Preferential DNA Polymerase β Reverse Reaction with Imidodiphosphate

化学 焦磷酸盐 化学反应 部分 DNA 核苷酸 DNA聚合酶 聚合酶 二价 亲核细胞 辅因子 反应中间体 立体化学 生物化学 有机化学 催化作用 基因
作者
L. Perera,William A. Beard,Lee G. Pedersen,David D. Shock,Samuel H. Wilson
出处
期刊:ACS omega [American Chemical Society]
卷期号:5 (25): 15317-15324 被引量:1
标识
DOI:10.1021/acsomega.0c01345
摘要

DNA replication and repair reactions involve the addition of a deoxynucleoside monophosphate onto a growing DNA strand with the loss of pyrophosphate. This chemical reaction is also reversible; the addition of pyrophosphate generates a deoxynucleoside triphosphate, thereby shortening the DNA by one nucleotide. The forward DNA synthesis and reverse pyrophosphorolysis reactions strictly require the presence of divalent metals, usually magnesium, at the reactive center as cofactors. The overall equilibrium enzymatic reaction strongly favors DNA synthesis over pyrophosphorolysis with natural substrates. The DNA polymerase β chemical reaction has been structurally and kinetically characterized, employing natural and chemically modified substrates. Substituting an imido-moiety (NH) for the bridging oxygen between Pβ and Pγ of dGTP dramatically decreased the overall enzymatic activity and resulted in a chemical equilibrium that strongly favors the reverse reaction (i.e., K ≪ 1). Using QM/MM calculations in conjunction with the utilization of parameters such as quantum mechanically derived atomic charges, we have examined the chemical foundation for the altered equilibrium with this central biological reaction. The calculations indicate that the rapid reverse reaction is likely due, in part, to the increased nucleophilicity of the reactive oxygen on the tautomeric form of imidodiphosphate.

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