Cómo se divide el enlace Co-C en las enzimas de la coenzima B12: un estudio teórico

Área de la Ciencia:

• La bioquímica es la bioquímica.
• Enzimología Enzimología.
• Química computacional es la química computacional.

Sus antecedentes:

• Las enzimas dependientes de la vitamina B12 catalizan reacciones que implican la escisión homolítica del enlace organometálico Co-C.
• La aceleración catalítica por el entorno proteico es de aproximadamente 10^12 veces en comparación con el cofactor aislado.
• Comprender el mecanismo de este aumento significativo de la tasa sigue siendo una pregunta clave en la enzimología.

Objetivo del estudio:

• Para dilucidar los mecanismos moleculares detrás de la mayor escisión de enlaces Co-C en las enzimas dependientes de la vitamina B12.
• Cuantificar la contribución de varios factores dentro del sitio activo de la enzima al efecto catalítico.
• Investigar el papel de la distorsión de las coenzimas y las interacciones electrostáticas en la aceleración de la reacción.

Principales métodos:

• Se emplearon métodos combinados de mecánica cuántica y mecánica molecular (QM/MM).
• Los cálculos se centraron en la escisión del enlace Co-C en la enzima glutamato mutasa.
• Análisis de los cambios en la energía de disociación de enlaces (EDB) debido a las interacciones de las proteínas.

Principales resultados:

• El BDE calculado del enlace Co-C en adenosil cobalamina se reduce en 135 kJ/mol dentro de la enzima.
• Los factores clave que contribuyen incluyen la estabilización radical (20 kJ / mol), la estabilización electrostática / van der Waals del estado disociado (42 kJ / mol), la estabilización de proteínas (11 kJ / mol) y la distorsión geométrica significativa de la coenzima (61 kJ / mol).
• La deformación de la coenzima, particularmente de la fracción de ribosa y el ángulo Co-C5'-C4', es crucial para la catálisis.

Conclusiones:

• El sitio activo de la enzima reduce significativamente la energía de disociación del enlace Co-C a través de una combinación de efectos electrostáticos, de van der Waals y estéricos.
• La distorsión geométrica de la coenzima por el entorno proteico es un factor importante de la aceleración catalítica.
• El grupo de ribosa polar juega un papel vital en la mediación de estos efectos, con análogos no polares que muestran una reducción de la mejora catalítica.