Predicting Catalytic Proton Donors and Nucleophiles in Enzymes: How Adding Dynamics Helps Elucidate the Structure–Function Relationships

亲核细胞 化学 质子 概括性 氢键 分子动力学 催化作用 计算化学 残留物(化学) 立体化学 溶剂 分子 组合化学 化学物理 有机化学 物理 心理学 心理治疗师 量子力学
作者
Yandong Huang,Zhi Yue,Cheng‐Chieh Tsai,Jack A. Henderson,Jana Shen
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry Letters [American Chemical Society]
卷期号:9 (6): 1179-1184 被引量:53
标识
DOI:10.1021/acs.jpclett.8b00238
摘要

Despite the relevance of understanding structure–function relationships, robust prediction of proton donors and nucleophiles in enzyme active sites remains challenging. Here we tested three types of state-of-the-art computational methods to calculate the pKa's of the buried and hydrogen bonded catalytic dyads in five enzymes. We asked the question what determines the pKa order, i.e., what makes a residue proton donor vs a nucleophile. The continuous constant pH molecular dynamics simulations captured the experimental pKa orders and revealed that the negative nucleophile is stabilized by increased hydrogen bonding and solvent exposure as compared to the proton donor. Surprisingly, this simple trend is not apparent from crystal structures and the static structure-based calculations. While the generality of the findings awaits further testing via a larger set of data, they underscore the role of dynamics in bridging enzyme structures and functions.
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