细胞色素P450蛋白酶催化下环己胺脱氨基反应机理的理论研究

在细胞色素P450蛋白酶催化的一系列二级胺和三级胺的脱烷基、脱氨基反应中,环己胺的脱氨基反应有着重要的生理意义,该反应中涉及Cα-H键氧化过程的机理细节在过去几十年中一直存在较大争议,且迄今尚未见相关理论计算报道.针对P450催化的环己胺脱氨基反应,一系列的密度泛函理论(DFT)计算结果及以相关计算数据为基础进行了动力学同位素效应计算结果显示:环己胺底物首先经过一个酶促的Cα-H键氧化反应生成一种甲醇胺,之后又通过一个水分子的辅助在非酶环境中进行了脱氨基反应,生成环己酮和氨气.其中第一步Cα-H键氧化反应涉及了氢原子传递(HAT)过程以及后续无垒的氧反弹过程,且四重态和二重态的能量十分接近,从而证明了Cα-H键氧化反应涉及了"双态反应"(TSR)机理,同时相关的动力学同位素效应计算结果也显示了较大的KIE(动力学同位素效应)值,符合HAT的机理特征.

细胞色素P450催化4-氯-N-环丙基-N-异丙基苯胺C_α–H羟基化反应机理的理论研究

采用密度泛函理论的B3LYP方法,研究了细胞色素P450催化4-氯-N-环丙基-N-异丙基苯胺Cα–H羟基化的反应机理.该反应包含环丙基的羟基化和异丙基的羟基化两个反应途径,且这两个反应路径都是包含氢原子传递的协同过程,二重态的能垒明显低于四重态,反应主要在二重态上进行.通过比较这两个反应路径中Cα–H羟基化反应的活化能,推算出4-氯-N-环丙基-N-异丙基苯胺中环丙基Cα–H羟基化与异丙基Cα–H羟基化的反应速率之比为1.8:1,进而推测出该底物在P450催化下脱环丙基和脱异丙基反应的分支比为64%:36%.这与实验结果一致.