BioScience Blog – Научный Биологический блог

Продолжает оставаться актуальным разработка методов элиминации фенолов из растворов и сточных вод.

Среди известных методов удаления фенольных токсикантов эффективным является ферментативный способ с использованием пероксидазы хрена (ПОХ).

Описаны результаты QSAR и QSРR анализа, позволяющие для набора ароматических субстратов ПОХ (41 соединение: фенол, о-, м-, п-гидроксифенолы, о-, м-, п-хлорфенолы, 2,4,6-трихлорфенол, пентахлорфенол, о-, м-, п-крезолы, α-нафтол) прогнозировать степень их биоконверсии и реакционную способность (Vmax, Km-1) в процессе ферментативного окисления.

При исследовании степени биоконверсии фенолов в качестве структурных параметров использовались расчетные значения энергий высшей занятой – HOMO и низшей вакантной молекулярных орбиталей – LUMO фенолов. Квантово-химические расчеты проведены полуэмпирическим методом РМ3 при помощи программы HyperChem 6.0. В результате методом множественной линейной регрессии построена модель, из которой следует, что чем ниже энергии граничных орбиталей фенолов, тем меньше степень их биоконверсии:

log (Y5) = 26,4 + 1,7 E (LUMO) + 2,8 E (HOMO)

Полученная зависимость удовлетворительно описывает соотношение структура – степень биоконверсии фенолов (коэффициент корреляции R = 0,93; стандартная ошибка прогноза S = 0,33).

Методом QSPRосуществлен анализ количественной связи между структурой исследуемых фенолов и значениями Vmax и Km-1 реакции их пероксидазного окисления. Для этого использовался расширенный набор параметров, описывающий форму молекулы фенольного соединения, электронную структуру: ЕHOMO, ЕLUMO, парциальный заряд фенольного атома кислорода, суммарная электроотрицательность, дипольный момент и липофильность.

Методом частичных наименьших квадратов были получены адекватные статистические модели и вычислены вклады дескрипторов в изменение исследуемого свойства для модели по Km-1: характеристики электронной структуры – 66%, параметры формы – 34%, а для Vmax вклад в изменение параметров электронной структуры возрастает до 83 %. Результаты прогноза были проверены и в последствии подтверждены данными дополнительных экспериментов.

Таким образом, найдены структурные характеристики фенольных субстратов, которые определяют их степень биоконверсии и реакционную способность (Vmax и Km-1) в реакциях пероксидазного окисления. Полученные QSAR/QSРR модели, позволяют с достаточной надежностью прогнозировать степень биоконверсии и величины Vmax и Km-1 для новых фенольных субстратов.