase / M. M. Whittaker, J. W. Whittaker // J. Biol. Inorg. Chem. - 1997. - Vol. 2. - P. 667-671.

73 Whittaker M. M. Low-Temperature Thermochromism Marks a Change in Coordination for the Metal Ion in Manganese Superoxide Dismutase / M. M. Whittaker, J. W. Whittaker // Biochemistry. - 1996. - Vol. 35. - P. 6762-6770.

74 Srnec M. Reaction mechanism of manganese superoxide dismutase studied by combined quantum and molecular mechanical calculations and multiconfigurational methods // The Journal of Physical Chemistry B. - 2009. - Vol. 113, is. 17. - P. 60746086.

75 Miller A. F. Proton-coupled electron transfer in Fe-superoxide dismutase and Mn-superoxide dismutase // Journal of inorganic biochemistry. - 2003. - Vol. 93, is. 12. - P. 71-83.

76 Hearn A. S. Catalytic and structural effects of amino acid substitution at histidine 30 in human manganese superoxide dismutase: Insertion of valine Cy into the substrate access channel // Biochemistry. - 2003. - Vol. 42, is. 10. - P. 2781-2789.

77 Hearn A. S. Characterization of the product-inhibited complex in catalysis by human manganese superoxide dismutase // Journal of Biological Chemistry. - 1999. -Vol. 274, is. 35. - P. 24457-24460.

78 Redox properties of human manganese superoxide dismutase and active-site mutants / V. J. P. Leveque, C. K. Vance, H. S. Nick [et al.] // Biochemistry. - 2001. -Vol. 40, is. 35. - P. 10586-10591.

79 Quantum chemical studies of intermediates and reaction pathways in selected enzymes and catalytic synthetic systems / L. Noodleman, T. Lovell, W. G. Han [et al.] // Chemical reviews. - 2004. - Vol. 104, is. 2. - P. 459-508.

80 Li J. Density functional and electrostatic calculations of manganese superoxide dismutase active site complexes in protein environments // Inorganic chemistry. - 1999. - Vol. 38, is. 5. - P. 929-939.

81 Structural analysis of peroxide-soaked MnSOD crystals reveals side-on binding of peroxide to active-site manganese / J. Porta, A. Vahendi-Farindi, G. E. O. Borgstahl [et al.] // Journal of molecular biology. - 2010. - Vol. 399, is. 3. - P. 377384.

82 Spectroscopic and Computational Studies of the Azide-Adduct of Manganese Superoxide Dismutase: Definitive Assignment of the Ligand Responsible for the Low-Temperature Thermochromism / T. A. Jackson, A. Karapetian, A. F. Miller [et al.] // J. Am. Chem. Soc. - 2004. - Vol. 126. - P. 12477-12491.

83 The Reaction Mechanism of Iron and Manganese Superoxide Dismutases Studied by Theoretical Calculations / L. Rulisek, K. P. Jensen, K. Lundgren [et al.] // Journal of Computational Chemistry. - 2006. - Vol. 27. - P. 1398-1414.

84 Marcus R. A. Chemical and electrochemical electron-transfer theory // Annual review of physical chemistry. - 1964. - Vol. 15, is. 1. - P. 155-196.

85 Marcus R. A. Electron transfers in chemistry and biology / R. A. Marcus, N. Sutin // Biochimica et Biophysica Acta. - 1985. - Vol. 811. - P. 265-322.

86 Eberson L. The Marcus theory of electron transfer, a sorting device for toxic compounds // Advances in Free Radical Biology & Medicine. - 1985. - Vol. 1. - P. 1990.

87 Rosso K. M. Ab Initio Calculation of Homogeneous Outer Sphere Electron Transfer Rates: Application to M(OH2)3+/2+ Redox Couples / K. M. Rosso, J. R. Rustad // J. Phys. Chem. A. - 2000. - Vol. 104. - P. 6718-6725.

88 Landau L. Zur Theorie der Energieubertragung. II // Physikalische Zeitschrift der Sowjetunion. - 1932. - Vol. 2. - P. 46-51.

89 Zener C. Non-Adiabatic Crossing of Energy Levels // Proceedings of the Royal Society of London A. - 1932. - Vol. 137, is. 6. - P. 696-702.

90 Cave R. J. Calculation of electronic coupling matrix elements for ground and excited state electron transfer reactions: Comparison of the generalized Mulliken-Hush and block diagonalization methods / R. J. Cave, M. D. Newton // Journal of Chemical Physics. - 1997. - Vol. 106. - P. 9213-9226.

91 Zusman L. D. Outer-sphere electron transfer in polar solvents // Chemical Physics. - 1980. - Vol. 49, is. 2. - P. 295-304.

92 Alexandrov I. V. Physical aspects of charge transfer theory // Chemical Physics. - 1980. - Vol. 51, is. 3. - P. 449-457.

93 Lippard S. J. Theory of Electron Transfer Reactions: Insights and Hindsights // Progress in Inorganic Chemistry. - 1978. - Vol. 30. - P. 441-498.

94 Rosso, K. M. Outer-sphere electron transfer kinetics of metal ion oxidation by molecular oxygen / K. M. Rosso, J. J. Morgan // Geochimica et Cosmochimica Acta. -2002. - Vol. 66, is. 24. - P. 4223-4233.

95 Mulliken R. S. Molecular complexes and their spectra: part II // J. Am. Chem. Soc. - 1952. - Vol. 64. - P. 811-824.

96 Hush N. S. Adiabatic theory of outer-sphere electron-transfer reactions in solution // Trans. Faraday Soc. - 1961. - Vol. 57. - P. 557-580.

97 Hush N. S. Intervalence-charge transfer absorption. II. Theoretical considerations and spectroscopic data // Prog. Inorg. Chem. - 1967. - Vol. 18. - P. 391444.

98 Hush N. S. Homogeneous and heterogeneous optical and thermal electron-transfer // Electrochim. Acta. - 1968. - Vol. 13. - P. 1005-1023.

99 Reimers J. R. Electronic properties of transition-metal complexes determined from electro-absorption (Stark) spectroscopy. 2. Mononuclear complexes of ruthenium(II) / J. R. Reimers, N. S. Hush // J. Phys. Chem. - 1991. - Vol. 95. - P. 9773- 9781.

100 Runge E. Density-Functional Theory for Time-Dependent Systems / E. Runge, E. K. U. Gross // Physical Review Letters. - 1984. - Vol. 52, is. 12. - P. 997.

101 Zhendong L. First order nonadiabatic coupling matrix elements between excited states: Implementation and application at the TD-DFT and pp-TDA levels / L. Zhendong, S. Bingbing, L. Wenjian // J. Chem. Phys. - 2014. - Vol. 141. - P. 244105.

102 Компьютерное моделирование переноса электрона между цитохромовым активным центром и активными формами кислорода и азота / Е. А. Попова, А. В. Рябых, О. А. Маслова [и др.] // Известия Алтайского государственного университета. - 2022. - № 4. - С. 48-53.

103 Covalent radii revisited / B. Cordero, V. Gómez, A. E. Platero-Prats [et al.] // Dalton Trans. - 2008. - Vol. 21. - P. 2832-2838.

104 Batsanov S. S. Van der Waals Radii of Elements // Inorganic Materials. -2001. - Vol. 37, is. 9. - P. 871-885.

105 Neese F. The ORCA program system // Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science. - 2012. - Vol. 2, is. 1. - P. 73-78.

106 Neese F. Software update: The ORCA program system, version 4.0 // Wiley Interdisciplinary Reviews: Computational Molecular Science. - 2018. - Vol. 8, is. 1. -P. e1327.

107 Lu T. Multiwfn: A Multifunctional Wavefunction Analyzer / T. Lu, F. Chen // J. Comput. Chem. - 2012. - Vol. 33. - P. 580-592.

108 Perdew J. P. Generalized gradient approximation made simple / J. P. Perdew, K. Burke, M. Ernzerhof // Phys. Rev. Letters. - 1996. - Vol. 77. - P. 3865-3868.

109 Madsen G. K. H. Functional form of the generalized gradient approximation for exchange: The PBEa functional // Physical Review B. - 2007. - Vol. 75. - P. 195108.

110 A consistent and accurate ab initio parametrization of density functional dispersion correction (DFT-D) for the 94 elements H-Pu / S. Grimme, J. Antony, S. Ehrlich [et al.] // J. Chem. Phys. - 2010. - Vol. 132. - P. 154104.

111 Caldeweyher E. Extension of the D3 dispersion coefficient model / E. Caldeweyher, C. Bannwarth, S. Grimme // J. Chem.Phys. - 2017. - Vol. 147. - P. 034112.

112 Weigend F. Balanced basis sets of split valence, triple zeta valence and quadruple zeta valence quality for H to Rn: Design and assessment of accuracy / F. Weigend, R. Ahlrichs // Phys. Chem. Chem. Phys. - 2005. - Vol. 7. - P. 3297.

113 Выбор базисного набора для расчетов структурно-электронных свойств в системах с участием супероксидного радикала в водной среде / А. В. Рябых, М. А. Пирогов, О. А. Маслова [и др.] // Известия Алтайского государственного университета. - 2021. - № 1. - С. 53-57.

114 Pulay P. Convergence acceleration of iterative sequences. The case of scf iteration // Chem. Phys. Lett. - 1980. - Vol. 73. - P. 393.

115 Neese F. An Improvement of the Resolution of the Identity Approximation for the Formation of the Coulomb Matrix // J. Comp. Chem. - 2003. - Vol. 24. - P. 1740-1747.

116 H0yvik I. M. Trust region minimization of orbital localization functions / I. M. H0yvik, B. Jansik, P. J0rgensen // Journal of chemical theory and computation. -2012. - Vol. 8, is. 9. - P. 3137-3146.

117 Energies, structures, and electronic properties of molecules in solution with the CPCM solvation model / M. Cossi, N. Rega, G. Scalmani [et al.] // Chem. Phys. - 2003. - Vol. 24. - P. 669-681.

118 Unusual trigonal-planar copper configuration revealed in the atomic structure of yeast copper-zinc superoxide dismutase / N. L. Ogihara, H. E. Parge, P. J. Hart [et al.] // Biochemistry. - 1996. - Vol. 35. - P. 2316-2321.

119 Azadmanesh J. Substrate-analog binding and electrostatic surfaces of human manganese superoxide dismutase / J. Azadmanesh, S. R. Trickel, G. E. O. Borgstahl // J. Struct. Biol. - 2017. - Vol. 199. - P. 68-75.

120 Mid-and Far-Infrared Marker Bands of the Metal Coordination Sites of the Histidine Side Chains in the Protein Cu, Zn-Superoxide Dismutase / B. Xerri, H. Petitjian, F. Dipeyrat [et al.] // European Journal of Inorganic Chemistry. - 2014. - Vol. 2014, is. 27. - P. 4650-4659.

121 Bader R. F. W. Atoms in Molecules: A Quantum Theory / R. F. W. Bader. -Oxford, 1990. - 438 p.

122 Cremer D. A description of the chemical bond in terms of local properties of electron density and energy / D. Cremer, E. Kraka // Croatica Chemica Acta. - 1984. -Vol. 57, is. 6. - P. 1259-1281.

123 Winterbourn C. C. Reconciling the chemistry and biology of reactive oxygen species // Nature chemical biology. - 2008. - Vol. 4, is. 5. - P. 278-286.

124 Becke A. D. A simple measure of electron localization in atomic and molecular systems / A. D. Becke, K. E. Edgecombe // The Journal of chemical physics. - 1990. - Vol. 92, is. 9. - P. 5397-5403.

125 Набоков О. А. Диэлектрическая релаксация воды и водородные связи в воде / О. А. Набоков, Ю. А. Любимов // Хим. физика. - 1988. - Т. 7, № 5. - С. 634640.

126 Компьютерное моделирование устойчивости супероксид-иона О2- в континуальной диэлектрической среде / А. В. Рябых, О. А. Маслова, С. А. Безносюк [и др.] // Известия Алтайского государственного университета. - 2020. -№ 1. - С. 36-40.

127 The role of zinc ion in the active site of copper-zinc superoxide dismutase / A. V. Ryabykh, O. A. Maslova, S. A. Beznosyuk [et al.] // Bulletin of the Karaganda University. Chemistry series. - 2022. - Vol. 106, № 2. - P. 77-86.

128 Рябых А. В. Роли иона цинка и молекулы воды в активном центре медно-цинкового SOD катализатора / А. В. Рябых, О. А. Маслова, С. А. Безносюк // Известия Алтайского государственного университета. - 2023. - № 1. - C. 55-59.

129 Рябых А. В. Влияние иона цинка на перенос электрона в системе кислород-супероксиддисмутаза / А. В. Рябых, О. А. Маслова, С. А. Безносюк // Известия филиала Московского государственного университета имени М. В. Ломоносова в городе Душанбе. - 2022. - Т. 1, № 1 (21). - C. 77-83.

130 Computer simulation of interaction of superoxide ion with active centers of SOD and cytochrome C in low-sized cell membranes / A. V. Ryabykh, E. A. Popova, O. A. Maslova [et al.] // AIP Conference Proceedings. - 2022. - Vol. 2509 : Physical mesomechanics. Materials with multilevel hierarchical structure and intelligent manufacturing technology : proceedings of the international conference. - P. 0201621-020162-4.

131 Рябых А. В. Механизмы докинга супероксид-ионов в каталитических циклах марганцевой и железной супероксиддисмутазах / А. В. Рябых, О. А. Маслова, С. А. Безносюк // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности. Материалы XVI Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием. - Бийск, 2023. - С. 82-85.

132 Ryabykh A. V. Mechanisms of Docking of Superoxide Ions in the Catalytic Cycle of Manganese and Iron Superoxide Dismutases / A. V. Ryabykh, O. A. Maslova, S. A. Beznosyuk // Eurasian Journal of Chemistry. - 2023. - Vol. 111, № 3. - P. 104113.