ディヒドロフォラート還元酵素が,ディヒドロフォラート還元酵素のプロトネーションをどのように促進するか
Thomas H Rod1, Charles L Brooks
1Department of Molecular Biology, TPC6, 10550 North Torrey Pines Road, La Jolla, California 92037, USA.
Journal of the American Chemical Society
|July 17, 2003
まとめ
ディヒドロフォラート還元酵素 (DHFR) は,ディヒドロフォラート (H2F) のプロトネーションを4pKa単位で促進し,その活性性を高めます. これは,Asp27と水嫌性活性部位を含む静電相互作用によって発生します.
科学分野:
- バイオケミストリー バイオケミストリー
- 酵素の動力学について
- 計算化学はコンピュータ化学である.
背景:
- ディヒドロフォラート還元酵素 (DHFR) は,葉酸の代謝に不可欠であり,ダイヒドロフォラート (H2F) のテトラヒドロフォラートへの還元を触媒化する.
- DHFR活動のpH依存性は,触媒メカニズムにおけるプロトネーションイベントの役割を示唆する.
- これらのメカニズムを理解することは,DHFRを標的とする薬の開発に不可欠です.
研究 の 目的:
- DHFR活性部位内のH2F中のN5原子のpKa値を決定する.
- DHFRによるH2Fプロトネーションの促進に起因する分子メカニズムを解明する.
- 活性部位残留と酵素構成が触媒効率に与える影響を説明する.
主な方法:
- DHFR/NADPH/H2F複合体の分子動力学 (MD) シミュレーションは,閉ざされた形状と閉ざされた形状 (10−12.5 ns) で行われます.
- H2F中のN5原子のpKaを決定するための自由エネルギー乱射 (FEP) 計算.
- 静電相互作用と活性部位の疎水性の分析.
主要な成果:
- H2FのN5原子は,DHFR触媒反応におけるpH依存性の重要な部位として特定されています.
- DHFRは,H2Fのプロトネーションを約4pKa単位で強化する.
- Asp27とN5の陽子との間の好ましい静電相互作用は,水害M20ループによって強化され,この効果を駆動します.
- また,H2Fの酵素誘導によるコンフォームはN5プロトネーションを好む.
結論:
- DHFRはH2Fのプロトネーションを活発に促進し,pHに依存する活性を説明します.
- Asp27の残留物と水嫌性活性部位は,プロトネーションの強化に重要な役割を果たしています.
- これらの発見は,以前の研究を裏付け,中性pHでAsp27変異体の活性低下を説明しています.
関連する概念動画
02:23Alcohols from Carbonyl Compounds: Reduction
Reduction is a simple strategy to convert a carbonyl group to a hydroxyl group. The three major pathways to reduce carbonyls to alcohols are catalytic hydrogenation, hydride reduction, and borane reduction.
Catalytic hydrogenation is similar to the reduction of an alkene or alkyne by adding H2 across the pi bond in the presence of transition metal catalysts like Raney Ni, Pd–C, Pt, or Ru. Aldehydes and ketones can be reduced by this method, often under mild to moderate heat (25–100°C) and...
Catalytic hydrogenation is similar to the reduction of an alkene or alkyne by adding H2 across the pi bond in the presence of transition metal catalysts like Raney Ni, Pd–C, Pt, or Ru. Aldehydes and ketones can be reduced by this method, often under mild to moderate heat (25–100°C) and...
01:20Carboxylic Acids to Esters: Acid-Catalyzed (Fischer) Esterification Overview
The Fischer esterification reaction was developed by the German chemist Emil Fischer in 1895. It is a condensation reaction between carboxylic acids and alcohols in an acidic medium to give esters and water.
01:19α-Hydroxy Ketones via Reductive Coupling of Esters: Acyloin Condensation Overview
The pinacol and McMurry reactions involve the reductive coupling of ketones or aldehydes. Similarly, the bimolecular reductive coupling of two ester molecules in the presence of sodium metal in an aprotic solvent yields an α-hydroxy ketone product. The α-hydroxy ketone is also called acyloin, so the reaction is referred to as ‘acyloin condensation.’
01:07Alkylation of β-Ketoester Enolates: Acetoacetic Ester Synthesis
Acetoacetic ester synthesis is a method to obtain ketones from alkyl halides and β-keto esters. The reaction occurs in the presence of an alkoxide base that abstracts the acidic proton of the β-keto esters. The step results in an enolate ion which is doubly stabilized. The enolate then reacts with an alkyl halide via the SN2 process to produce an alkylated ester intermediate with a new C–C bond. The hydrolysis of the intermediate, followed by acidification, results in an alkylated β-keto acid.
01:14Alkylation of β-Diester Enolates: Malonic Ester Synthesis
Malonic ester synthesis is a method to obtain α substituted carboxylic acids from ꞵ-diesters such as diethyl malonate and alkyl halides.
01:35Loss of Carboxy Group as CO2: Decarboxylation of Malonic Acid Derivatives
Just like β-keto acids—which upon thermal decarboxylation form ketones—β-dicarboxylic acids undergo decarboxylation to generate monocarboxylic acids with the liberation of carbon dioxide.