Desglisin-fitoşelatin peptidinin ağır metallerle etkileşiminin incelenmesi
Investigation of the interactions between desglycine-phytochelatin and heavy metals
Yazar: BAŞAK TURAN
Danışman: PROF. DR. FİGEN ZİHNİOĞLU ; DOÇ. DR. CENK SELÇUKİ
Ege Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Biyokimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2013
Konu: Biyokimya = Biochemistry

Özet:
Biyoremediasyonda kullanılan ve seçici olarak metal iyonlarına bağlanabilen fitoşelatin ailesinden desglisin-fitoşelatinin, (gama-glutamil-sistein)n n=1, yapısı ve Cu+ ve Cu2+ iyonları ile oluşturduğu etkileşimlerin yapı ve enerjileri kuantum kimyasal, yoğunluk fonksiyoneli teorisi (density functional theory, DFT) kullanılarak gaz ve su ortamında hesaplandı. Su ortamının etkisi Polarizable Continuum Model (PCM) ile incelendi. En kararlı nötral desglisin-fitoşelatin konformerini belirlemek için konformasyonel analizi moleküler mekanik ile yapıldı. Elde edilen her bir konformer B3LYP/cc-pVTZ seviyesinde gaz ve su ortamında optimize edildi.  Optimizasyon sonrasında gaz ve su ortamında elde edilen en kararlı konformerler seçilerek bağlanma olasılığı yüksek 13 farklı bölgeye bakır iyonu yerleştirildi. Bakır içeren sistemlerin optimizasyon ve frekans analizi GEN baz seti (C, H, O, N, S için cc-pVTZ; Cu için LANL2DZ) ile yapıldı. Gaz ve su ortamında yapılan Cu+ etkileşimlerinde ve gaz ortamında yapılan Cu2+ etkileşimlerinde en kararlı bakır kompleksi, bakırın 12. bölgeye bağlanması sonucunda oluşurken, su ortamında Cu2+ ile en kararlı kompleks Cu2+?ın 8. bölgeye bağlanması sonucu oluştuğu gözlendi. Cu2+ desglisin fitoşelatin yapısının parçalanmasına yol açarken Cu+ böyle bir etki göstermediği belirlendi.  Yapılan hesaplamalar gaz ve su ortamında Cu iyonlarının peptid üzerindeki belirli bölgelere seçici olarak bağlandığını gösterdi. Ayrıca Cu+ ortamdan fazla etkilenmezken Cu2+?nin su ortamında özelliklerinin önemli ölçüde değiştiği belirlendi.

Abstract:
Phytochelatins are a group of peptides used in bioremediation because of their selective binding to metal ions. Structure of desglycine-phytochelatin, one of the smallest members of this family, and its complex with Cu+ ve Cu2+ ions were determined. Energies of these structures were calculated with DFT (density functional theory) quantum chemical method in vacuum and water. Effects of water environment have been investigated with Polarizable Continuum Model (PCM). To determine the most stable conformer of neutral desglycine-phytochelatin, conformational analysis was performed with molecular mechanics. Each conformer obtained from conformational search has been optimized at B3LYP/cc-pVTZ level in vacuum and water. Copper ions were added to 13 different binding sites on each conformer in vacuum and water. Optimization and frequency analysis of copper complexes were done with GEN (cc-pVTZ for C, H, O, N, S; LANL2DZ for Cu) basis set. 12th binding site was most stable in all interactions with Cu2+ in vacuum and all interactions with Cu+ in vacuum and water. The most stable complex with Cu2+ in water was formed with 8th binding site.  While Cu2+ led to cleavage of desglycine-phytochelatin, Cu+ did not cause such an effect.  The computed results indicate that Cu ions prefer specific sites in both media, selectively. The environment does not have a major effect on Cu+ complexes; however, Cu2+ complexes are significantly affected from the medium.