ab initio qm/mmモデリングによるアセチルコリンエステラーゼ触媒の完全なサイクルの特性評価

酵素補血（ES）から酵素界面（ES）からのアシル化および脱アシル化段階を含むアセチルコリンエステラーゼによるアセチルコリン加水分解の反応機構は、AB initio型量子力学的機械的機械（QM/ QM/mm）アプローチ。密度汎関数理論PBE0/AUG-6-31+G*メソッドネイティブタンパク質環境に閉じ込められたかなり大きな量子部分の方法、および分子機械部品のAmber力場パラメーターが計算で採用されています。最初の四面体中間体（TI1）、アシル酵素（EA）複合体、2番目の四面体中間体（TI2）、およびEP複合体の形成を含むすべての反応ステップは、同じ理論レベルでモデル化されています。実験速度定数と一致して、脱アシル化段階の推定活性化エネルギー障壁は、アシル化相のそれよりわずかに高い。溶解性水分子の方向付けおよび酵素プロセスの脱アシル化段階での第2四面体中間体の安定化における非三線Glu202アミノ酸残基の重要な役割が実証されています。

The reaction mechanism of acetylcholine hydrolysis by acetylcholinesterase, including both acylation and deacylation stages from the enzyme-substrate (ES) to the enzyme-product (EP) molecular complexes, is examined by using an ab initio type quantum mechanical - molecular mechanical (QM/MM) approach. The density functional theory PBE0/aug-6-31+G* method for a fairly large quantum part trapped inside the native protein environment, and the AMBER force field parameters in the molecular mechanical part are employed in computations. All reaction steps, including the formation of the first tetrahedral intermediate (TI1), the acylenzyme (EA) complex, the second tetrahedral intermediate (TI2), and the EP complex, are modeled at the same theoretical level. In agreement with the experimental rate constants, the estimated activation energy barrier of the deacylation stage is slightly higher than that for the acylation phase. The critical role of the non-triad Glu202 amino acid residue in orienting lytic water molecule and in stabilizing the second tetrahedral intermediate at the deacylation stage of the enzymatic process is demonstrated.