प्रोटॉन-युग्मित इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण

एक प्रोटॉन-युग्मित इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण (पीसीईटी) एक रासायनिक अभिक्रिया है जिसमें एक परमाणु से दूसरे परमाणु में इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन का स्थानांतरण सम्मिलित है। यह शब्द मूल रूप से एकल प्रोटॉन, एकल इलेक्ट्रॉन प्रक्रियाओं के लिए निर्मित किया गया था जो सम्मिलित हैं, लेकिन कई संबंधित प्रक्रियाओं को सम्मिलित करने के लिए व्याख्या में निश्चिंतता दी गई है। जिन अभिक्रियाओ में एक एकल इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन का संयुक्त स्थानान्तरण सम्मिलित होता है, उन्हें प्रायः संयुक्त प्रोटॉन-इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण या सीपीईटी कहा जाता है। पीसीईटी में, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन (i) अलग-अलग कक्षाओं से शुरू होते हैं और (ii) अलग-अलग परमाणु कक्षाओं में स्थानांतरित होते हैं। वे एक संयुक्त सामान्य चरण में स्थानांतरित होते हैं। सीपीईटी चरणबद्ध के विपरीत है जिसमें इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन क्रमबद्ध रूप से स्थानांतरित होते हैं।
 * ईटी
 * [HX] + [M] → [HX]+ + [M]−
 * पीटी
 * [HX] + [M] → [X]− + [HM]+
 * सीपीईटी
 * [HX] + [M] → [X] + [HM]

उदाहरण
पीसीईटी को विस्तृत माना जाता है। विशिष्ट उदाहरणों में प्रकाश संश्लेषण में पानी का ऑक्सीकरण, नाइट्रोजन यौगिकीकरण, ऑक्सीजन के परिवर्तन की अभिक्रिया और हाइड्रोजनेस गैसों का कार्य सम्मिलित है। ये प्रक्रियाएं श्वसन के लिए उचित हैं।

साधारण प्रतिरूप
पीसीईटी के परीक्षणों के रूप में अपेक्षाकृत साधारण समन्वय संयुक्त अभिक्रियाओ की जांच की गई है।


 * एक Ru(II) सजल और Ru(IV) ऑक्सो का अनुपातीकरण (bipy = (2,2'-बाइपिरिडीन, py = पिरिडीन ):
 * [(bipy)2(py)RuIV(O)]2+ + [(bipy)2(py)RuII(OH2)]2+ → 2 [(bipy)2(py)RuIII(OH)]2+


 * विद्युत रासायनिक अभिक्रियाएँ जहाँ अपचयन को प्रोटोनेशन से युग्मित किया जाता है या जहाँ ऑक्सीकरण को डीप्रोटोनेशन से युग्मित किया जाता है।

वर्ग पद्धति
यद्यपि यह सिद्ध करना अपेक्षाकृत सरल है कि इलेक्ट्रॉन और प्रोटॉन अलग-अलग कक्षाओं में शुरू और समाप्त होते हैं, यह सिद्ध करना अधिक कठिन है कि वे क्रमिक रूप से गति नहीं करते हैं। पीसीईटी का अस्तित्व होने का मुख्य प्रमाण यह है कि क्रमबद्ध पथ के लिए कई अभिक्रियाएँ अपेक्षा से अधिक तेजी से होती हैं। प्रारम्भिक इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण (ईटी) प्रक्रिया में, प्रारंभिक रेडॉक्स की स्थिति में पहले चरण के साथ न्यूनतम ऊष्मागतिकी अवरोधक संकुचित होता है। समान रूप से, प्रारम्भिक प्रोटॉन स्थानांतरण (पीटी) प्रक्रिया में प्रोटॉन प्रारम्भिक pKa से युग्मित एक न्यूनतम अवरोध है | इन न्यूनतम अवरोधों के परिवर्तनो पर भी विचार किया जाता है। महत्वपूर्ण निष्कर्ष यह है कि इन न्यूनतम अवरोधों की अनुमति से अधिक दरों के साथ कई अभिक्रियाएँ हैं। यह कम ऊर्जा में तीसरी प्रक्रिया का संकेत देती है; सम्मिलित पीसीईटी को इस तीसरी प्रक्रिया के रूप में प्रस्तुत किया गया है।असाधारण रूप से बड़े गतिज समस्थानिक प्रभाव (केआईई) के प्रेक्षण से भी इस अभिकथन को समर्थित किया गया है।

पीसीईटी पथो को प्रमाणित करने के लिए एक विशिष्ट विधि यह दिखाती है कि अलग-अलग ईटी और पीटी सम्मिलित पथो की तुलना में उच्च सक्रियण ऊर्जा पर काम करती हैं।



प्रोटीन में
SOD2 सुपरऑक्साइड (O2•-) को ऑक्सीजन (O2) या हाइड्रोजन परऑक्साइड (H2O2) में परिवर्तित करने के लिए चक्रीय प्रोटॉन-युग्मित इलेक्ट्रॉन स्थानांतरण अभिक्रियाओ का उपयोग करता है। जो मैंगनीज धातु की ऑक्सीकरण और सक्रिय स्थिति प्राटॉनीकरण अवस्था पर निर्भर करती है।

Mn3+ + O2•- ↔ Mn2+ + O2                                          Mn2+ + O2•- + 2H+ ↔ Mn3+ + H2O2                                                                                                                                                 सक्रिय स्थल के प्रोटॉनों की प्रत्यक्ष रूप से कल्पना की गई है और पता चला है कि SOD2 एक ग्लूटामाइन अवशेष और एक Mn-बाउंड सॉल्वेंट अणु के बीच अपने इलेक्ट्रॉन स्थानान्तरण के साथ प्रोटॉन स्थानान्तरण का उपयोग करता है। एमएन के दौरान3+ मिलियन है2+ रिडॉक्स प्रतिक्रिया, Gln143, Mn से बंधे हाइड्रॉक्साइड को एक एमाइड प्रोटॉन दान करता है और एक एमाइड आयन बनाता है। एमिन-बाउंड सॉल्वेंट और पास के Trp123 अवशेषों के साथ एमाइड आयनों को शॉर्ट-स्ट्रॉन्ग हाइड्रोजन बॉन्ड्स (SSHBs) द्वारा स्थिर किया जाता है। एमएन के लिए2+ मिलियन है3+ रिडॉक्स प्रतिक्रिया, तटस्थ एमाइड अवस्था में सुधार के लिए प्रोटॉन ग्लूटामाइन को वापस दान कर दिया जाता है। SOD2 के तेज़ और कुशल PCET कटैलिसीस को एक प्रोटॉन के उपयोग द्वारा समझाया गया है जो हमेशा मौजूद रहता है और बल्क सॉल्वेंट में कभी नहीं खोता है।

संबंधित प्रक्रियाएं
हाइड्रोजन परमाणु स्थानांतरण (एचएटी) पीसीईटी से स्पष्ट है। एचएटी में, प्रोटॉन और इलेक्ट्रॉन एक ही परमाणु कक्षा में शुरू होते हैं और एक साथ अंतिम कक्षा तक जाते हैं। एचएटी करणी पथ के रूप में अभिज्ञात है, यद्यपि स्टॉइकियोमेट्री पीसीईटी के समान है।