Quantum Mechanical Design of Enzyme Active Sites

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作者
Xiyun Zhang,Jason DeChancie,Hakan Günaydin,Arnab B. Chowdry,Fernando R. Clemente,Smith,Tracy M. Handel,K. N. Houk
出处
期刊:Journal of Organic Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:73 (3): 889-899 被引量:51
标识
DOI:10.1021/jo701974n
摘要

The design of active sites has been carried out using quantum mechanical calculations to predict the rate-determining transition state of a desired reaction in presence of the optimal arrangement of catalytic functional groups (theozyme). Eleven versatile reaction targets were chosen, including hydrolysis, dehydration, isomerization, aldol, and Diels-Alder reactions. For each of the targets, the predicted mechanism and the rate-determining transition state (TS) of the uncatalyzed reaction in water is presented. For the rate-determining TS, a catalytic site was designed using naturalistic catalytic units followed by an estimation of the rate acceleration provided by a reoptimization of the catalytic site. Finally, the geometries of the sites were compared to the X-ray structures of related natural enzymes. Recent advances in computational algorithms and power, coupled with successes in computational protein design, have provided a powerful context for undertaking such an endeavor. We propose that theozymes are excellent candidates to serve as the active site models for design processes.

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