Why does the Y326I mutant of monoamine oxidase B decompose an endogenous amphetamine at a slower rate than the wild type enzyme? Reaction step elucidated by multiscale molecular simulations

文献情報

出版日 2018-01-23
DOI 10.1039/C7CP07069A
インパクトファクター 3.676
著者

Urška Jug, Janez Mavri, Jernej Stare


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要旨

This work investigates the Y326I point mutation effect on the kinetics of oxidative deamination of phenylethylamine (PEA) catalyzed by the monoamine oxidase B (MAO B) enzyme. PEA is a neuromodulator capable of affecting the plasticity of the brain and is responsible for the mood enhancing effect caused by physical exercise. Due to a similar functionality, PEA is often regarded as an endogenous amphetamine. The rate limiting step of the deamination was simulated at the multiscale level, employing the Empirical Valence Bond approach for the quantum treatment of the involved valence states, whereas the environment (solvated protein) was represented with a classical force field. A comparison of the reaction free energy profiles delivered by simulation of the reaction in the wild type MAO B and its Y326I mutant yields an increase in the barrier by 1.06 kcal mol−1 upon mutation, corresponding to a roughly 6-fold decrease in the reaction rate. This is in excellent agreement with the experimental kinetic studies. Inspection of simulation trajectories reveals possible sources of the point mutation effect, namely vanishing favorable electrostatic interactions between PEA and a Tyr326 side chain and an increased amount of water molecules at the active site due to the replacement of tyrosine by a less spacious isoleucine residue, thereby increasing the dielectric shielding of the catalytic environment provided by the enzyme.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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