13C ENDOR リポキシゲネーゼ基板複合体のスペクトロスコピーは,トンネリングによるC-H活性化の構造的基礎を明らかにする
Masaki Horitani1, Adam R Offenbacher, Cody A Marcus Carr
1Department of Chemistry, Northwestern University , Evanston, Illinois 60208, United States.
Journal of the American Chemical Society
|January 26, 2017
まとめ
酵素C-Hの活性化には,水素トンネリングの近接が必要です. この研究では,大豆リポキシゲネーゼは,Mn2+とENDORスペクトロスコーピーを用いて,異常な活性部位構造ではなく,コンフォーマーションサンプリングによってこれを達成していることが明らかになりました.
科学分野:
- 生物化学
- 量子生物学について
- 酵素学
背景:
- 酵素によるC-H活性化は,水素トンネリングに依存し,効率的な触媒化のために短いドナー-受容器距離 (DAD) を必要とする.
- 大豆リポキシゲナーゼ (SLO) は非アディアバティックトンネリングの研究の鍵となるシステムですが,必要なDADを達成するための基底状態の活性サイト構造とメカニズムは不明でした.
- 以前の研究では, ~2. 7 Å の最適な DAD を達成するために,異常な活性部位の配置またはコンフォーマーションサンプリングを提案しました.
研究 の 目的:
- 大豆リポキシゲナーゼ (SLO) の基底状態の活性部位構造を解明し,非アディアバティックトンネリングに必要な水素ドナー-受容器距離をどのように達成するかを決定する.
- 固定されたアクティブサイト幾何学またはダイナミックコンフォーマーションサンプリングから近いトンネリング距離が生じるかどうかを調査する.
- SLOの触媒メカニズムにおける基板位置と活性サイトダイナミクスの役割に関する運動的および理論的予測を検証する.
主な方法:
- SLOのネイティブのFeイオンのためのスピン探査サロゲートとしてMn2+を使用し,X線微分法で構造的忠誠性が確認されました.
- 13Cと1Hの電子核二重共振 (ENDOR) のスペクトロスコピーを用いて,金属の中心に相対的に基板原子 (リノール酸) を正確に位置づけました.
- 完全溶解されたSLOモデルの分子動態シミュレーションを備えたENDORによる統合された拘束装置は,3Dのアクティブサイト表現を生成します.
主要な成果:
- 基底状態のSLO活性サイトは,DAD ~3.1 Å (ヴァン・ダー・ワールズ接触近く) の反応性状態と,より長いDADの不活性状態を含むコンフォマー混合物として存在します.
- これは,静的な異常なアクティブサイト構造ではなく,効率的な水素トンネリングに必要な短いDADを達成するために不可欠であることを示しています.
- トンネル掘削によるSLO変種の分析は,DADの増加と基板の位置付け/剛性の変化を示し,運動的および理論的発見を裏付けました.
結論:
- 大豆リポキシゲネーゼは,その活性部位のダイナミック・コンフォメーション・サンプリングにより,非アディアバティック・トンネリングのための最適な水素ドナー-受容器距離を達成します.
- この研究は,SLOにおける陽子結合電子移転のための非アディアバティック量子処理の予測力を検証している.
- ENDORスペクトロシピは,運動的に予測されたトレンドをテストし,検出し,確認し,SLOのアクティブサイトアーキテクチャと反応性の重要な側面を明らかにしました.
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