LOW BARRIER HYDROGEN BONDS IN ENZYMIC CATALYSIS

酶催化中的低势垒氢键

基本信息

项目摘要

The purpose of this project is to seek experimental evidence to support the recent hypothesis that enzymes obtain the energy needed for catalysis by forming very strong, low-barrier hydrogen bonds in the transition state, or in otherwise unstable intermediates, while having only weak hydrogen bonds in the ground state. Low-barrier hydrogen bonds have very low field proton NMR chemical shifts, and low deuterium fractionation factors. Thus the low field proton NMR signals of chymotrypsin and trypsin that have been assigned to the proton between aspartate and histidine in the catalytic triad will be examined by proton and deuterium NMR to determine the chemical shift, the isotope effect on the chemical shift, and (by integrating the signal in an H2O-D2O mixture) the fractionation factor. This will be done under conditions where the histidine is protonated (low pH, or in the presence of tetrahedral complexes with specific inhibitors). Low-barrier hydrogen bonds will be characterized in model compounds that resemble the asparate-histidine structure in serine proteases, such as hydrogen cis-urocanate and hydrogen 2-(4-imidazole)-2-methylpropionate, using NMR and X-ray methods. The effect of internal low-barrier hydrogen bonds on the chemical reactivity of these compounds will be determined. A number of other compounds that potentially could form internal low- barrier hydrogen bonds in appropriate solvents will also be studied. Proton NMR will be used to look for low-barrier hydrogen bonds that stabilize "carbanion" intermediates in the reactions catalyzed by enolase and fumarase, using alternate substrates or inhibitors where previous kinetic studies indicate that the intermediate may be present in appreciable concentration at equilibrium. The signals will be characterized as outlined above.
该项目的目的是寻求实验证据来支持 最近的假设是酶获得催化所需的能量 通过在转变过程中形成非常强的、低势垒的氢键 状态,或在其他不稳定的中间体中,同时只有弱 氢键处于基态。 低势垒氢键具有很强的 低场质子核磁共振化学位移和低氘分馏 因素。 因此,胰凝乳蛋白酶的低场质子 NMR 信号和 胰蛋白酶被分配给天冬氨酸和之间的质子 催化三联体中的组氨酸将通过质子和氘进行检查 NMR 测定化学位移、同位素对化学物质的影响 位移,并且(通过将信号积分到 H2O-D2O 混合物中) 分馏因子。 这将在以下条件下完成: 组氨酸被质子化(低pH值,或在四面体存在的情况下) 与特定抑制剂的复合物)。 低势垒氢键将在模型化合物中表征: 类似于丝氨酸蛋白酶中的天冬氨酸-组氨酸结构,例如 顺式尿刊酸氢和2-(4-咪唑)-2-甲基丙酸氢, 使用NMR和X射线方法。 内部低势垒氢的影响 键对这些化合物的化学反应性的影响将被确定。 许多其他化合物可能会形成内部低 还将研究适当溶剂中的势垒氢键。 质子核磁共振将用于寻找低势垒氢键 稳定烯醇酶催化反应中的“碳阴离子”中间体 和富马酸酶,使用以前的替代底物或抑制剂 动力学研究表明该中间体可能存在于 平衡时有明显的浓度。 信号将是 其特征如上所述。

项目成果

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Correlations of the basicity of His 57 with transition state analogue binding, substrate reactivity, and the strength of the low-barrier hydrogen bond in chymotrypsin.
His 57 的碱性与过渡态类似物结合、底物反应性以及糜蛋白酶中低势垒氢键强度的相关性。
  • DOI:
    10.1021/bi980278s
  • 发表时间:
    1998-08-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Jing Lin;C. Cassidy;Perry A. Frey
  • 通讯作者:
    Perry A. Frey
A new concept for the mechanism of action of chymotrypsin: the role of the low-barrier hydrogen bond.
胰凝乳蛋白酶作用机制的新概念:低势垒氢键的作用。
  • DOI:
  • 发表时间:
    1997-04-15
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Cassidy, C S;Lin, J;Frey, P A
  • 通讯作者:
    Frey, P A
Correlation of low-barrier hydrogen bonding and oxyanion binding in transition state analogue complexes of chymotrypsin.
胰凝乳蛋白酶过渡态类似物复合物中低势垒氢键和氧阴离子结合的相关性。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2001-02-27
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    Neidhart, D;Wei, Y;Cassidy, C;Lin, J;Cleland, W W;Frey, P A
  • 通讯作者:
    Frey, P A
Low-barrier hydrogen bonding in molecular complexes analogous to histidine and aspartate in the catalytic triad of serine proteases.
分子复合物中的低势垒氢键,类似于丝氨酸蛋白酶催化三联体中的组氨酸和天冬氨酸。
  • DOI:
    10.1021/bi00021a002
  • 发表时间:
    1995-05-30
  • 期刊:
  • 影响因子:
    2.9
  • 作者:
    John B. Tobin;S. A. Whitt;C. Cassidy;Perry A. Frey
  • 通讯作者:
    Perry A. Frey
The deuterium isotope effect on the NMR signal of the low-barrier hydrogen bond in a transition-state analog complex of chymotrypsin.
氘同位素对胰凝乳蛋白酶过渡态类似物复合物中低势垒氢键 NMR 信号的影响。
  • DOI:
  • 发表时间:
    2000-07-05
  • 期刊:
  • 影响因子:
    0
  • 作者:
    Cassidy, C S;Lin, J;Frey, P A
  • 通讯作者:
    Frey, P A
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