Descrizione in silico dell'attività dell’enzima MerB attraverso modelli molecolari

In this thesis we applied DTF calculations (theory level: (COSMO)-ZORA-BLYP-D3(BJ)) to study reactions of molecular models that simulate the catalytic activity of MerB enzyme, a protein which catalyze the demethylation of methylmercury, breaking the Hg – C bond. Simple methyl thiols and thiolates are used to mimic the cysteine residues employed by MerB. We observed that a high coordination number around the metal center strongly contributes in the lowering of the activation energy. Moreover, the role of chalcogens heavier than sulfur (i.e. Se and Te) on the reaction was investigated. The trends in reactivity were analyzed within the framework of the activation strain model of chemical reactivity, which provides a chemically intuitive link from quantum chemical calculations and common chemical concepts. Through ADA and EDA analyses we observed that the effect of the coordination is due both a smaller distortion in the bicoordinated complex and a smaller Pauli repulsion; while the effect of the chalcogen of the chalcogenole is due a smaller distortion in the complex.

In questa tesi sono stati effettuati calcoli DFT (livello di teoria: (COSMO)-ZORA-BLYP-D3(BJ)) per studiare reazioni in sistemi molecolari modello che mimano l’attività dell’enzima MerB, una proteina che catalizza la demetilazione del metilmercurio, rompendo il legame Hg – C. Semplici metil tioli e tiolati sono stati usati per mimare i residui cisteinici della MerB. È osservato che un elevato numero di coordinazione attorno al centro metallico contribuisce ad abbassare di molto la barriera di attivazione. Inoltre, è stata investigato il ruolo di calcogeni più pesanti dello zolfo (Se e Te) sulla reazione. I trend della reattività sono stati analizzati attraverso l’activation strain model, che fornisce un collegamento intuitivo tra i calcoli di chimica quantistica e i tradizionali concetti chimici. Attraverso le analisi ADA ed EDA è stato osservato che l’effetto della coordinazione è dovuto sia a una distorsione minore del complesso bicoordinato, sia ad una minore repulsione di Pauli; mentre l’effetto del calcogeno del calcogenolo è dovuto ad una più lieve deformazione del complesso.