Understanding the hydrogen transfer mechanism for the biodegradation of 2,4,6-trinitrotoluene catalyzed by pentaerythritol tetranitrate reductase: molecular dynamics simulations

文献情報

出版日 2018-04-06
DOI 10.1039/C8CP00345A
インパクトファクター 3.676
著者

Zhilin Yang, Yang Zhou, Hui Huang, Dingguo Xu, Chaoyang Zhang


原文を見る

要旨

The explosive 2,4,6-trinitrotoluene (TNT) is a highly toxic pollutant. Biodegradation is inevitably one of the most cost-effective and enviromentally friendly means of removing TNT pollution. However, the aromatic derivatives from the reduction of nitro groups by several classic enzymes are still toxic. Besides the reduction of nitro groups, pentaerythritol tetranitrate reductase (PETNR) offers a potential route to ring fission and complete degradation of TNT through the pathway of the Meisenheimer complex. This work is devoted to deeply understand the essence of the Meisenheimer pathway and mainly focus on the crucial hydrogen-transfer reaction by means of molecular dynamics (MD) simulations. We obtain three valuable findings. Firstly, the parallel π–π stacking between TNT and the flavin mononucleotide (FMN) cofactor is a precondition. The key residue controlling this conformation is His181. Although His184 does not interact with TNT, the mutation from His184 to Asn184 would abolish the π–π structure. Secondly, the data of the empirical valence bond (EVB) show that the Meisenheimer pathway is predominant because its activation barrier is 6.7 kcal mol−1 far less than that of nitro reduction (26.6 kcal mol−1). Finally, based on the results of thermodynamic integration (TI), the type of transferred hydrogen is also ensured, that is, the H anion (H−) for the Meisenheimer complex and the H radical (H˙) for nitro reduction. Our findings provide an exhaustive understanding for the first hydrogen transfer reaction that has a decisive effect on two competing pathways, and help in searching for and designing new enzymes that can effectively degrade TNT.

関連文献

Full dimensional potential energy surface and low temperature dynamics of the H2CO + OH → HCO + H2O reaction

Alexandre Zanchet, Pablo del Mazo, Alfredo Aguado, Octavio Roncero, André Canosa, Marcelino Agúndez, José Cernicharo

2017-09-08 Paper

DOI: 10.1039/C7CP05307J

Inside back cover

Cover

DOI: 10.1039/C8CP91759K

Front cover

Cover

DOI: 10.1039/C8CP90038H

An organoferroelasticity driven by molecular conformational change

Sajjad Husain Mir, Satoshi Takamizawa

2017-12-04 Communication

DOI: 10.1039/C7CP07206F

Aerogen bonds formed between AeOF2 (Ae = Kr, Xe) and diazines: comparisons between σ-hole and π-hole complexes

Wiktor Zierkiewicz, Mariusz Michalczyk, Steve Scheiner

2018-01-10 Paper

DOI: 10.1039/C7CP08048D

Inside front cover

Cover

DOI: 10.1039/C8CP91751E

Correction: New carbon allotropes in sp + sp3 bonding networks consisting of C8 cubes

Changfeng Chen, Hiroshi Mizuseki

2018-04-27 Correction

DOI: 10.1039/C8CP91749C

The effect of copper on the redox behaviour of iron oxide for chemical-looping hydrogen production probed by in situ X-ray absorption spectroscopy

Nur Sena Yüzbasi, Paula M. Abdala, Qasim Imtiaz, Sung Min Kim, Agnieszka M. Kierzkowska, Andac Armutlulu, Wouter van Beek, Christoph R. Müller

2018-04-17 Paper

DOI: 10.1039/C8CP01309H

Multi-color electrochromism containing green color based on electrochemically polymerized star-shaped phenyl bithiophene

Yujie Dong, Feifei Luo, Lan Chen, Feiya Yuan, Yuejiao Hou, Weijun Li, Shuanma Yan, Yuyu Dai, Mi Ouyang, Cheng Zhang

2018-04-10 Paper

DOI: 10.1039/C8CP00338F

Optical absorption and photoconductivity in iodine-excess ionic liquids: the case of 1-alkyl-3-methyl imidazolium iodides

Masami Aono, Hisashi Miyazaki, Takahiro Takekiyo, Seiji Tsuzuki, Hiroshi Abe

2018-01-25 Paper

DOI: 10.1039/C7CP07387A

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

2-ヒドロキシ-5-ニトロベンジンブロモイドの代替品はありますか?

2-ヒドロキシ-5-ニトロベンジンブロモイドは特定の化学反応に適しているため、代替品は限られています。しかし、同様の構造を持つ2-ヒドロキシ-4-ニトロベンジン...

772-33-82-(Bromomethyl)-4-ni...
化合物よくある質問

N-(2-ブロモフェニル)-1-チロール-3-オキソ-3-(ピペリジニル)プロペン-2-イル)ベンゼンアミドを取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

N-(2-ブロモフェニル)-1-チロール-3-オキソ-3-(ピペリジニル)プロペン-2-イル)ベンゼンアミドは有毒で、皮膚や粘膜に刺激を与える可能性があります。...

1800044-77-2N-[(1Z)-1-(2-Bromoph...
化合物よくある質問

1,3プロパンジオール,2-[2-(2アミノ-6クロロ-9Hピリミジン-9-イル)エチル-1,1,2,2-D4]-2,3-ジアセタートの市場動向や研究トレンドはどうですか?

この化合物は、新規治療薬の開発に注目されています。市場では、その有効性と安全性が評価され、研究分野では、分子生物学と医薬化学の新たな発見が期待されています。

1020718-81-31,3-Propanediol, 2-[...
化合物よくある質問

安息香の代替品はありますか?

安息香の代替品としては、フェノール、アロマターゼ阻害剤などが考えられます。しかし、使用目的により適切な代替品は異なります。

579-44-2Ethanone, 2-hydroxy-...
化合物よくある質問

Succinimidyl-alanyl-phenylalanyl-prolyl-phenylalanine 4-nitroanilide はどの業界で使用されていますか?

Succinimidyl-alanyl-phenylalanyl-prolyl-phenylalanine 4-nitroanilide は主に医薬品開発やポ...

128802-73-3succinimidyl-alanyl-...
化合物よくある質問

メチル6-アミノ-5-クロロピリジン-2-カーボイル酸について、適用される法規ガイドラインは何ですか?

メチル6-アミノ-5-クロロピリジン-2-カーボイル酸(CAS番号: 1256794-05-4)の使用には、GHS( Globally Harmonized S...

1256794-05-4Methyl 6-amino-5-chl...
化合物よくある質問

エチル4-(シクロ Pentagonyl)アミノ-2-メチル硫化基ピリミジン-5-カルボキシレートを取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

取り扱いには、耐薬品性の容器を使用し、通気性の良い場所で操作することを推奨します。漏れ時は、SDS(安全データシート)を参照して適切な措置を取ること。手洗いと洗...

211245-62-4ethyl 4-(cyclopentyl...
化合物よくある質問

(S)-3-ベンZYルピペリジン塩酸塩とは何ですか?

(S)-3-ベンZYルピペリジン塩酸塩は、CAS番号1258940-00-9で表される化合物です。これは、(S)-3-苯基哌啶的盐酸盐であり、主に医薬品の原料と...

1258940-00-9(S)-3-Phenylpiperidi...
化合物よくある質問

3,5-二甲基金剛胺の主な用途は何ですか?

3,5-二甲基金剛胺は、主に医薬品の原料として使用され、また抗うつ薬や抗アルツハイマー薬の開発に利用されます。さらに、化粧品や食品添加物の製造でも重要な役割を果...

19988-45-52-(2,3-Dihydroxyphen...
化合物よくある質問

ビス(4-メチル-2-ペンチル)フェニルカルボン酸エステルの代替品はありますか?

ビス(4-メチル-2-ペンチル)フェニルカルボン酸エステル (CAS番号: 1398066-13-1) の代替品には、ビス(2-エチルヘキシル)フェノールカルボ...

1398066-13-1Bis(4-methyl-2-penty...

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.

おすすめ化合物

おすすめサプライヤー

免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。