بررسی نظری شیمی گزینی آنزیم استیلن هیدراتاز

در این پژوهش از نظریه تابعی چگالی برای بررسی شیمی‌گزینی آنزیم استیلن‌هیدراتاز در واکنش هیدراسیون 3بوتین2ال، پروپارژیل الکل و پروپن استفاده شده است. ابتدا، بر اساس ساختار کریستالی آنزیم، یک مدل بزرگ از جایگاه فعال آن ساخته شد. ساختار نقاط ایستا در طول مسیر واکنش بهینه شده و نیمرخ انرژی واکنش به دست آمد. نتایج نشان می‌دهد که برای 3بوتین2ال انرژی اتصال 16.1 کیلوکالری‌برمول بالاتر و محصول ایجاد شده 17.4 کیلوکالری‌برمول پایدارتر از محصول سوبسترای طبیعی این آنزیم (استیلن) است. به طور مشابه برای پروپارژیل الکل نیز انرژی اتصال 10.7 کیلوکالری‌برمول بالاتر از سوبسترای استیلن است. پروپارژیل الکل در مرحله سوم واکنش خود به یک حد واسط بسیار پایدار رسیده و واکنش آن متوقف می‌شود. این نتایج نشان می‌دهند که 3بوتین2ال و پروپارژیل الکل به عنوان بازدارنده رقابتی برای آنزیم استیلن هیدراتاز عمل می‌کنند. نتایج محاسبات برای واکنش پروپن نشان داد که انرژی اتصال این ترکیب بسیار گرماگیرتر از استیلن، 3بوتین2ال و پروپارژیل الکل است (30.3 کیلوکالری برمول). همچنین مرحله بعدی واکنش نیز انرژی بالایی لازم دارد. در نتیجه پروپن نمی‌تواند سوبسترای مناسبی برای استیلن هیدراتاز باشد.

Theoretical Study of Chemoselectivity of Acetylene Hydrates

Density functional theory (DFT) was used to study the chemoselectivity of acetylene hydratase in hydration of 3butyn2ol, propargyl alcohol and propen. A quite large model of the enzyme’s active site was made, based on its crystal structure. Geometrical structures of the stationary points along the reaction paths were optimized, and energy profiles of the reactions were obtained. The results showed that the binding energy of 3butyn2ol is 16.1 kcal/mol higher than the binding energy of the enzyme’s normal substrate (acetylene), but the corresponding reactant is 17.4 kcal/mol more stable. Similarly, propargyl alcohol’s binding energy is 10.7 kcal/mol more than binding energy of acetylene. In the third step of the reaction, propargyl alcohol reaches to a very stable intermediate and its reaction stops. These show that 3butyn2ol and propargyl alcohol act as competitive inhibitors of acetylene hydratase. The results showed that binding of propen is very endothermic than binding of the other compounds (30.3 kcal/mol). In addition, the next nucleophilic attack is also very endothermic. In summary, propen cannot be hydrated by acetylene hydratase.