Reaction Pathway and Free Energy Profile for Butyrylcholinesterase-Catalyzed Hydrolysis of Acetylcholine

化学 亲核细胞 酰化 丁酰胆碱酯酶 水解 乙酰胆碱酯酶 催化作用 乙酰胆碱 离解(化学) 有机化学 阿切 医学 内分泌学
作者
Chen Xi,Lei Fang,Junjun Liu,Chang‐Guo Zhan
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:115 (5): 1315-1322 被引量:41
标识
DOI:10.1021/jp110709a
摘要

A catalytic mechanism for the butyrylcholinesterase (BChE)-catalyzed hydrolysis of acetylcholine (ACh) has been studied by performing pseudobond first-principles quantum mechanical/molecular mechanical-free energy calculations on both acylation and deacylation of BChE. It has been shown that the acylation with ACh includes two reaction steps, including nucleophilic attack on the carbonyl carbon of ACh and dissociation of choline ester. The deacylation stage includes nucleophilic attack of a water molecule on the carboxyl carbon of the substrate and dissociation between the carboxyl carbon of the substrate and the hydroxyl oxygen of the Ser198 side chain. Notably, despite the fact that acetylcholinesterase (AChE) and BChE are very similar enzymes, the acylation of BChE with ACh is rate-determining, which is remarkably different from the AChE-catalyzed hydrolysis of ACh, in which the deacylation is rate-determining. The computational prediction is consistent with available experimental kinetic data. The overall free energy barrier calculated for BChE-catalyzed hydrolysis of ACh is 13.8 kcal/mol, which is in good agreement with the experimentally derived activation free energy of 13.3 kcal/mol.

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