Understanding how flavin-dependent

Understanding how flavin-dependent enzymes activate oxygen for their oxidation and oxygenation reactions is one of the most challenging issues in flavoenzymology. Density functional calculations and transient kinetics were performed to investigate the mechanism of oxygen activation in the oxygenase component (C2) of p-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase (HPAH). We found that the protonation of dioxygen by His396 via a proton-coupled electron transfer mechanism is the key step in the formation of the triplet diradical complex of flavin semiquinone and •OOH. This complex undergoes intersystem crossing to form the open-shell singlet diradical complex before it forms the closed-shell singlet C4a-hydroperoxyflavin intermediate (C4aOOH). Notably, density functional calculations indicated that the formation of C4aOOH is nearly barrierless, possibly facilitated by the active site arrangement in which His396 positions the proximal oxygen of the •OOH in an optimum position to directly attack the C4a atom of the isoalloxazine ring. The nearly barrierless formation of C4aOOH agrees well with the experimental results; based on transient kinetics and Eyring plot analyses, the enthalpy of activation for the formation of C4aOOH is only 1.4 kcal/mol and the formation of C4aOOH by C2 is fast (∼106 M–1 s–1 at 4 °C). The calculations identified Ser171 as the key residue that stabilizes C4aOOH by accepting a hydrogen bond from the H(N5) of the isoalloxazine ring. Both Ser171 and Trp112 facilitate H2O2 elimination by donating hydrogen bonds to the proximal oxygen of the OOH moiety during the proton transfer. According to our combined theoretical and experimental studies, the existence of a positively charged general acid at the position optimized for facilitating the proton-coupled electron transfer has emerged as an important catalytic feature for the oxygen activation process in flavin-dependent enzymes.

ผลลัพธ์ (ไทย) 1:

เข้าใจวิธี flavin ขึ้นอยู่กับเอนไซม์เรียกใช้ออกซิเจนในการเกิดออกซิเดชัน และปฏิกิริยา oxygenation เป็นหนึ่งประเด็นท้าทายที่สุดใน flavoenzymology คำนวณฟังก์ชันความหนาแน่นและจลนพลศาสตร์ชั่วคราวได้ดำเนินการตรวจสอบกลไกของออกซิเจนการเปิดใช้งานคอมโพเนนต์ oxygenase (C2) ของ p-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase (HPAH) เราพบว่า protonation ของ dioxygen His396 โดยผ่านกลไกการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโปรตอนควบคู่ขั้นตอนสำคัญในการก่อตัวของคอมเพล็กซ์ diradical triplet flavin semiquinone และ •OOH ซับซ้อนผ่านข้าม intersystem เพื่อ diradical เสื้อกล้ามเปิดเปลือกซับซ้อนก่อนแบบระดับกลาง C4a-hydroperoxyflavin เสื้อกล้ามเชลล์ปิด (C4aOOH) ยวด คำนวณฟังก์ชันความหนาแน่นแสดงว่า การก่อตัวของ C4aOOH เป็น barrierless เกือบ อาจอำนวยความสะดวก โดยจัดใช้ซึ่ง His396 ตำแหน่งออกซิเจน proximal ของ •OOH ที่ในตำแหน่งที่เหมาะสมเพื่อโจมตีอะตอม C4a isoalloxazine แหวนโดยตรง การก่อตัวเกือบ barrierless ของ C4aOOH ตกลงที่ดีกับผลการทดลอง ตามแบบฉับพลันจลนพลศาสตร์และวิเคราะห์แผน Eyring ความร้อนแฝงของการเปิดใช้งานสำหรับการก่อตัวของ C4aOOH เพียง 1.4 กิโลแคลอรี/โมล และการก่อตัวของ C4aOOH โดย C2 อย่างรวดเร็ว (∼106 M – 1 s-1 ที่ 4 ° C) การระบุ Ser171 เป็นสารตกค้างคีย์ที่แรง C4aOOH โดยการยอมรับพันธะไฮโดรเจนจาก H(N5) แหวน isoalloxazine Ser171 และ Trp112 ช่วยกำจัด H2O2 โดยบริจาคพันธบัตรไฮโดรเจนกับออกซิเจน proximal ของ OOH moiety ในระหว่างโอนย้ายโปรตอน ตามของเรารวมทฤษฎี และทดลองการศึกษา การดำรงอยู่ของกรดทั่วไปคิดค่าธรรมเนียมบวกที่ตำแหน่งที่เหมาะสำหรับการอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโปรตอนควบคู่ได้ผงาดขึ้นเป็นคุณลักษณะเป็นตัวเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการเรียกใช้ออกซิเจนใน flavin ขึ้นอยู่กับเอนไซม์

ผลลัพธ์ (ไทย) 2:

ทำความเข้าใจวิธีเอนไซม์ flavin เปิดใช้งานขึ้นอยู่กับออกซิเจนเกิดปฏิกิริยาออกซิเดชั่สำหรับออกซิเจนและพวกเขาเป็นหนึ่งในปัญหาที่ท้าทายที่สุดใน flavoenzymology คำนวณความหนาแน่นของการทำงานและจลนศาสตร์ชั่วคราวได้ดำเนินการในการตรวจสอบกลไกของการเปิดใช้ออกซิเจนในองค์ประกอบ oxygenase นี้ (C2) ของพี hydroxyphenylacetate 3 hydroxylase (HPAH) เราพบว่าโปรตอนของ dio​​xygen โดย His396 ผ่านโปรตอนคู่กลไกการถ่ายโอนอิเล็กตรอนเป็นขั้นตอนสำคัญในการก่อตัวของแฝดที่ซับซ้อนของ diradical semiquinone flavin และ• OOH ที่ซับซ้อนนี้ผ่าน intersystem ข้ามในรูปแบบเสื้อกล้ามเปิดเปลือกซับซ้อน diradical ก่อนที่จะรูปแบบเสื้อกล้ามปิดเปลือก C4A-hydroperoxyflavin กลาง (C4aOOH) โดยเฉพาะอย่างยิ่งการคำนวณความหนาแน่นของการทำงานชี้ให้เห็นว่าการก่อตัวของ C4aOOH เกือบ barrierless อำนวยความสะดวกอาจจะโดยการจัดงานเว็บไซต์ที่ His396 ตำแหน่งออกซิเจนใกล้เคียงของ OOH •ในตำแหน่งที่เหมาะสมที่จะโจมตีโดยตรงอะตอม C4A ของแหวน isoalloxazine การก่อตัว barrierless เกือบ C4aOOH ตกลงกันได้ดีกับผลการทดลอง; ขึ้นอยู่กับจลนศาสตร์ชั่วคราวและพล็อตอายริงก์วิเคราะห์เอนทัลปีของการเปิดใช้งานสำหรับการก่อตัวของ C4aOOH เป็นเพียง 1.4 kcal / mol และการก่อตัวของ C4aOOH โดย C2 เป็นไปอย่างรวดเร็ว (~106 M-1 s-1 ที่ 4 ° C) การคำนวณที่ระบุ Ser171 เป็นสารตกค้างที่สำคัญที่การรักษา C4aOOH โดยการยอมรับพันธะไฮโดรเจนจาก H (N5) ของแหวน isoalloxazine ทั้งสอง Ser171 และอำนวยความสะดวกในการกำจัด Trp112 H2O2 โดยการบริจาคพันธะไฮโดรเจนกับออกซิเจนใกล้เคียงของครึ่ง OOH ระหว่างการถ่ายโอนโปรตอน ตามที่รวมการศึกษาทางทฤษฎีและการทดลองของเราดำรงอยู่ของกรดประจุบวกทั่วไปในตำแหน่งที่ดีที่สุดสำหรับการอำนวยความสะดวกในการถ่ายโอนอิเล็กตรอนโปรตอนคู่ได้กลายเป็นคุณสมบัติที่สำคัญเร่งปฏิกิริยาสำหรับกระบวนการเปิดใช้ออกซิเจนในเอนไซม์ flavin ขึ้นอยู่กับ

ผลลัพธ์ (ไทย) 3:

ความเข้าใจว่า ฟลาวินขึ้นอยู่กับเอนไซม์เปิดออกซิเจนออกซิเดชันและปฏิกิริยาของออกซิเจนเป็นหนึ่งในความท้าทายที่สุดในประเด็น flavoenzymology . การคำนวณการทำงานความหนาแน่นและจลนพลศาสตร์การชั่วคราว เพื่อศึกษากลไกของการกระตุ้นออกซิเจนใน oxygenase ส่วนประกอบ ( C2 ) ของ p-hydroxyphenylacetate 3-hydroxylase ( - )เราพบว่าโปรโตเนชันของ dioxygen โดย his396 ผ่านกลไกการถ่ายโอนอิเล็กตรอน โปรตอน ซึ่งเป็นขั้นตอนสำคัญในการก่อตัวของแฝดสาม diradical ซับซ้อนและ semiquinone ฟลาวิน - - นี้ผ่านที่ซับซ้อน intersystem ข้ามรูปแบบเปลือกเปิดเสื้อกล้าม diradical ซับซ้อนก่อนฟอร์มปิดเปลือกเสื้อกล้าม c4a hydroperoxyflavin กลาง ( c4aooh ) โดยเฉพาะความหนาแน่นของฟังก์ชันการคำนวณ พบว่า การก่อตัวของ c4aooh เกือบ barrierless อาจจะติดตั้งโดยใช้เว็บไซต์การจัดเรียงในตำแหน่งที่ his396 ออกซิเจนส่วนต้นของโอ - ในตำแหน่งที่เหมาะสมโดยตรงโจมตีอะตอม c4a ของแหวนไอโซ ลล ซาซีน . การก่อตัวของเกือบ barrierless c4aooh เห็นด้วยกับผลทดลองขึ้นอยู่กับแบบและวิเคราะห์แบบเอริ่งแปลง , เอนทัลปีของการกระตุ้นสำหรับการก่อตัวของ c4aooh เพียง 1.4 กิโลแคลอรีต่อโมล และการพัฒนาของ c4aooh โดย C2 อย่างรวดเร็ว ( ∼ 106 เมตร– 1 – 1 ใน 4 ° C ) การคำนวณที่ระบุเป็นคีย์ ser171 กากที่เสถียรภาพ c4aooh โดยการยอมรับพันธะไฮโดรเจนจาก H ( 5 ) แหวนไอโซ ลล ซาซีน .ทั้ง ser171 trp112 อำนวยความสะดวกและการสลายโดยการบริจาคตั๋วเงินคลังก๊าซไฮโดรเจนกับออกซิเจนส่วนต้นของโอ้แน่นอนในระหว่างการถ่ายโอนโปรตอน . จากการศึกษารวมทฤษฎีและการทดลองการดำรงอยู่ของประจุบวกกรดทั่วไปในตำแหน่งที่เหมาะสำหรับการถ่ายโอนโปรตอนคู่อิเล็กตรอนได้กลายเป็นคุณลักษณะที่สำคัญสำหรับการออกซิเจนในกระบวนการเปิด ฟลาวินขึ้นอยู่กับเอนไซม์