ИСТИНА

Фотоферменты фотолиазы, связываясь с поврежденными участками ДНК, осуществляют репарацию основных фотопродуктов ДНК, образующихся под действием УФ излучения. В основе функционирования фотолиаз лежит реакция фотоиндуцированного межмолекулярного переноса электрона. Наиболее интересной с точки зрения химического механизма является (6-4) фотолиаза, осуществляющая репарацию наиболее цитотоксичных (6-4) пиримидин-пиримидон фотопродуктов ДНК. Несмотря на активное изучение механизма функционирования (6-4) фотолиазы с использованием наиболее современных экспериментальных методов и молекулярного моделирования, химический механизм реакции репарации окончательно не был установлен. Многомасштабное моделирование, сочетающее классическую молекулярную динамику и квантово-химические расчеты фотовозбужденных состояний и координаты реакции, способно разрешить некоторые из противоречий, существующих в понимании механизма действия (6-4) фотолиазы. В рамках многомасштабного моделирования были рассмотрены основные стадии реакции репарации (6-4) фотопропродукта ферментом (6-4) фотолиазой, включающие фотоиндуцированный перенос электрона, ведущий к образованию радикала фотопродукта, разрыв и образование ковалентных связей в радикале фотопродукта и обратный перенос электрона. С использованием расчетов методом теории функционала плотности были получены оптимизированные геометрии для моделирования стадий реакции репарации с участием различных форм критически важного аминокислотного остатка His365, роль которого в реакции репарации обсуждается в литературе. В случае участия нейтрального His365, наиболее вероятной представляется перегруппировка радикала фотопродукта за счет переноса OH-группы. Для протекания такой реакции необходимо снижение энергетического барьера реакции. В присутствии протонированного His365, происходит сопряженный перенос протона и электрона, что приводит к образованию протонированного (нейтрального) радикала фотопродукта. Для протекания реакции репарации по данному пути необходима подстройка таких свойств фотопродукта, как сродство к электрону. Оценки влияния макромолекулярного окружения на электронные энергии были проведены в рамках расчетов энергий возбужденных состояний структур, определяющих координату реакции репарации, которые проводились с использованием многоконфигурационного квантово-химического метода XMCQDPT2-CASSCF. В рамках данных расчетов была также проведена оценка матричных элементов неадиабатической связи. С использованием молекулярно-динамических расчетов была проведена оценка влияния динамики макромолекулярного окружения на энергии переноса электрона. Для оценки влияния электронных и электростатических взаимодействий на скорость реакции переноса электрона были скомбинированы результаты квантово-химических и молекулярно-динамических расчетов. Применение такого подхода позволяет связать быструю рекомбинацию радикальной пары в результате обратного переноса электрона с присутствием нейтральной формы His365. Присутствие же протонированного His365, выступающего донором протона для радикала фотопродукта, должно замедлять реакцию обратного переноса электрона. Таким образом, можно сделать вывод, что скорость и квантовый выход реакции репарации (6-4) фотопродукта фотоферментом должны критически зависеть от состояния протонирования His365 в активном центре белка. Работа выполнена при поддержки РНФ 22-23-00418.