การศึกษากลไกการเร่งปฏิกิริยาและสมบัติความจำเพาะต่อสับสเตรตของเอนไซม์เบต้า-อะลานีนซินเทสจากยีสต์ด้วยระเบียบวิธี ONIOM
Loading...
Date
2019
Authors
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Publisher
มหาวิทยาลัยพะเยา
Abstract
เอนไซม์เบต้าอะลานีนซินเทส เป็นตัวเร่งปฏิกิริยาในขั้นตอนสุดท้ายของวิถีรีดักทีฟมีความจำเพาะต่อสับสเตรต เรียกว่า เอ็น-คาร์บามิล-เบต้าอะลานีน หรือ NCβA จะสลายตัวและ
ให้ก๊าซคาร์บอนไดออกไซด์ แอมโมเนีย และ เบต้า-อะลานีน ซึ่งจัดเป็นสารสำคัญต่อกระบวนการเมแทบอลิซึมของกลูโคส การต้านอนุมูลอิสระ และการพัฒนาของระบบประสาท
ส่วนกลางและเรตินา งานวิจัยนี้มีจุดประสงค์เพื่อศึกษากลไกการเร่งปฏิกิริยาและความจำเพาะต่อสับสเตรตของเอนไซม์ โดยใช้ระเบียบวิธีการคำนวณ ONIOM2 (B3LYP/6-31G(d,p):PM3) นอกจากนี้ยังพิจารณาสับสเตรตที่มีหมู่แทนที่แตกต่างกันที่ตำแหน่ง R2 และ R3 ได้แก่ อะตอมไฮโดรเจน หมู่เมทิล หมู่ฟีนิล หมู่เอมีน จากผลการคำนวณ พบว่าพลังงานการยึดเกาะของ R2 เป็นอะตอมไฮโดรเจน หมู่เมทิล หมู่เอมีน หมู่ฟีนิล และ R3 เป็นหมู่เมทิล มีค่าพลังงาน คือ -83.21, -76.23, -70.62, -25.03 และ -75.60 กิโลแคลอรี่ต่อโมล ตามลำดับ ค่าพลังงานยึดเกาะที่ต่ำที่สุด คือ R2 เป็นหมู่ฟีนิล และมีค่าพลังงานศักย์ในขั้นกำหนดอัตรา คือ 18.39, 16.58, 20.44, 28.09 และ 22.70 กิโลแคลอรี่ต่อโมล ตามลำดับ ค่าพลังงานกระตุ้นที่สูงที่สุด คือ R2 เป็นหมู่ฟีนิล สามารถอธิบายได้โดยการผลักกันของหมู่ฟีนิลที่มีขนาดใหญ่ในขณะที่เข้าทำปฏิกิริยา ซึ่งกลไกจะเกิดอยู่ 3 ขั้นตอน ได้แก่ ขั้นตอนของปฏิกิริยาการแทนที่ตำแหน่งหมู่คาร์บอนิลของสับสเตรตโดยไอออนไฮดรอกไซด์ ขั้นที่สอง คือ การถ่ายโอนโปรตอนจาก Glu159 ไปยังอะตอมไนโตรเจนของสารตั้งต้น และขั้นสุดท้าย คือ การแตกออกของพันธะ C-N ของสับสเตรต และได้เบต้า-อะลานีนเป็นผลิตภัณฑ์
Description
β-alanine synthase catalyzes the third and final step of reductive pyrimidine degradation. The substrate of this enzyme, N-carbamoyl-beta-alanine or NCβA, is irreversibly hydrolyzed to CO2, NH3 and β-alanine. β-alanine plays an important role in several essential processes, such as glucose metabolism, antioxidation, and development of the central nervous system and the retina. In this study, we have described mechanism and substrate specificity of the enzyme using two-layered ONIOM calculation (B3LYP/6- 31G(d,p):PM3). We also considered different substrates containing different R2/R3 functional groups (R2 = hydrogen (H), methyl (Me), phenyl (Ph), amino (NH2); R3 = Me). The calculations show that the binding energies of R2 = H, Me, NH2, Ph, R3 = Me were calculated to be -83.21, -76.23, -70.62, -25.03 and -75.60 kcal/mol, respectively. The poor binding affinity in R2 = Ph can be explained by the large steric repulsion. The values of activation energy ( Ea) are 18.39, 16.58, 20.44, 28.09 and 22.70 kcal/mol for R2 = H, Me, NH2, Ph and R3 = Me. Again, R2 = Ph also shows the highest Ea value. The reaction mechanism is found to proceed via three following steps, i.e., nucleophilic attack of bridging hydroxide to carbonyl carbon of substrate and the formation of tetrahedral intermediate, followed by a proton transfer from Glu159 to nitrogen atom of substrate and, finally, a proton abstraction performed by Glu159 from bridging hydroxyl and subsequent C-N bond cleavage, yielding β-alanine as the reaction product.
Keywords
เอนไซม์เบต้าอะลานีนซินเทส, ONIOM, กลไกของ ปฏิกิริยา, β-alanine synthase, reaction mechanism
Citation
ธมลวรรณ เพชรภา. (2561). การศึกษากลไกการเร่งปฏิกิริยาและสมบัติความจำเพาะต่อสับสเตรตของเอนไซม์เบต้า-อะลานีนซินเทสจากยีสต์ด้วยระเบียบวิธี ONIOM. [ปริญญานิพนธ์ไม่ได้ตีพิมพ์]. มหาวิทยาลัยพะเยา.