Journal of Theoretical & Computational Science
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Abstrakt

Ein umfassendes theoretisches Modell für die Hydrolysereaktionen phosphathaltiger Verbindungen

Hammad Ali Hassan, Sadaf Rani, Farooq Ahmad Kiani, Stefen Fischer, Sohaib Aslam, Abeera Sikandar

Die Hydrolyse phosphathaltiger Verbindungen ist die wichtigste chemische Reaktion in der Biologie, bei der die O–H-Bindung des Wassers und die P–O-Bindung des Substrats aufgebrochen werden müssen. Neueste Berechnungen haben zwei Arten der Protonenübertragung vom angreifenden Wasser zum phosphathaltigen Substrat während der Hydrolyse aufgezeigt, nämlich a) direkte Protonenübertragung und b) Protonenweiterleitung über eine vermittelnde Base. Wir weisen darauf hin, dass die Hydrolysemechanismen anhand der Reihenfolge klassifiziert werden können, in der O–H- und P–O-Bindungen aufgebrochen werden, der Stärke des abgehenden Nukleophils und der Art der Protonenübertragung. Daraus ergibt sich ein Schema, mit dem sich zwei spezielle katalytische Strategien verstehen lassen, die von den Enzymen zur Hydrolyse der P–O–X-Bindungen (X=P, C) verwendet werden: 1) Enzyme verringern die Nukleophilstärke der Abgangsgruppe, um die Spaltung der spaltbaren P–O _l -Bindung zu erleichtern und eine formale negative Ladung vom Phosphatreaktionszentrum auf das abgehende Nukleophil zu übertragen. 2) Viele Enzyme vermeiden die direkte Protonenübertragung vom angreifenden Wassermolekül zum Phosphatreaktionszentrum. Der direkte Protonentransfer bringt ein überschüssiges Proton (positive Ladung) in das Phosphatreaktionszentrum, das das Aufbrechen der P–O _l -Bindung zwischen Phosphat und dem abgehenden Nukleophil behindert. Im Gegensatz dazu behindert der indirekte Protonentransfer vom angreifenden Wasser zum Phosphatreaktionszentrum über helfendes Wasser oder eine unterstützende katalytische Base das Aufbrechen der P–O _l -Bindung nicht . Diese beiden Strategien sind in vielen phosphathydrolysierenden Enzymen vorhanden.