炭酸塩を含む酵素メカニズムにおける合成効率:アリストロケーンシンタゼ
Rudolf K Allemann1, Neil J Young, Shuhua Ma
1School of Chemistry, Cardiff University, Park Place, Cardiff, CF10 3AT, U.K. allemannrk@cf.ac.uk
Journal of the American Chemical Society
|October 9, 2007
まとめ
アリストロケーン合成によるファルネシルピロホスファート (FPP) の (+) -アリストロケーンへのサイクル化の新しいメカニズムには,以前のモデルとは異なる直接の分子内プロトン転送が含まれています. この陽子転送は酵素によって促進され,活性化エネルギーを低下させ,基板特異性を説明します.
科学分野:
- バイオケミストリーと有機化学
- 酵素学と機械学の研究
- コンピューティング・ケミストリー
背景:
- アリストロケーン合成酵素は,ファルネシルピロホスファート (FPP) のサイクル化を,重要なセスキーターペノイドである (+) -アリストロケーンに触媒化する.
- 以前の提案されたメカニズムは,ゲルマクレンAを中間物質として含んでいたが,実験的証拠はこれと矛盾している.
- 精密な触媒メカニズムを理解することは,テルペン生物合成経路の解明に不可欠です.
研究 の 目的:
- アリストロケーン合成酵素によって触媒化されたFPPから (+) -アリストロケーンへのカルボケーションサイクル化の詳細なメカニズムを解明する.
- この酵素反応のために提案された新しい分子内陽子伝達経路を調査する.
- 基質と酵素の相互作用を計算的にモデル化し,触媒処理に関与する主要な残基を特定する.
主な方法:
- 高レベルのアビニシオ分子軌道 (MO) 計算.
- 密度関数理論 (DFT) の計算により,反応経路とエネルギーバリアを決定する.
- FPPとアリストロケーン合成酵素との相互作用を分析するために,基板-酵素複合体のモデリング.
主要な成果:
- 新しい分子内プロトン伝送機構が提案され,以前のカルボケーション伝播モデルとは異なる.
- 直接の分子内プロトン伝送のための計算されたバリアは約22 kcal/molで,酵素によって16-20 kcal/molに減少します.
- ピロフォスファートに結合した水分子を含むプロトンシャトルによる代替経路が特定されました.
- 提案されたメカニズムは,ゲルマクレンAが基板ではないという実験的観測と一致しています.
- コンピュータモデリングにより,Trp 334とPhe 178が基質の位置づけに不可欠であると特定され,これは突然変異のデータと一致し,突然変異によって製品のプロファイルが変化したことを示した.
結論:
- この研究は,アリストロケーン生物合成のための新しい分子内陽子伝達機構を,計算的証拠によって支持することを提案しています.
- アリストロケーン合成酵素は,この陽子伝達の活性化バリアを大幅に低下させ,触媒効率を高めます.
- 特定のアミノ酸残留物 (Trp 334, Phe 178) は,基板の結合と方向性において決定的な役割を果たし,反応経路を導き,異常な循環を防止します.
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