Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 6
1.1. Общие представления о фотосинтезе. 6
1.2. Цепь электронного транспорта хлоропластов 8
1.3. Регуляция фотосинтеза в хлоропластах, 11
1.4. Цитохромный /^комплекс 17
1.5. Математическое моделирование электронного транспорта в фотосинтетических системах. .19
1.6. Некоторые аспекты теоретического описания электронного транспорта, сопряженного с перносом протонов в биологических системах 21
2. Квантово-химические методы расчетов . 25
2.1. Теоретические основы метода функционала плотности 25
2.2. Метод квантово-химических расчетов (программа «Природа») 29
3. Моделирование электронного и протонного транспорта в хлоропластах с учётом активации цикла Кальвина и изменений рН стромы 3.1
3.1. Структура модели 31
3.1.1. Геометрические характеристики модели .31
3.1.2. Функциональные характеристики системы 32
3.2. Система уравнений и методы решения. 34
3.3. Результаты расчётов и их обсуждение 39
3.3.1. Поведение системы в ответ на включение света в различных метаболических состояниях 39
3.3.1.1. Метаболическое состояние 3. 39
3.3.1.2. Активность ферментов цикла Кальвина максимальна 44
3.3.1.3. Метаболическое состояние 4 (АТР-синтаза неактивна) 46
3.3.1.4. Метаболическое состояние 5 (разобщенные хлоропласти) 47
3.3.2. Влияние начальных условий на кинетическое поведение системы 50
3.3.2.1. Метаболическое состояние 5. 50
3.3.2.2. Активность ферментов цикла Кальвина максимальна 52
3.3.2.3. Влияние начальной концентрации окисленной формы конечного акцептора электрона на кинетическое поведение ФС1 .54
3.3.3. Влияние параметров модели на поведение системы 5.4
3.3.3.1. Влияние кислорода 54
3.3.3.2. Влияние параметров активации цикла Кальвина. 55
3.3.3.3. Влияние АрНна активность ферментов цикла Кальвина 57
4. Квантово-химическое моделирование реакции окисления пластохинола в активном центре цитохромного комплекса . 60
4.1. Квантово-химические расчеты спектров ЭПР аналогов пластосемихинона 60
4.2. Энергетика реакции окисления триметил-1,4-бензохинола 64
4.2.1. Квантово-химическое моделирование реакции окисления TMQH2 65
4.2.1.1. Описание модельной системы 65
4.2.1.2. Оптимизация геометрии модельной системы 68
4.2.1.3. Энергетический профиль первой стадии реакции окисления TMQH2. 71
4.2.1.4. Перераспределение зарядов. 75
4.2.1.5. Оценки константы скорости и энергии реорганизации 76
4.2.1.6. Сродство триметил-1,4-бензохинола к железо-серному белку Риске.. %4
4.2.1.7. Редуцированная модельная система. 85
4.2.2. Квантово-химическое моделирование реакции окисления TMQH 90
4.2.2.1. Описание модельной системы 90
4.2.2.2. Оптимизация геометрии модельной системы 90
4.2.2.3. Энергетика реакции окисления TMQH 92
Заключение 96
Выводы 99
Список цитируемой литературы
- Математическое моделирование электронного транспорта в фотосинтетических системах.
- Метод квантово-химических расчетов (программа «Природа»)
- Поведение системы в ответ на включение света в различных метаболических состояниях
- Энергетика реакции окисления триметил-1,4-бензохинола
Введение к работе
Математическое моделирование давно применяется для анализа световых и темновых стадий фотосинтеза. Моделирование процессов электронного и протонного транспорта с учетом структурных и функциональных особенностей тилакоидных мембран может играть важную роль для количественного анализа механизмов регуляции электронного транспорта и энергетического сопряжения в хлоропластах. Это связано с тем, что непосредственные измерения рН внутри компартментов малых размеров (например, в узкой межтилакоидной щели) с помощью рН-чувствительных зондов затруднены. Однако количественное описание биоэнергетических процессов в фотосинтетических системах осложняется высокой степенью компартментализации фотосинтетического аппарата на разных уровнях структурной организации.
В первой части диссертационной работы рассматривается математическая модель электронного и протонного транспорта в хлоропластах высших растений, учитывающая фотоиндуцированные изменения рН во внутритилакоидном пространстве и в строме хлоропласта (Глава 3). В этой модели наряду с нециклическим (линейным) транспортом электронов от ФС2 к конечному акцептору ФС1, учитываются процессы синтеза АТФ, сопряженного с трансмембранным переносом протонов через АТФ-синтазу, потребление АТФ в цикле Кальвина, а также окислительно-восстановительные превращения конечного акцептора электрона ФС1. В данной модели феноменологически описываются процессы активации цикла Кальвина, обусловленные зависимостью скоростей реакций цикла Кальвина от рН стромы хлоропласта. Результаты численного эксперимента показали, что процессы светоиндуцированной активации ферментов цикла Кальвина, влияющие на скорость оттока электронов от ФС1, могут заметным образом сказываться на кинетике электрон-транспортных процессов в интактных хлоропластах. В частности, рН-зависимое ускорение оттока электронов на акцепторном участке ФС1 за счет активации цикла Кальвина может быть причиной многофазной (немонотонной) кинетики окислительно-восстановительных превращений Р700 при освещении адаптированных к темноте хлоропластов, которая наблюдается в опытах с интактными хлоропластами in situ.
Во второй части диссертации описаны свойства двух модельных систем, построенных для квантово-химического моделирования двух элементарных стадий реакции окисления хинола в хинон-связывающем центре Q0 цитохромного 6 /-комплекса, являющейся лимитирующей в цепи электронного транспорта в хлоропластах (Глава 4). Обе модели основаны на рентгеновской кристаллической структуре цитохромного б комплекса зеленой водоросли Chlamodomonas reinhardtii. Методом функционала плотности рассчитаны энергетические диаграммы для двух элементарных стадий реакции окисления триметил-1,4-бензохинола (аналог пластохинола) в центре Q0, сопряженных с процессами переноса протона от молекулы хинола к железо-серному центру Риске и высокопотенциальному цитохрому Ь&. Показано, что построенные модельные системы дают корректное описание реакции окисления хинола в центре Q0, согласующееся с представлениями о бифуркационном характере этой реакции в соответствии с механизмом Q-цикла Митчелла. Результаты расчетов хорошо согласуются с известными представлениями о том, что лимитирующей стадией в работе цепи электронного транспорта между двумя фотосистемами является первая стадия окисления хинола в хинон-связывающем центре Q0 цитохромного &$/-комплекса.
Математическое моделирование электронного транспорта в фотосинтетических системах.
Математическое моделирование давно применяется для анализа световых и темновых стадий фотосинтеза (см. подробнее [2,68,69] и ссылки в них). Обзоры ранних работ по этой теме даны в монографиях [2,68]. Ниже будут рассмотрены лишь некоторые теоретические работы по моделированию световых стадий фотосинтеза, которые наиболее близки к теме диссертации.
Одной из первых работ по математическому моделированию темновых стадий фотосинтеза (цикл Кальвина) была статья Д.С.Чернавского и Н.М.Чернавской (см. подробнее монографию [69]), в которой был предсказан колебательный режим работы цикла фиксации углекислоты. В работах А.К.Кукушкина и В.А.Караваева (см. обзор их исследований в работе [70]) была построена детальная математическая модель фотосинтетических процессов в хлоропластах, в которой наряду с работой двух фотосистем были также описаны ключевые стадии цикла Кальвина. В рамках этой модели были получены колебательные режимы электрон-транспортных процессов, которые, как известно, при определенных условиях наблюдаются в экспериментах по измерению флуоресценции хлорофилла а и выделению кислорода в интактных хлоропластах in situ.
Отметим, что количественное описание биоэнергетических процессов в фотосинтетических системах осложняется высокой степенью компартментализации фотосинтетического аппарата на разных уровнях структурной организации. Одной из загадочных особенностей структурно-функциональной организации фотосинтетического аппарата у фотосинтезирующих организмов оксигенного типа (цианобактерии и высшие растения) является неоднородное распределение электрон-транспортных и АТР-синтазных комплексов в мембранах тилакоидов. В случае хлоропластов высших растений это проявляется особенно четко [71]. Известно, что большая часть комплексов фотосистемы 2 локализована в мембранах тесно примыкающих друг к другу тилакоидах гран. Напротив, комплексы ФС1 и АТР-синтазные комплексы расположены в тех участках тилакоидной мембраны, которые экспонированы в область стромы (межгранные тилакоиды и торцевые участки тилакоидов гран). Цитохромные Подкомплексы распределены равномерно между гранальными и межгранными тилакоидами.
Высокая степень компартментализации характерна и для других фотосинтезирующих систем. Так, например, в клетках цианобактерии имеются специальные системы — карбоксисомы, содержащие карабоангидразу и РДФ-карбоксилазные комплексы (рубиско), образующие кристаллоподобную структуру, окруженную специальной белковой оболочкой [55,56]. Назначение карбоксисомы — обеспечить поддержание высокой концентрации СОг вблизи рубиско. Для адекватного описания процессов электронного и протонного транспорта и синтеза АТР в хлоропластах необходимо учитывать отмеченные выше топологические особенности строения фотосинтетического аппарата.
Ранее были построены математические модели, учитывающие ключевые диффузионно-контролируемые стадии нециклического транспорта электронов в хлоропластах класса Б и сопряженные с ними процессы трансмембранного переноса протонов внутрь тилакоидов [72-79]. Отличительной особенностью этих работ является то, что в них были впервые рассмотрены процессы трансмембранного переноса протонов внутрь тилакоидов с учетом буферных свойств тилакоидной мембраны, а также описаны диффузионно-контролируемые стадии переноса электронов и протонов с учетом латеральной гетерогенности ламеллярной системы хлоропластов. В работах [72-79] были смоделированы процессы электронного и протонного транспорта в тилакоидах двух типов - гранальных и межгранных (стромальных). Эта модель позволила описать влияние фотоиндуцированных изменений рН внутри тилакоидов и в межтилакоидной щели на кинетику нециклического транспорта электронов в различных метаболических состояниях и рассчитаны латеральные профили протонного потенциала в различных режимах работы хлоропластов. В рамках этой модели было предсказано, что скорость нециклического переноса электронов может регулироваться на двух участках цепи переноса электронов между ФС 2 и ФС 1. За счет фотоиндуцированного уменьшения рН внутритилакоидного пространства происходит уменьшение скорости окисления пластохинола / комплексом; за счет повышения рН в межтилакоидных щелях замедляется скорость восстановления пластохонона на акцепторном участке ФС 2.
Отметим, что среди большого разнообразия математических моделей, описывающих различные стадии фотосинтеза (см., например, работы [2,68,70,72-81] и ссылки в них), в литературе отсутствуют математические модели, в которых наряду с изменениями концентрации ионов водорода во внутритилакоидном пространстве рассматривались бы фотоиндуцированные изменения рН в стромы. Последнее, однако, может иметь важное значение для описания регуляторных процессов, связанных со свето-индуцированной активацией ферментов цикла Кальвина. Перераспределение протонов в хлоропластах (накопление протонов внутри тилакоидов) сопровождается выходом ионов Mg2+ из тилакоидов в строму. Активность ряда ключевых ферментов цикла Кальвина, локализованных в строме, увеличивается при защелачивании стромального пространства и увеличении концентрация Mg2+. Например, активация рубиско, вызванная образованием карбамоилизина, происходит быстрее при щелочных значения рН и высоком уровне стромального Mg . Активность фруктозо 1,6-бифосфатазы также сильно зависит от рН и концентрации Mg2+ в сторме. Таким образом, освещение хлоропластов, приводящее к генерации трансмембранной разности рН, является сигналом для активации ферментов цикла Кальвина, при работе которого потребляются АТР и NADPH.
Метод квантово-химических расчетов (программа «Природа»)
Все наши расчеты были выполнены с помощью оригинальной программы «Природа», разработанной Д.Н. Лайковым [108,109]. Эта программа позволяет относительно быстро проводить расчеты для достаточно больших систем без потери точности вычислений. Во всех наших расчетах был использован обменно-корреляционный функционал РВЕ, в котором используется обобщенное градиентное приближение (GGA) [110]. Благодаря тому, что в этом приближении все двухэлектронные вклады в энергию выражаются явным образом через электронную плотность, оказалось возможным получить значительное ускорение расчетов энергии и ее первых производных по координатам ядер при использовании приближенного разложения электронной плотности по вспомогательному базису. Это приближение также дает существенное увеличение производительности расчетов при вычислении вторых производных по координатам ядер. При трехмерном численном интегрировании обменно-корреляционных интегралов в программе «Природа» применяются сетки большого размера с использованием оптимальных квадратурных формул для сферы высокого порядка. Это снижает ошибки («шумы») в вычислениях энергии и ее производных до уровня, допустимого практически во всех практических приложениях. Кроме этого, дополнительное увеличение производительности расчетов автором программы были составлены специальные наборы базисов для всех элементов от Н до Хе, в которых используются одинаковые значения экспонент для различных угловых моментов, что в несколько раз увеличивает скорость расчета трехцентровых кулоновских интегралов. В этом случае для молекулярных систем, содержащих 100 и более атомов (в нашем случае были построены две модельные системы, содержащие 143 и 165 атомов, соответственно), узким местом алгоритма становится умножение, диагонализация и ортогонализация матриц.
В программе «Природа» для всех квантовохимических расчетов в качестве одноэлектронных базисов применяются сжатые наборы функций гауссова типа с угловой частью в виде действительных сферических гармоник. Наибольший угловой момент задается при компиляции и по умолчанию соответствует квантовому числу L 6. Используемые в программе оригинальные алгоритмы вычислений двух-, трех- и четырех-центровых интегралов кулоновского типа основаны на рекуррентных соотношениях. В наших вычислениях были использованы гауссовы базисы трех типов - трехэкспонентный базис 3z с одним набором поляризационных функций (TZP по терминологии [107]), четырехэкспонентный базис с тремя наборами поляризационных функций (QZ3P по терминологии [107]) и релятивистский базис ccp-VNZ [107]. Отметим, что только лишь набор 3z содержал базисные функции для элементов с высоким порядковым номером, таких, как, например, атом железа. Именно поэтому этот набор базисных функций был использован в наших расчетах при исследовании построенных в диссертации модельных систем.
Программа «Природа» позволяет проводить колебательный анализ в гармоническом приближении, что дает возможность вычислять частоты и интенсивности ИК-спектров и спектров КР. В программе предусмотрены расчеты парциальных зарядов на атомах по Малликену и по Хиршфилду [111]. В нашей работе при анализе перераспределения зарядов мы использовали, в основном, результаты вычислений парциальных зарядов по Хиршфилду.
Кроме этого, программа «Природа» позволяет вычислять распределение спиновых плотностей на атомах и значений спиновой плотности на ядрах, что позволяет рассчитывать значения констант сверхтонкого взаимодействия для молекул с неспаренными электронами (например, анион-радикалов семихинонной природы). Это позволяет моделировать спектры ЭПР. Рассчитанные спектры ЭПР радикалов были построены с помощью программы SYMPHONIA, входящей в пакет программ, разработанных фирмой «Брукер» (ФРГ). Для моделирования спектров ЭПР изотропно вращающихся анион-радикалов семихинонов для простоты были рассчитаны спектры для радикалов в газовой фазе. Теоретические спектры ЭПР сравнивали с экспериментальными спектрами ЭПР радикалов, измеренными в неполярном растворителе.
В этой главе описана разработанная нами математическая модель электронного и протонного транспорта в хлоропластах высших растений и клетках цианобактерий, учитывающая фотоиндуцированные изменения внутритилакоидного рН (рНі) и рН стромы (рН0). Наряду с нециклическим транспортом электронов от ФС2 к конечному акцептору ФС1, в модели учитываются процессы синтеза АТР, сопряженного с трансмембранным переносом протонов через АТР-синтазу, а также потребление АТР и NADPH в цикле Кальвина. Учет фотоиндуцированных изменений рН в строме и в люмене позволил описать влияние рН-зависимых процессов регуляции электронного транспорта на донорной и акцепторной сторонах ФС1 на кинетику фотоиндуцированных редокс-превращений ряда переносчиков электрон-транспортной цепи.
Для оценки фотоиндуцированных изменений рН в строме хлоропласта рассмотрена модель, предполагающая наличие трех замкнутых компартментов (рис.6). Внутренний компартмент имитирует изолированный тилакоид с объемом v. Тилакоид окружен замкнутой оболочкой, которая соответствует внешней мембране хлоропласта. Пространство между внешне мембраной и тилакоидом имитирует пространство стромы, имеющей объем V. Отношение объема тилакоида к объему стромы (y/V) является параметром модели. Согласно [36], в интактных хлоропластах отношение v/У « 0,1-0,12. Хлоропласт окружен цитозолью, значение рН в цитозоле считается постоянным за счет высокой буферной емкости цитоплазмы. Мы принимаем, что все электронные переносчики, встроенные в тилакоидную мембрану (ФС1, ФС2, цитохромный btf-комплекс, АТР-синтаза) равномерно распределены в мембране. Подвижные переносчики, связывающие ФС2 и ФС1, также равномерно распределены в системе - в тилакоидной мембране находятся молекулы пластохинона, во внутритилакоидном объеме -пластоцианин, в строме находятся терминальные акцепторы ФС1. В соответствии с литературным данными [32-34], мы принимаем, что латеральная диффузия молекул пластохинона в мембране сама по себе не лимитирует скорость электронного транспорта на участке между ФС2 и цитохромным / комплексом. При этом считается, что скорость окисления пластохинола контролируется величиной внутритилакоидного рН [23,24]. Электронный перенос на участке / комплекс— пластоцианин—»ФС1, как известно [29,30], не является лимитирующим звеном в цепи нециклического транспорта электронов.
Поведение системы в ответ на включение света в различных метаболических состояниях
Начальное состояние конечного акцептора электрона таково [А]:[А"]:[АН]=60:1:39. График, изображенный на рис. 28, показывает, что Р700 некоторое время (» 0.4 с) после включения света находится в полностью восстановленном состоянии и только после определенной лаг-фазы наблюдается заметный рост концентрации Р7 . Такое поведение системы может быть вызвано лимитированием оттока электронов от ФС1 в цикл Кальвина в первое время после начала освещения в условиях, когда альтернативные акцепторы электрона для ФС1 (например, кислород) присутствуют в недостаточном количестве (см. также 3.3.2.1 и 3.3.3.1). Известно, что отток электронов от ФС1 на кислород (реакция Мелера) может выполнять роль своеобразного шунта, позволяющего функционировать цепи циклического электронного в условиях «пробки», возникающей на акцепторном участке ФС1 [51-54,125].
Увеличим скорость оттока электронов на кислород до 20% от максимальной скорости потребления электронов в реакциях цикла Кальвина (во всех остальных случаях она составляет лишь 10%). Остальные параметры и начальные условия такие же, как и в предыдущем случае. Кинетика изменений состояния Р700 изображена на рис. 29. При увеличении скорости оттока электронов на кислород скорость окисления Р700 также возрастает, и поэтому Р700 уже не восстанавливается полностью в тот период времени, когда активность ферментов цикла Кальвина еще мала. Параметры активации цикла Кальвина выбраны следующим образом: X = 7,4, электрона таково "min
[А]:[А"]:[АН]=99:1:1. Таким образом, данный случай отличается от описанного в разделе 3.3.2.1 только значением параметра X. Для более удобного сравнения на верхней части рис. 31 изображены графики Р700 в обоих случаях. В данном случае период времени, когда активность ферментов цикла Кальвина мала (т. е., когда выполнено условие рНо X), сокращен вследствие уменьшения значения параметра X (рис. 30). Из-за этого Р700 в указанный период времени не успевает полностью восстановиться (рис. 31).
Активации ферментов цикла Кальвина, как известно [6], может зависеть не только от величины стромального рН, но и от концентрации ионов магния в строме. Накопление протонов во внутритилакоидном пространстве вызывает перераспределение ионов в хлоропласте: положительно заряженные катионы (Mg2+, К4) из тилакоидов в строму, а отрицательно заряженные анионы (СГ) накапливаются внутри тилакоидов. В результате фотоиндуцированного повышения концентрации ионов магния в строме активность ферментов цикла Кальвина может заметно возрастать. Степень перераспределения ионов магния в хлоропластах должна зависеть не только от стромального рНо, но и от внутритилакоидного рН,.
Для того, чтобы смоделировать влияние обоих факторов (рНо и рН{) на активацию ферментов цикла Кальвина, мы в первом приближении рассмотрели зависимость функции активации от АрН = рНо - pHi. Опишем активацию ферментов цикла Кальвина следующим образом: Ясс = ( \ min max JLS АрН-Хъ "1"ftmax \\ + е (49) Параметры этой функции выберем следующими: X = 1,75, АХ = 0,4, - - = Ю0. mm hi
Поведение системы, рассчитанное для этого случая, представлено на рис. 32-33. На верхней части рис. 33 изображены графики для Р700 в случае, когда активация зависит от АрН, и в случае, когда активация зависит только от рНо (этот график взят из предыдущего раздела - рис. 31 (сплошная линия)). Кинетика фотоиндуцированных изменений состояния Р700 в первом случае интересна тем, что стирается четкая граница между быстрой (M-S) и медленной (S-F) стадиями окисления Р700, характерная для второго случая.
Энергетика реакции окисления триметил-1,4-бензохинола
Для сравнения с описанной выше модельной системой, использованной для расчетов изменения энергии на первом шаге окисления хинола, нами была исследована реакция переноса атома водорода в редуцированной системе, включающая в себя только аминокислотный остаток Hisl55 и триметил-1,4-бензохинол. Интерес к такой упрощенный системе был вызван отчасти методическими соображениями (отработка методики поиска переходного состояния путем «точечных» расчетов для различных положений переносимого атома водорода). Кроме этого, сравнение двух систем -«сложной» и «упрощенной» — могло бы пролить свет на возможную роль железо-серного кластера и его ближайшего окружения в формировании энергетического профиля исследуемой реакции.
Были построены четыре конфигурации редуцированной модельной системы, для которых расположение His 155 и триметил-1,4-бензохинола было в точности таким же, как в полной системе. Координаты атомов для этих конфигураций, обозначенных как rmX—1, rmA-1, гтВ-1 и гтС-1 , взяты из более крупных систем, неоптимизированной модельной системы X—1, частично оптимизированных систем А—1 и В—1 и полностью оптимизированной системы С-1. Для простоты атом Са аминокислотного остатка Hisl55 связан с тремя атомами водорода. Для моделирования энергетического профиля реакции была рассчитана зависимость потенциальной энергии системы Е от положения атома водорода относительно атомов О и NE, принадлежащих QH2 и Hisl55. В качестве координаты реакции (О-Н—NE — 0—H-Ne) выбрано расстояние между атомами Н и Ne (параметр /?N-H) Неоптимизированная система (модель гтХ-1). Энергетический профиль, показанный на рис. 49 для неоптимизированной системы гтХ-1, имеет два локальных минимума, соответствующих двум ковалентным связям 01-HI (Rv н- 2,42 А) и Ne-Hl ( N,-H= 1»0б А). В этой системе перенос атома водорода от QH2 к His-155 сопровождается значительным понижением энергии, АЕ = -21,02 ккал/моль. Максимум энергии, равный 36.65 ккал/моль, при #N н = 1,73 А соответствует седловой точке. Таким образом,
энергетический барьер реакции переноса атома водорода (О-Н—N. — 0--H-NE), рассчитанный для конфигурации системы в модели rmX—1, равен Ea = 15,63 ккал/моль. Модели гтЛ—1 и гтВ—1. В системе гтА—1 локальные минимумы, соответствуют координатам реакции #N н=2,18и 1,04 А. Как и в модельной системе rmX-1, реакция переноса атома водорода 0-H—Nc— О—H-Nc в системе гтА—1 идет с понижением энергии (АЕ = 8,51 ккал/моль). При этом энергетический барьер Е{= 10,83 ккал/моль соответствует расстоянию 1,62 А (рис. 50). Экзотермическая обратная реакция .(О—H-Np—» 0-H—Nc) характеризуется энергетическим барьером Еьа= 19,34 ккал/моль.
Для строгого доказательства того, что точки RN _н = 2,18 А, 1,04 А и 1,62 А действительно являются локальными минимумами и седлом соответственно, было расчитано изменение энергии при отклонении во всех трех взаимно перпендикулярных направлениях (рис. 51). В системе rmB-1 локальные минимумы, соответствуют координатам реакции i?N _п= 2,02 и 1,08 А. В противоположность двум предыдущим системам, реакция переноса атома водорода О-Н—Nc— О—H-Nc в системе rmB-1 идет с повышением энергии (АЕ = 3,07 ккал/моль). При этом энергетический барьер Е{= 14,62 ккал/моль соответствует расстоянию 1.55 А (рис. 51В). Экзотермическая обратная реакция ,(0—H-Np— O-H—Nc) характеризуется энергетическим барьером Еьа 11,55 ккал/моль.
Для доказательства того, что точки R и— 2,02 А, 1,08 А и 1,55 А действительно являются локальными минимумами и седлом соответственно, была построена поверхность потенциальной энергии (рис. 51А-Б). Здесь оси XYZ соответствуют координате реакции, направлению, перпендикулярному координате реакции, и потенциальной энергии соответственно. Видно, что движение вдоль координаты реакции - это движение по дну желоба поверхности потенциальной энергии. Также для трех характерных точек (двух локальных минимумов и седла) было рассчитано изменение энергии при отклонении во всех трех взаимно перпендикулярных направлениях. При этом оси XY такие же, как и оси XY на графике поверхности потенциальной энергии, и поэтому следуют обратить внимание только на то, что отклонение протона вдоль оси Z для всех трех характерных точек вызывает повышение потенциальной энергии (рис. 51 Г). Это окончательно доказывает, что точки ЯМг_н= 2,02 А, 1,08 А и 1,55 А являются локальными экстремумами поверхности потенциальной энергии.
