Convergence of Theory and Experiment on the Role of Preorganization, Quantum Tunneling, and Enzyme Motions into Flavoenzyme-Catalyzed Hydride Transfer

化学 氢化物 反应速率常数 反作用坐标 催化作用 量子隧道 过渡态理论 动力学同位素效应 量子 同位素 计算化学 热力学 物理化学 反应速率 动能 化学物理 原子物理学 分子 量子力学 动力学 物理 有机化学
作者
Manuel Lorenzo Delgado,Stefan Görlich,James E. Longbotham,Nigel S. Scrutton,Sam Hay,Vicent Moliner,Iñaki Tuñón
出处
期刊:ACS Catalysis [American Chemical Society]
卷期号:7 (5): 3190-3198 被引量:36
标识
DOI:10.1021/acscatal.7b00201
摘要

Hydride transfer is one of the most common reactions catalyzed by enzymatic systems and it has become an object of study due to possible significant quantum tunneling effects. In the present work, we provide a combination of theoretical QM/MM simulations and experimental measurements of the rate constants and kinetic isotopic effects (KIEs) for the hydride transfer reaction catalyzed by morphinone reductase, MR. Quantum mechanical tunneling coefficients, computed in the framework of variational transition-state theory, play a significant role in this reaction, reaching values of 23.8 ± 5.5 for the lightest isotopologue; one of the largest values reported for enzymatic systems. This prediction is supported by the agreement between the theoretically predicted rate constants and the corresponding experimental values. Simulations indicate that the role of protein motions can be satisfactorily described as equilibrium fluctuations along the reaction coordinate, in line with a high degree of preorganization displayed by this enzyme.
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