1 / 30

Enzyme Reactions: Calculating Activation Energy and Transition State Theory

This document provides an in-depth analysis of enzyme reactions, focusing on the calculation of activation energy and the principles of Transition State Theory (TST). It delves into the factors affecting the rate constants (k(T)), including the concentrations of reactants A and B, and their influence on reaction speed. The text explores the equilibrium constants, free energy changes, and multi-dimensional systems relevant to enzymatic pathways. Additionally, it discusses reaction simulations and empirical methods used to understand the intricate dynamics of enzymatic reactions.

zanthe
Télécharger la présentation

Enzyme Reactions: Calculating Activation Energy and Transition State Theory

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Bevezetés a kinetikába k(T) A + B C + D k(T) hőmérséklettől függő sebességi állandó [A], [B] A és B koncentrációja

  2. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Bevezetés a kinetikába kij,lm i,j,l,m kvantumállapotok Ai + Bj Cl + Dm f Ai eloszlásfüggvény

  3. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Átmeneti állapot elmélet (TST:Transition state theory) k(T) A + B AB‡ C + D AB‡: átmeneti állapot (TS) egyensúlyban van a kiindulási anyagokkal meghatározza a reakció sebességét

  4. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Átmeneti állapot d- d+ d- OH- + CH3Cl HO ....CH3 ....Cl HOCH3 + Cl- nyeregpont (reakciókoordináta választása) E E X X d(C,O) d(Cl,C) 1.7 2.5 5.0 1.4 2.5 5.0

  5. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Átmeneti állapot elmélet (TST) k(T) A + B AB‡ C + D Egyensúlyi állandó számítása DE0 : reaktánsok és termékek zéruspont energiája közötti különbség g: degeneráció mértéke molekuláris partíciós fv. egységnyi térfogatra kiszámíthatók

  6. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Átmeneti állapot elmélet (TST) k(T) A + B AB‡ C + D Egyensúlyi állandó számítása qtr transzlációs mozgás állapotösszege, amelyik a TS-en visz át q‡ többi szabadsági fokra vonatkozó állapotösszeg d : átmeneti állapot kiterjedését jellemzi

  7. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Átmeneti állapot elmélet (TST) qA,qB spektroszkópiából, qAB‡ számított PES alapján

  8. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Reakciók modellezése: • Modell • számítása • k számítása (TST) • k összehasonlítása a kísérletileg mért értékkel • (modell validálása)

  9. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Sokdimenziós rendszernél: P(X) valószínűség-eloszlás X reakciókoordináta, X‡ TS, átlagos idő, amit a trajektória a TS régióban (X‡ +DX‡) tölt s a többi koordináta

  10. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Sokdimenziós rendszernél: Dg (X): a rendszer szabadenergia függvénye crossing time ~10-13 s

  11. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Sokdimenziós rendszernél: transzmissziós koefficiens: nem egyensúly eff. dynamical recrossing quantum tunneling

  12. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Sokdimenziós rendszernél: crossing time ~10-13 s • Potenciális energiafelszín számítása • Szimuláció (QM/MM) • Dg‡ számítása • 4. kcalc kexp

  13. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Enzimben: ES‡ kcat KM E+S EP ES X

  14. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Reakció szimulációja: szabadenergia-perturbációval (FEP) alapállapot potenciálfelszíne ismert „mapping potential” mesterséges potenciál, amely 1 -> 2 átalakulást végzi

  15. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Empirikus vegyértékkötés módszer (EVB)

  16. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Reakció szimulációja: szabadenergia-perturbációval (FEP) Átmeneti állapotig: szabadenergia változás em trajektórián (kényszerfelszín)

  17. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Egem valószínűsége umbrella sampling formula: más alakban:

  18. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Acetilkolin-észteráz kcat [s-1] 2x104 enzim víz 8x10-10 kcat/KM 2x108 M-1 majdnem diffúzió kontrollált reakció

  19. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Acetilkolin-észteráz rezonancia szerkezetek Fuxreiter és Warshel (1998) J. Am. Chem. Soc., 120, pp. 183-194.

  20. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások

  21. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Reakció energetikája vízben feltételezzük, hogy ugyanaz a mechanizmus proton transzfer lépés (III)

  22. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Reakció energetikája vízben nukleofil támadás (IIIII) QM/LD számítás

  23. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Reakció energetikája vízben

  24. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Szimuláció vízben 1=Im HO-Ser 2=Im –H+-O-Ser 3=Im- H+-O-Ser lineáris kombinációval figyelembe véve potenciál gázfázisban DM(b): Morse pot. Unb: vdW UQQ: elektr. kh. Ustrain: erőtér inaktív részre a: egyes rezonancia szerkezetek energiakülönbsége, mikor a részek egymástól végtelen távol vannak

  25. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Szimuláció vízben a igazítása DGPT=DG(e1e2)

  26. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Szimuláció vízben a igazítása QM/LD DGnucl=DG(e2e3) H23 igazítása Dg(X‡) =

  27. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Szimuláció enzimben paraméterek (a,Hij) vízből az enzimbe átvihetők! permanens fehérje dipól indukált fehérje dipól víz polarizáció

  28. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások Szimuláció enzimben TS: D(e1-e2)=0

  29. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások

  30. Enzimreakciók Aktiválási energia számítások

More Related