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A Foundational Shift in Models for Enzyme Function
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DOI：10.1021/jacs.5c02388.png)
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摘要
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本文探讨了关于酶如何从不稳定的酶-底物（ES）复合物过渡到成功实现飞秒级势垒跨越的未解决且仍具争议的问题。通过将Marcus理论扩展至酶催化反应，我们提出，蛋白质骨架及其相关水分子的环境重组实现了反应物和产物势能表面的交叉。在讨论了实验证明的酶催化转化中降低活化焓的重要性后，我们描述了新的测量方法，用于测定：(i) 主链酰胺基团的时间平均氢/氘交换对温度的依赖性；(ii) 蛋白质/水界面处连接的生色团的发射波长随时间向更长波长移动的斯托克斯位移对温度的依赖性。这些方法不仅识别了从溶剂向结合底物的反应键传递热能的具体路径，还表明集体热激活的蛋白质重构必须在纳秒至皮秒时间尺度上以长距离快速发生。基于这些发现，我们引入了一个综合模型，用于解释从ES复合物中势垒跨越的发生机制。该模型利用了蛋白质折叠固有的结构预组织和随后的构象采样，这些过程优化了关键催化组分在ES基态中的定位，并将底物（s）中的反应键正确地放置在连接蛋白质表面与活性位点的嵌入能量传递网络中。这些各向异性能量分布通路的存在为持续改进从头酶设计的研究增添了新的维度。
Keyword:
HYDROGEN-DEUTERIUM EXCHANGE
COUPLED ELECTRON-TRANSFER
STRUCTURE-REACTIVITY CORRELATIONS
PROTEIN CONFORMATIONAL ENSEMBLES
TRANSITION-STATE STABILIZATION
ACTIVE-SITE LOOP
C-H ACTIVATION
SOYBEAN LIPOXYGENASE
TEMPERATURE-DEPENDENCE
ADENOSINE-DEAMINASE
期刊
IF:
15.6
论文数:
20.0W
被引数:
60.2W
机构
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