การศึกษาเชิงคำนวณของ copper (II) complex ซึ่งเป็นแบบจำลอง active site ของเอนไซม์ catechol

ชื่อนักเรียนผู้จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

ทัศน์พล ติรศุทธ, ภูมิพัฒน์ เลาหวิโรจน์, ปารีส นิลทลักษณ์

อาจารย์ที่ปรึกษาโครงงานวิทยาศาสตร์

สาโรจน์ บุญเส็ง

โรงเรียนที่กำกับดูแลโครงงานวิทยาศาสตร์

โรงเรียนมหิดลวิทยานุสรณ์

ปีที่จัดทำโครงงานวิทยาศาสตร์

พ.ศ. 2561

บทคัดย่อโครงงานวิทยาศาสตร์

เอนไซม์ catechol oxidase เป็นเอนไซม์ที่เร่งปฏิกิริยา catechol oxidase ซึ่งเป็นการเปลี่ยน o-diphenol เป็น o-quinone โดยเอนไซม์นี้สามารถพบได้อย่างแพร่หลายและมีบทบาทสำคัญในกระบวนการทางชีววิทยา เช่น การสังเคราะห์รงควัตถุต่างๆ รวมถึงการสังเคราะห์สารสื่อประสาท ปฏิกิริยาเคมีของเอนไซม์ชนิดนี้เกิดขึ้นที่บริเวณ active site ของเอนไซม์ซึ่งมีโครงสร้างเป็น copper(II) complex โครงงานนี้จึงศึกษาโครงสร้าง copper(II) complex ในฐานะตัวแทนของเอนไซม์ชนิดนี้ต่อไป จากข้อมูลที่ศึกษาพบว่ากลไกการเกิดปฏิกิริยาเคมีและกระบวนการทำงานของ copper(II) complex ในเอนไซม์ catechol oxidase ยังไม่มีการศึกษาอย่างชัดเจนและระเบียบวิธีที่เหมาะสมในการศึกษาโครงสร้างโมเลกุลดังกล่าวยังไม่ทราบแน่นอน ดังนั้นในโครงงานนี้จะศึกษาหาระเบียบวิธีที่เหมาะสมที่สุดในการศึกษาโครงสร้างของ copper(II) complex ซึ่งเป็นตัวแทนของ active site ของเอนไซม์ catechol oxidase ด้วยวิธี Density Function Theory (DFT) การเปรียบเทียบระเบียบวิธีที่เหมาะสมที่สุดการคำนวณ จะทำการวิเคราะห์ความคลาดเคลื่อนจากการคำนวณระยะห่างระหว่างอะตอม ความยาวพันธะ และความยาวพันธะระหว่างคอปเปอร์ (Cu) และอะตอมโดยรอบ โดยการใช้ค่า Mean Signed Error (MSE) และ Mean Unsigned Value (MUE) และจะศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยาของ copper(II) complex ในปฏิกิริยา catechol oxidase โดยการนำเสนอสารมัธยันต์และสารเชิงซ้อนกัมมันต์ที่คาดว่าเป็นไปได้ใน catalytic cycle ของปฏิกิิริยาและทำการตรวจสอบโดยคอมพิวเตอร์โดยใช้ระเบียบวิธีที่เหมาะสม จากการศึกษาหาระเบียบวิธีที่เหมาะสมในการศึกษาโครงสร้างโมเลกุลโดยทำการวิเคราะห์ความคลาดเคลื่อนและการเปรียบเทียบเวลาที่ใช้ในการคำนวณ ทำให้ได้ระเบียบวิธีที่เหมาะสมที่สุดคือ M06L และเบซีสเซต 6-31+G(d,p) สำหรับอะตอมต่าง ๆ ในโครงสร้างโมเลกุล ยกเว้นโลหะ Cu ใช้ SDD (6-31+G(d,p)[SDD]) การศึกษากลไกการเกิดปฏิกิริยามี 3 ขั้นตอนหลักดังนี้ 1. hydrogen migration 2. oxidation 3. dehydration