丝氨酸蛋白酶催化三聚体类似物中质子转移的理论研究--低垒氢键在酶催化中存在的可能性及其意义

在密度泛函理论B3LYP/6-311++G**水平上,系统探讨了乙酸根-(5-甲基咪唑)-甲醇三聚体中低垒氢键的形成过程,以此来考察丝氨酸蛋白酶催化三聚体在催化进程中的质子转移行为.在模型体系中,随着质子转移的进行,各种类型的氢键包括从传统氢键到低垒氢键的演变都可以很好的得以体现.进一步地研究表明,溶剂效应在低垒氢键与传统氢键的相互转化方面起着重要的调控作用.由于质子可以在质子授-受体之间自由地移动,因此,由此而产生的额外稳定化能应当归因于体系在质子转移前后相互作用能的差异.并且,稳定化能的大小与具体的研究体系相关.在模型体系的基础上,进而利用ONIOM分层算法,通过考察接近于真实体系的复杂模型,进一步证实了在丝氨酸蛋白酶催化进程中催化三聚体之间的单质子转移机理,排除了低垒氢键存在的可能性.因此,丝氨酸蛋白酶催化肽键水解的高效性应当归因于其它因素,而不是低垒氢键的形成,这与有关的实验报道是一致的.