The Energetics of Hydrogen Bonds in Model Systems: Implications for Enzymatic Catalysis

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作者
Shu‐ou Shan,Stewart N. Loh,Daniel Herschlag
出处
期刊:Science [American Association for the Advancement of Science]
卷期号:272 (5258): 97-101 被引量:259
标识
DOI:10.1126/science.272.5258.97
摘要

Low-barrier or short, strong hydrogen bonds have been proposed to contribute 10 to 20 kilocalories per mole to transition-state stabilization in enzymatic catalysis. The proposal invokes a large increase in hydrogen bond energy when the pKa values of the donor and acceptor (where Ka is the acid constant) become matched in the transition state (delta pKa=0). This hypothesis was tested by investigating the energetics of hydrogen bonds as a function of delta pKa for homologous series of compounds under nonaqueous conditions that are conducive to the formation of low-barrier hydrogen bonds. In all cases, there was a linear correlation between the increase in hydrogen-bond energy and the decrease in delta pKa, as expected from simple electrostatic effects. However, no additional energetic contribution to the hydrogen bond was observed at delta pKa=0. These results and those of other model studies suggest alternative mechanisms by which hydrogen bonds can contribute to enzymatic catalysis, in accord with conventional electrostatic considerations.
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