Enhanced active-site electric field accelerates enzyme catalysis

化学 电场 催化作用 活动站点 酶催化 组合化学 纳米技术 有机化学 物理 量子力学 材料科学
作者
Chu Zheng,Zhe Ji,Irimpan I. Mathews,Steven G. Boxer
出处
期刊:Nature Chemistry [Springer Nature]
卷期号:15 (12): 1715-1721 被引量:72
标识
DOI:10.1038/s41557-023-01287-x
摘要

The design and improvement of enzymes based on physical principles remain challenging. Here we demonstrate that the principle of electrostatic catalysis can be leveraged to substantially improve a natural enzyme’s activity. We enhanced the active-site electric field in horse liver alcohol dehydrogenase by replacing the serine hydrogen-bond donor with threonine and replacing the catalytic Zn2+ with Co2+. Based on the electric field enhancement, we make a quantitative prediction of rate acceleration—50-fold faster than the wild-type enzyme—which was in close agreement with experimental measurements. The effects of the hydrogen bonding and metal coordination, two distinct chemical forces, are described by a unified physical quantity—electric field, which is quantitative, and shown here to be additive and predictive. These results suggest a new design paradigm for both biological and non-biological catalysts. The design and improvement of enzymes based on physical principles remain challenging. Now, the vibrational Stark effect has been used to demonstrate how an electrostatic model can unify the catalytic effects of distinct chemical forces in a quantitative manner and guide the design of enzyme variants that outperform their natural counterpart.
最长约 10秒,即可获得该文献文件

科研通智能强力驱动
Strongly Powered by AbleSci AI
更新
PDF的下载单位、IP信息已删除 (2025-6-4)

科研通是完全免费的文献互助平台,具备全网最快的应助速度,最高的求助完成率。 对每一个文献求助,科研通都将尽心尽力,给求助人一个满意的交代。
实时播报
1秒前
TJY发布了新的文献求助10
1秒前
4秒前
YH完成签到 ,获得积分10
4秒前
4秒前
5秒前
lin发布了新的文献求助20
6秒前
木木豆发布了新的文献求助10
7秒前
7秒前
7秒前
Megan发布了新的文献求助10
10秒前
12秒前
12秒前
11完成签到 ,获得积分10
15秒前
Jodie发布了新的文献求助10
15秒前
16秒前
18秒前
20秒前
科研通AI6应助1816013153采纳,获得10
21秒前
磷酸瞳完成签到 ,获得积分10
21秒前
坤坤发布了新的文献求助10
22秒前
脑洞疼应助Megan采纳,获得10
23秒前
spzdss发布了新的文献求助10
23秒前
lin完成签到,获得积分20
24秒前
26秒前
坤坤完成签到,获得积分20
29秒前
香蕉觅云应助坤坤采纳,获得10
32秒前
镓氧锌钇铀应助shaun采纳,获得20
32秒前
Camellia发布了新的文献求助10
32秒前
大模型应助受伤的无心采纳,获得10
34秒前
Rachel完成签到 ,获得积分10
36秒前
nczpf2010完成签到,获得积分10
37秒前
春竹关注了科研通微信公众号
40秒前
46秒前
害怕的板凳完成签到 ,获得积分10
47秒前
万能图书馆应助太叔夜南采纳,获得10
47秒前
50秒前
隐形曼青应助万念采纳,获得10
50秒前
科研通AI6应助Jodie采纳,获得10
51秒前
52秒前
高分求助中
(应助此贴封号)【重要!!请各用户(尤其是新用户)详细阅读】【科研通的精品贴汇总】 10000
List of 1,091 Public Pension Profiles by Region 1601
Lloyd's Register of Shipping's Approach to the Control of Incidents of Brittle Fracture in Ship Structures 800
Biology of the Reptilia. Volume 21. Morphology I. The Skull and Appendicular Locomotor Apparatus of Lepidosauria 620
A Guide to Genetic Counseling, 3rd Edition 500
Laryngeal Mask Anesthesia: Principles and Practice. 2nd ed 500
The Composition and Relative Chronology of Dynasties 16 and 17 in Egypt 500
热门求助领域 (近24小时)
化学 材料科学 生物 医学 工程类 计算机科学 有机化学 物理 生物化学 纳米技术 复合材料 内科学 化学工程 人工智能 催化作用 遗传学 数学 基因 量子力学 物理化学
热门帖子
关注 科研通微信公众号,转发送积分 5558014
求助须知:如何正确求助?哪些是违规求助? 4642970
关于积分的说明 14670012
捐赠科研通 4584444
什么是DOI,文献DOI怎么找? 2514838
邀请新用户注册赠送积分活动 1489006
关于科研通互助平台的介绍 1459619