Спектроскопические и электронно-структурные исследования триъядерного медного кластера активного центра мультиферментной оксидазы лакказы: природа его координационной недостаточности

Лакказа — это мультиферментная оксидаза, содержащая четыре иона Cu: один типа 1 (T1), один типа 2 (T2) и сопряженную бинокулярную пару типа 3 (T3). Центры T2 и T3 образуют триъядерный медный кластер, являющийся активным центром восстановления O2 до H2O. Комбинация спектроскопических методов и расчетов теории функционала плотности (DFT) для деривата, в котором Cu в позиции T1 был замещен спектроскопически «невинным» ионом Hg2+, позволила получить детальное описание геометрической и электронной структуры отдыхающего триъядерного медного кластера, дополняющее кристаллографические данные. Установлена природа лигирования Cu в центре T2: этот центр трехкоординирован и связывается с двумя гистидинами и гидроксидом в пределах функционального диапазона pH (стабилизируется за счет большого индуктивного эффекта, заряда кластера и сети водородных связей). И в центрах T2, и T3 имеются открытые координационные позиции, ориентированные к центру кластера. DFT-расчеты показывают, что отрицательный белковый карман (четыре консервированных остатка Asp/Glu в пределах 12 Å) и диэлектрическая среда белка играют важную роль в электростатической стабильности и целостности сильно заряженного, координационно незаполненного триъядерного купрического кластера. Эти факторы регулируют сродство кластера к лигандам, что приводит к его высокой аффинности к фториду и координационной недостаточности в водной среде, которые играют ключевую роль в его реакционной способности по отношению к O2.