3-デオキシ-D-マンノ - オクソネート8-リン酸シンターゼのエネルギー景観

3-デオキシ-D-マンノ - オクソネート8-リン酸（KDO8P）合成酵素は、グラマ・ネギタン・バクタ酸バクテリーの生体皮膚の主要な前脱毛症の重要な前脱毛症の主要な前脱毛症であるKDO8Pを形成して、アラビノース5-リン酸（A5P）とホスホエノールピルビン酸（PEP）の凝縮を触媒します。。以前の研究では、C2（PEP）のSi側（PEP）のSi側に水を添加し、C1（A5P）の再側にC3（PEP）に加えて凝縮が発生することが確立されています。この反応については、2つの段階的なメカニズムが提案されています。1つは、C2（PEP）上の水または水酸化物イオンの攻撃によって形成される一時的なカルバニオン中間体を含みます。もう1つは、C1（A5P）へのC3（PEP）の直接攻撃によって形成され、C2での水の反応によって形成される一時的なオキソカルベニウムZwitherionic中間体を含みます。どちらの場合も、一時的な中間体は、KDO8Pと無機リン酸に崩壊する、より安定した四面体中間体に収束すると予想されます。この研究では、KDO8PSの活性部位のすべての可能な反応経路に関連するポテンシャルエネルギー表面（PESS）を計算しました。C1（A5P）の再サイドは、PEPリン酸基が脱プロトン化されており、エネルギー障壁が最も低く（約14 kcal/mol）、エキソーゴニックです（反応エネルギーのエネルギーがあります。-38 kcal/mol）。実験的観察と一致して、C2（PEP）の再辺に水を添加したり、C1（A5P）のSI側にC3（PEP）を添加したりするなど、他の潜在的な反応経路は、はるかに高い障壁に関連しています。この研究の重要な新しい発見は、最低のエネルギー反応経路は、以前提案されていた純粋な段階的メカニズムのいずれにも対応していないが、代わりにPEP、A5P、および水の間の部分的に協調した反応として説明できることです。PESSを使用して反応の確立された特徴を再現し、異なるメカニズムを区別することに成功することは、このアプローチが他の酵素反応の研究において一般的な有用性である可能性があることを示唆しています。

3-Deoxy-d-manno-octulosonate 8-phosphate (KDO8P) synthase catalyzes the condensation of arabinose 5-phosphate (A5P) and phosphoenolpyruvate (PEP) to form KDO8P, a key precursor in the biosynthesis of the endotoxin of Gram-negative bacteria. Earlier studies have established that the condensation occurs with a syn addition of water to the si side of C2(PEP) and of C3(PEP) to the re side of C1(A5P). Two stepwise mechanisms have been proposed for this reaction. One involves a transient carbanion intermediate, formed by attack of water or a hydroxide ion on C2(PEP). The other involves a transient oxocarbenium zwitterionic intermediate, formed by direct attack of C3(PEP) onto C1(A5P), followed by reaction of water at C2. In both cases, the transient intermediates are expected to converge to a more stable tetrahedral intermediate, which decays into KDO8P and inorganic phosphate. In this study we calculated the potential energy surfaces (PESs) associated with all possible reaction paths in the active site of KDO8PS: the path involving a syn addition of water to the si side of C2(PEP) and of C3(PEP) to the re side of C1(A5P), with the PEP phosphate group deprotonated, has the lowest energy barrier ( approximately 14 kcal/mol) and is strongly exoergonic (reaction energy of -38 kcal/mol). Consistent with the experimental observations, other potential reaction paths, like an anti addition of water to the re side of C2(PEP) or addition of C3(PEP) to the si side of C1(A5P), are associated with much higher barriers. An important new finding of this study is that the lowest energy reaction path does not correspond to either one of the pure stepwise mechanisms proposed formerly but can be described instead as a partially concerted reaction between PEP, A5P, and water. The success in using PESs to reproduce established features of the reaction and to discriminate between different mechanisms suggests that this approach may be of general utility in the study of other enzymatic reactions.