Mechanism of the Tyrosine Ammonia Lyase Reaction—Tandem Nucleophilic and Electrophilic Enhancement by a Proton Transfer

脱质子化 化学 亲核细胞 电泳剂 立体化学 过渡状态 基质(水族馆) 共价键 反应机理 酪氨酸 质子化 药物化学 催化作用 有机化学 海洋学 离子 地质学 生物化学
作者
Sarolta Pilbák,Ödön Farkas,László Poppe
出处
期刊:Chemistry: A European Journal [Wiley]
卷期号:18 (25): 7793-7802 被引量:40
标识
DOI:10.1002/chem.201103662
摘要

Abstract Quantum mechanics/molecular mechanics calculations in tyrosine ammonia lyase (TAL) ruled out the hypothetical Friedel–Crafts (FC) route for ammonia elimination from L ‐tyrosine due to the high energy of FC intermediates. The calculated pathway from the zwitterionic L ‐tyrosine‐binding state (0.0 kcal mol −1 ) to the product‐binding state (( E )‐coumarate+H 2 NMIO; −24.0 kcal mol −1 ; MIO=3,5‐dihydro‐5‐methylidene‐4 H ‐imidazol‐4‐one) involves an intermediate (IS, −19.9 kcal mol −1 ), which has a covalent bond between the N atom of the substrate and MIO, as well as two transition states (TS1 and TS2). TS1 (14.4 kcal mol −1 ) corresponds to a proton transfer from the substrate to the N1 atom of MIO by Tyr300OH. Thus, a tandem nucleophilic activation of the substrate and electrophilic activation of MIO happens. TS2 (5.2 kcal mol −1 ) indicates a concerted CN bond breaking of the N ‐MIO intermediate and deprotonation of the pro‐S β position by Tyr60. Calculations elucidate the role of enzymic bases (Tyr60 and Tyr300) and other catalytically relevant residues (Asn203, Arg303, and Asn333, Asn435), which are fully conserved in the amino acid sequences and in 3D structures of all known MIO‐containing ammonia lyases and 2,3‐aminomutases.

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