超氧化物岐化酶催化活性中心微观机理的理论研究

以超氧化物岐化酶MSOD为研究目标,从原子与分子物理学的角度出发建立一种能描述MSOD催化活性中心微观机理的理论分析方法，涉及MSOD活性中心电磁结构理论和MSOD活性中心与周围环境之间电荷迁移量子理论两个部分，用以分析MSOD催化活性程度随环境pH值明显变化这一有趣现象，由此揭示MSOD这类金属蛋白酶活性中心结构、性质与功能之间的内在联系和变化规律，并进而揭示出MSOD催化活性中心微观机理的物理本质。本项研究将促进超氧化物岐化酶微观机理量子理论的发展，同时对原子与分子物理学与生物酶学的交叉发展有重要的意义。

本项目对超氧化物歧化酶(SOD)中过渡金属离子电磁结构与络合分子结构之间内在机理进行了理论研究。主要工作包括以下几个方面：1)理论方法的建立：采用统一晶场耦合方法（UCFC方法 ），构造了d4，6(Oh*)体系的标准基，在此空间基下按群链关系对各种微观态进行分类和标识，在考虑了双旋轨，电荷转移机制以及Jahn-Teller 效应的基础上建立了完全能量矩阵。2）根据MSOD结构特点，建立相应的微观物理模型，结合上述理论方法并考虑EPR参数D和E的共同贡献， 研究了MSOD中过渡金属离子电磁结构。研究发现分子基态结构随着分子构型的变化而变化，这种变化或许与其催化活性程度有关。3）应用UCFC方法我们还解释了简单体系ZnSe：Cr2+的电子顺磁共振谱和其畸变结构之间的内在关系。并一步研究了PbTiO3：Fe3+体系，研究发现体系的光谱、EPR谱强烈依赖于掺杂离子的位置，同时对MSOD中心电磁结构与其催化活性程度之间的关系进行了研究。4）结合DFT方法在铁电材料方面重点研究了多铁材料BiFeO3在Pmc21相下的磁电耦合机制，发现两次使用三项线性耦合方式可以实现通过过极化来控制磁反转，这为研究其它铁电材料磁电耦合效应提供了新的思路。