Influence of Backbone Conformations of Human Carbonic Anhydrase II on Carbon Dioxide Hydration: Hydration Pathways and Binding of Bicarbonate

化学 碳酸氢盐 离解(化学) 碳酸酐酶 二氧化碳 氰酸盐 碳酸酐酶Ⅱ 分子 结合能 结晶学 无机化学 物理化学 有机化学 核物理学 物理
作者
Markus J. Loferer,Christofer S. Tautermann,Hannes H. Loeffler,Klaus R. Liedl
出处
期刊:Journal of the American Chemical Society [American Chemical Society]
卷期号:125 (29): 8921-8927 被引量:26
标识
DOI:10.1021/ja035072f
摘要

In this study, the hydration of carbon dioxide and the formation of bicarbonate in human carbonic anhydrase II have been examined. From semiempirical QM/MM molecular dynamics studies, dominant conformations of the protein backbone, possibly contributing to the catalytic activity, have been isolated and further examined by means of density functional QM/MM methods. In agreement with experimental observations, a binding site for cyanate, which acts as an inhibitor, has been located, whereas for carbon dioxide, depending on the conformation of the protein environment, either a different binding site or no binding site has been found. In the latter case, carbon dioxide diffuses barrierless to the zinc-bound oxygen, and then a weakly bound bicarbonate complex is formed. The formed complex is characterized by a long C-O bond to the zinc-bound hydroxide. The nature of the calculated stationary points was verified by determination of vibrational frequencies. Finally, the dissociation of the formed bicarbonate from zinc has been considered. Therefore, a water molecule was included in the QM zone of the QM/MM hybrid potential, and minimization yielded a pentacoordinated intermediate. From a potential energy scan, an activation energy of 6.2 kcal/mol for dissociation of bicarbonate from Zn has been found.
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