Computational investigation of organocatalysts for nerve agent hydrolysis
Sinir ajanı hidrolizi için organokatalizörlerin hesaplamalı incelenmesi
- Tez No: 999657
- Danışmanlar: PROF. DR. NİHAN ÇELEBİ ÖLÇÜM
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Bilim Dalı
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Organofosforlu sinir ajanları VX, Novichok (N), Tabun (GA), Sarin (GB) ve Soman (GD), sinir sistemimizde sinyal iletiminde önemli bir rol oynayan bir enzim olan asetilkolinesterazı, aktif bölgesindeki serin kalıntısına kovalent olarak bağlanarak geri dönüşümsüz olarak inhibe eder. Bu durum, asetilkolinin sinir sisteminde birikmesine, sinirlerin aşırı uyarılmasına ve sonunda solunum yetmezliğine yol açar. Bu nedenle, bu ajanları enzimden daha sıkı bağlayabilen ve hidrolizlerini hızlandırabilen küçük, metal içermeyen katalizörlerin geliştirilmesine büyük ilgi duyulmaktadır. Bu amaçla, bu çalışmada, sinir ajanı hidrolizi için olası organokatalizörleri tasarlamak, değerlendirmek ve sıralamak üzere entegre bir sanal tarama metodolojisi olan CIPOC (Potansiyel (Organo) Katalizörlerin Hesaplamalı Tanımlanması) kullanılmaktadır. İlk olarak, çeşitli katalitik grupların etkisini ve kataliz için optimum düzenlenmelerini değerlendirmek amacıyla kuantum mekaniksel hesaplamalar kullanılarak teorik aktif bölge modelleri (teozimler) oluşturulmuştur. Hem nükleofilin hem de ayrılan grubun eksenel pozisyonu işgal ettiği konfigürasyonların enerji açısından daha düşük olduğu bulundu. Katalitik grup varyasyonlarının incelenmesi, imidazol nükleofilinin oksianyon deliği motifi olarak squaramide ile birlikte kullanılmasının daha uygun bir donör–akseptör düzenlemesi ve azaltılmış sterik engel sağladığını gösterdi. Teozimin farklı sinir ajanları üzerindeki performansının değerlendirilmesi, eksenel squaramide-imidazol tasarımının VX, Novichok, Tabun, Sarin ve Soman için düşük bariyer değerlerini korurken geniş uygulanabilirlik sunduğunu ortaya koydu. Teozimlerden üretilen katalitik atom haritaları, 4034 aday içeren organokatalizör kütüphanesinde tarandı. Taramadan en umut verici sonuçlar, oksianyon deliği motifi olarak squaramide ve nükleofil olarak trimetilamini içeriyordu ve bu da kısa ve kararlı hidrojen bağları, optimum donör konumlandırması ve minimum sterik etkilerle sonuçlandı. Bu bulgular, CIPOC'un katalitik verimliliği artıran yapısal özellikleri sistematik olarak belirleyerek sinir gazı detoksifikasyonu için yeni nesil organokatalizörlerin tasarımına bilimsel bir temel sağladığını göstermektedir.
Özet (Çeviri)
The organophosphorus nerve agents VX, Novichok (N), Tabun (GA), Sarin (GB), and Soman (GD) irreversibly inhibit acetylcholinesterase, an enzyme that plays a pivotal role in signal transmission in our nervous system, by covalently binding to the serine residue in its active site. This causes acetylcholine to build up in the nervous system, leading to overstimulation of nerves and eventually to respiratory failure. Therefore, there is great interest in developing small, metal-free catalysts that can bind these agents more tightly than the enzyme and speed up their hydrolysis. For this purpose, this study employs CIPOC (Computational Identification of Potential (Organo)Catalysts), an integrated virtual screening methodology to design, assess, and rank prospective organocatalysts for nerve agent hydrolysis. First, theoretical active site models (theozymes) were generated using quantum mechanical calculations to evaluate the effect of various catalytic groups and their optimal arrangement for catalysis. The configurations in which both the nucleophile and the leaving group occupy the axial position were found to be lower in energy. Examination of catalytic group variations showed that using imidazole nucleophile together with the squaramide as the oxyanion hole motif provided a more favorable donor–acceptor arrangement and reduced steric hindrance. Evaluation of theozyme performance on different nerve agents revealed that the axial squaramide–imidazole design offered broad applicability while maintaining low barrier values for VX, Novichok, Tabun, Sarin, and Soman. Catalytic atom maps generated from theozymes were screened in the organocatalysts library containing 4034 candidates. The most promising hits from the screening contained squaramide as the oxyanion hole motif, and trimethylamine as the nucleophile, resulting in short and stable hydrogen bonds, optimal donor positioning, and minimal steric effects. These findings demonstrate that CIPOC provides a scientific basis for the design of next generation organocatalysts for nerve gas detoxification by systematically identifying structural features that enhance catalytic efficiency.
Benzer Tezler
- Computational investigation of non-isothermal lid-driven flow in arc-shape cavities
Kapak tahrikli yay şekilli oyuklarda izotermal olmayan akışın sayısal incelemesi
ALİ REZA REZAEİ ADLİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2008
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Bölümü
YRD. DOÇ. DR. KUNT ATALIK
- Computational ınvestigation of endohedral hydrogen storage capabilities in several fullerene molecules (C60, C70, C76 etc.) and single wall carbon nanotubes (SWCNTS), employing semi empirical, ab ınitio electronic structure and density functional theory (DFT) methods
Çeşitli fulleren molekülleri (C60, C70, C76, vb.) ve tek katmanlı karbon nanotüpler (SWCNTS) içerisine hidrojen depolanma kapasitesinin yarı-ampirik, ab initio elektronik yapı yöntemleri ve yoğunluk fonksiyoneli teorisi (DFT) metotlarıyla hesapsal olarak incelenmesi
İrfan Aydoğdu
- Computational investigation of hydrogen storage in boron nitride nanotubes by using quantum chemical methods
Bor nitrür nanotüpleri içerisine hidrojen depolanmasının quantum kimyasal metotlar ile hesapsal olarak incelenmesi
SİNAN SAYHAN
- Computational investigation of metal-protein interactions in yeast for bionanotechnology
Mayada metal-protein etkileşimlerinin biyonanoteknoloji için hesapsal olarak incelenmesi
ERHAN ÖZDAMAR
Yüksek Lisans
İngilizce
2013
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiNanobilim ve Nanomühendislik Ana Bilim Dalı
YRD. DOÇ. DR. BÜLENT BALTA
PROF. DR. ZEYNEP PETEK ÇAKAR
- Computational investigation of interactions between pyrene, hydoxypyrene and some selected aminoacids
Pren ve hidroksiprenin bazı seçilmiş aminoasitlerle etkileşimlerinin hesapsal yönetemlerle incelenmesi
TÜLAY KAYA