QM MM calculations on the membrane bound hydrogenase from Ralstonia eutropha Article Swipe
Molekularer Wasserstoff ist ein einfaches Molekül, das in der Knallgasreaktion mit Sauerstoff viel Energie freisetzt (572 kJ/mol). Aus diesem Grund wird es immer häufiger als saubere Energiequelle und als Alternative zu CO2 emittierenden Verbrennungsenergiequellen in Betracht gezogen. Hydrogenasen sind Metallenzyme, die in der Lage sind, Wasserstoff bei milden Reaktionsbedingungen zu aktivieren und in zwei Protonen und zwei Elektronen zu spalten. Da dies ein reversibler Prozess ist, können Hydrogenasen zur effizienten Lagerung und Freisetzung großer Energiemengen eingesetzt werden. Aus diesem Grund gewinnen sie immer mehr Aufmerksamkeit, da sie ein besonderes Potential in bioenergetischen Verwendungen für die alternative Treibstoffproduktion aufweisen. Allerdings sind die meisten Hydrogenasen sehr empfindlich gegenüber Sauerstoff. Die in dieser Arbeit untersuchte membrangebundene Hydrogenase (MBH) von Ralstonia eutropha kann Wasserstoff auch in der Gegenwart von natürlichen Sauerstoffmengen umsetzen. Ein detailliertes Wissen über den Mechanismus der reversiblen Wasserstoffspaltung und der Sauerstofftoleranz würde sehr zur Entwicklung biomimetischer Katalysatoranwendungen beitragen. Diese Mechanismen sind jedoch immer noch nicht im Detail geklärt. Das Ziel dieser Arbeit war es, strukturelle Details des katalytisch aktiven [NiFe] Zentrums, an dem dieWasserstoffreaktion statt findet, und des proximalen Eisen-Schwefel-clusters, der eine wichtige Rolle in der Sauerstofftoleranz der MBH spielt, zu klären. Dazu wurden theoretische Berechnungen der Schwingungseigenschaften mittels des quantenmechanischen/molekularmechanischen (QM/MM) Ansatzes in Kombination mit molek¨uldynamischen (MD) Simulationen durchgeführt. Bevor die röntgenkristallographische Struktur der MBH von Ralstonia eutropha verfügbar war, wurde in Kapitel 5 ein Strukturmodel für das Enzym mit Hilfe der Homologiemodell- Technik erstellt. Die modellierte Struktur wurde durch den Vergleich von QM/MM berechneten Infrarotspektren (IR) mit experimentellen Ergebnissen best¨atigt. Diese modellierte MBH ermöglichte erstmals Einblicke in die Struktur des aktiven Zentrums einer sauerstofftoleranten Hydrogenase. In Kapitel 6 wurde die absolute Konfiguration der an Eisen gebundenen, anorganischen Liganden im aktiven Zentrum aufgeklärt und best¨atigte vorherige Vorschläge für die strukturelle Konfiguration. Diese Arbeit trug außerdem dazu bei, Zuordnungsprobleme der anorganischen Liganden im aktiven Zentrum der röntgenkristallographisch bestimmten Struktur der reduzierten MBH, die 2011 veröffentlicht wurde, zu klären. Nachdem die Kristallstruktur der reduzierten MBH veröffentlicht worden war, wurden schwingungsspektroskopische Berechnungen auf QM/MM Level in Kombination mit MD Simulationen an verschiedenen reduzierten und lichtinduzierten Zuständen des aktiven Zentrums durchgeführt und mit experimentellen Resonanz Raman (RR) Spektren verglichen. Die Ergebnisse demonstrierten das Potential der RR Spektroskopie als Alternative zur IR Technik, Signale des aktiven Zentrums zu messen. In Kombination mit theoretischen Berechnungen konnte ein lichtinduzierter Zustand identifiziert und seine zuvor vorgeschlagene Struktur bestätigt werden. In Kapitel 8 werden die Ergebnisse zu ähnlichen Berechnungen wie in Kapitel 7 an verschiedenen Zuständen der oxidierten MBH vorgestellt. Zusätzlich wurden schwingungsspektroskopische Berechnungen für den proximalen Eisen-Schwefel-Cluster der superoxidierten MBH durchgeführt. Der Vergleich mit experimentellen RR Spektren bestätigte die Anwesenheit eines an ein Eisenatom des proximalen Clusters gebundenen Hydroxylliganden, der auch in der röntgenkristallographischen Struktur des oxidierten Enzyms detektiert werden konnte. Außerdem ermöglichten die QM/MM Rechnungen die Zuordnung aufgezeichneter Signale vom aktiven Zentrum zum aktivierten Zustand der MBH. Schließlich wird in Abschnitt 4.2 die Simulation von resonanzverstärkten Raman-Intensitäten behandelt. Hierzu wurde ein neuer Ansatz entwickelt und angewendet, der Raman-Intensitäten auf der Basis individueller Schwingungsbeiträge zur potentiellen Energie gewichtet.
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| abstract_inverted_index.MBH. | 469 |
| abstract_inverted_index.Ziel | 158 |
| abstract_inverted_index.auch | 120, 442 |
| abstract_inverted_index.bei, | 296 |
| abstract_inverted_index.dazu | 295 |
| abstract_inverted_index.dies | 61 |
| abstract_inverted_index.eine | 180 |
| abstract_inverted_index.für | 93, 226, 287, 415 |
| abstract_inverted_index.ist, | 65 |
| abstract_inverted_index.kann | 118 |
| abstract_inverted_index.mehr | 83 |
| abstract_inverted_index.noch | 152 |
| abstract_inverted_index.sehr | 103, 141 |
| abstract_inverted_index.sind | 38, 99, 149 |
| abstract_inverted_index.trug | 293 |
| abstract_inverted_index.viel | 12 |
| abstract_inverted_index.war, | 219, 325 |
| abstract_inverted_index.wird | 20, 471 |
| abstract_inverted_index.zwei | 53, 56 |
| abstract_inverted_index.(MBH) | 114 |
| abstract_inverted_index.Basis | 493 |
| abstract_inverted_index.Bevor | 209 |
| abstract_inverted_index.Diese | 147, 251, 291 |
| abstract_inverted_index.Eisen | 275 |
| abstract_inverted_index.Enzym | 228 |
| abstract_inverted_index.Grund | 19, 79 |
| abstract_inverted_index.Hilfe | 230 |
| abstract_inverted_index.Level | 331 |
| abstract_inverted_index.QM/MM | 243, 330, 456 |
| abstract_inverted_index.Raman | 351 |
| abstract_inverted_index.Rolle | 182 |
| abstract_inverted_index.durch | 239 |
| abstract_inverted_index.einer | 263 |
| abstract_inverted_index.eines | 432 |
| abstract_inverted_index.immer | 22, 82, 151 |
| abstract_inverted_index.neuer | 484 |
| abstract_inverted_index.nicht | 153 |
| abstract_inverted_index.seine | 385 |
| abstract_inverted_index.sind, | 44 |
| abstract_inverted_index.statt | 173 |
| abstract_inverted_index.wurde | 220, 238, 269, 482 |
| abstract_inverted_index.zuvor | 386 |
| abstract_inverted_index.über | 131 |
| abstract_inverted_index.Ansatz | 485 |
| abstract_inverted_index.Arbeit | 110, 160, 292 |
| abstract_inverted_index.Detail | 155 |
| abstract_inverted_index.Enzyms | 449 |
| abstract_inverted_index.Hierzu | 481 |
| abstract_inverted_index.Wissen | 130 |
| abstract_inverted_index.[NiFe] | 168 |
| abstract_inverted_index.diesem | 18, 78 |
| abstract_inverted_index.dieser | 109, 159 |
| abstract_inverted_index.jedoch | 150 |
| abstract_inverted_index.konnte | 379 |
| abstract_inverted_index.milden | 47 |
| abstract_inverted_index.werden | 394, 451 |
| abstract_inverted_index.worden | 324 |
| abstract_inverted_index.wurde, | 314 |
| abstract_inverted_index.wurden | 192, 326, 412 |
| abstract_inverted_index.würde | 140 |
| abstract_inverted_index.(QM/MM) | 200 |
| abstract_inverted_index.Details | 164 |
| abstract_inverted_index.Energie | 13, 498 |
| abstract_inverted_index.Kapitel | 222, 267, 392, 402 |
| abstract_inverted_index.Nachdem | 317 |
| abstract_inverted_index.Prozess | 64 |
| abstract_inverted_index.Signale | 368, 461 |
| abstract_inverted_index.Technik | 233 |
| abstract_inverted_index.Zentrum | 281, 303, 464 |
| abstract_inverted_index.Zustand | 382, 467 |
| abstract_inverted_index.aktiven | 167, 261, 280, 302, 344, 370, 463 |
| abstract_inverted_index.findet, | 174 |
| abstract_inverted_index.großer | 73 |
| abstract_inverted_index.konnte. | 452 |
| abstract_inverted_index.können | 66 |
| abstract_inverted_index.meisten | 101 |
| abstract_inverted_index.messen. | 373 |
| abstract_inverted_index.mittels | 197 |
| abstract_inverted_index.saubere | 25 |
| abstract_inverted_index.spielt, | 188 |
| abstract_inverted_index.werden. | 76, 390 |
| abstract_inverted_index.Ansatzes | 201 |
| abstract_inverted_index.Betracht | 35 |
| abstract_inverted_index.Clusters | 438 |
| abstract_inverted_index.Lagerung | 70 |
| abstract_inverted_index.Liganden | 278, 300 |
| abstract_inverted_index.Protonen | 54 |
| abstract_inverted_index.Resonanz | 350 |
| abstract_inverted_index.Spektren | 353, 428 |
| abstract_inverted_index.Struktur | 212, 237, 259, 307, 388, 446 |
| abstract_inverted_index.Technik, | 367 |
| abstract_inverted_index.Zentrums | 262, 345, 371 |
| abstract_inverted_index.absolute | 271 |
| abstract_inverted_index.erstmals | 255 |
| abstract_inverted_index.eutropha | 117, 217 |
| abstract_inverted_index.gewinnen | 80 |
| abstract_inverted_index.gezogen. | 36 |
| abstract_inverted_index.kJ/mol). | 16 |
| abstract_inverted_index.klären. | 190, 316 |
| abstract_inverted_index.spalten. | 59 |
| abstract_inverted_index.wichtige | 181 |
| abstract_inverted_index.Abschnitt | 473 |
| abstract_inverted_index.Außerdem | 453 |
| abstract_inverted_index.Einblicke | 256 |
| abstract_inverted_index.Eisenatom | 435 |
| abstract_inverted_index.Gegenwart | 123 |
| abstract_inverted_index.Molekül, | 5 |
| abstract_inverted_index.Potential | 89, 359 |
| abstract_inverted_index.Ralstonia | 116, 216 |
| abstract_inverted_index.Vergleich | 241, 424 |
| abstract_inverted_index.Zentrums, | 169 |
| abstract_inverted_index.Zuordnung | 459 |
| abstract_inverted_index.außerdem | 294 |
| abstract_inverted_index.einfaches | 4 |
| abstract_inverted_index.erstellt. | 234 |
| abstract_inverted_index.freisetzt | 14 |
| abstract_inverted_index.geklärt. | 156 |
| abstract_inverted_index.häufiger | 23 |
| abstract_inverted_index.umsetzen. | 127 |
| abstract_inverted_index.vorherige | 285 |
| abstract_inverted_index.Allerdings | 98 |
| abstract_inverted_index.Elektronen | 57 |
| abstract_inverted_index.Ergebnisse | 356, 396 |
| abstract_inverted_index.Rechnungen | 457 |
| abstract_inverted_index.Sauerstoff | 11 |
| abstract_inverted_index.Simulation | 476 |
| abstract_inverted_index.Zuständen | 342, 406 |
| abstract_inverted_index.aktivieren | 50 |
| abstract_inverted_index.aufweisen. | 97 |
| abstract_inverted_index.behandelt. | 480 |
| abstract_inverted_index.beitragen. | 146 |
| abstract_inverted_index.besonderes | 88 |
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| abstract_inverted_index.bestätigt | 389 |
| abstract_inverted_index.detektiert | 450 |
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| abstract_inverted_index.entwickelt | 486 |
| abstract_inverted_index.gebundenen | 439 |
| abstract_inverted_index.gegenüber | 105 |
| abstract_inverted_index.gewichtet. | 499 |
| abstract_inverted_index.oxidierten | 408, 448 |
| abstract_inverted_index.proximalen | 177, 417, 437 |
| abstract_inverted_index.verfügbar | 218 |
| abstract_inverted_index.ähnlichen | 398 |
| abstract_inverted_index.Alternative | 29, 364 |
| abstract_inverted_index.Anwesenheit | 431 |
| abstract_inverted_index.Entwicklung | 143 |
| abstract_inverted_index.Ergebnissen | 249 |
| abstract_inverted_index.Freisetzung | 72 |
| abstract_inverted_index.Hydrogenase | 113 |
| abstract_inverted_index.Kombination | 203, 333, 375 |
| abstract_inverted_index.Mechanismen | 148 |
| abstract_inverted_index.Mechanismus | 133 |
| abstract_inverted_index.Molekularer | 0 |
| abstract_inverted_index.Sauerstoff. | 106 |
| abstract_inverted_index.Vorschläge | 286 |
| abstract_inverted_index.Wasserstoff | 1, 45, 119 |
| abstract_inverted_index.Zusätzlich | 411 |
| abstract_inverted_index.aktivierten | 466 |
| abstract_inverted_index.alternative | 95 |
| abstract_inverted_index.angewendet, | 488 |
| abstract_inverted_index.aufgeklärt | 282 |
| abstract_inverted_index.berechneten | 244 |
| abstract_inverted_index.bestätigte | 429 |
| abstract_inverted_index.effizienten | 69 |
| abstract_inverted_index.empfindlich | 104 |
| abstract_inverted_index.gebundenen, | 276 |
| abstract_inverted_index.katalytisch | 166 |
| abstract_inverted_index.modellierte | 236, 252 |
| abstract_inverted_index.reduzierten | 309, 321, 339 |
| abstract_inverted_index.reversiblen | 135 |
| abstract_inverted_index.reversibler | 63 |
| abstract_inverted_index.untersuchte | 111 |
| abstract_inverted_index.verglichen. | 354 |
| abstract_inverted_index.Berechnungen | 194, 328, 378, 399, 414 |
| abstract_inverted_index.Hydrogenase. | 265 |
| abstract_inverted_index.Hydrogenasen | 37, 67, 102 |
| abstract_inverted_index.Schließlich | 470 |
| abstract_inverted_index.Simulationen | 207, 336 |
| abstract_inverted_index.Verwendungen | 92 |
| abstract_inverted_index.best¨atigt. | 250 |
| abstract_inverted_index.best¨atigte | 284 |
| abstract_inverted_index.ermöglichte | 254 |
| abstract_inverted_index.natürlichen | 125 |
| abstract_inverted_index.potentiellen | 497 |
| abstract_inverted_index.strukturelle | 163, 289 |
| abstract_inverted_index.theoretische | 193 |
| abstract_inverted_index.vorgestellt. | 410 |
| abstract_inverted_index.Energiemengen | 74 |
| abstract_inverted_index.Energiequelle | 26 |
| abstract_inverted_index.Konfiguration | 272 |
| abstract_inverted_index.Metallenzyme, | 39 |
| abstract_inverted_index.Spektroskopie | 362 |
| abstract_inverted_index.Strukturmodel | 225 |
| abstract_inverted_index.anorganischen | 277, 299 |
| abstract_inverted_index.detailliertes | 129 |
| abstract_inverted_index.durchgeführt | 346 |
| abstract_inverted_index.emittierenden | 32 |
| abstract_inverted_index.ermöglichten | 454 |
| abstract_inverted_index.identifiziert | 383 |
| abstract_inverted_index.individueller | 494 |
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| abstract_inverted_index.verschiedenen | 338, 405 |
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| abstract_inverted_index.biomimetischer | 144 |
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| abstract_inverted_index.durchgeführt. | 208, 422 |
| abstract_inverted_index.vorgeschlagene | 387 |
| abstract_inverted_index.Aufmerksamkeit, | 84 |
| abstract_inverted_index.aufgezeichneter | 460 |
| abstract_inverted_index.experimentellen | 248, 349, 426 |
| abstract_inverted_index.superoxidierten | 420 |
| abstract_inverted_index.veröffentlicht | 313, 323 |
| abstract_inverted_index.Homologiemodell- | 232 |
| abstract_inverted_index.Infrarotspektren | 245 |
| abstract_inverted_index.Knallgasreaktion | 9 |
| abstract_inverted_index.Kristallstruktur | 319 |
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| abstract_inverted_index.lichtinduzierten | 341 |
| abstract_inverted_index.lichtinduzierter | 381 |
| abstract_inverted_index.membrangebundene | 112 |
| abstract_inverted_index.Hydroxylliganden, | 440 |
| abstract_inverted_index.Sauerstofftoleranz | 139, 185 |
| abstract_inverted_index.Zuordnungsprobleme | 297 |
| abstract_inverted_index.Raman-Intensitäten | 479, 490 |
| abstract_inverted_index.Wasserstoffspaltung | 136 |
| abstract_inverted_index.Reaktionsbedingungen | 48 |
| abstract_inverted_index.Schwingungsbeiträge | 495 |
| abstract_inverted_index.Treibstoffproduktion | 96 |
| abstract_inverted_index.molek¨uldynamischen | 205 |
| abstract_inverted_index.resonanzverstärkten | 478 |
| abstract_inverted_index.sauerstofftoleranten | 264 |
| abstract_inverted_index.Eisen-Schwefel-Cluster | 418 |
| abstract_inverted_index.Katalysatoranwendungen | 145 |
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| abstract_inverted_index.Eisen-Schwefel-clusters, | 178 |
| abstract_inverted_index.Schwingungseigenschaften | 196 |
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| abstract_inverted_index.röntgenkristallographisch | 305 |
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| abstract_inverted_index.schwingungsspektroskopische | 327, 413 |
| abstract_inverted_index.röntgenkristallographischen | 445 |
| abstract_inverted_index.quantenmechanischen/molekularmechanischen | 199 |
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