Revisiting the catalytic mechanism of Mo–Cu carbon monoxide dehydrogenase using QM/MM and DFT calculations

文献情報

出版日 2018-05-10
DOI 10.1039/C8CP00858B
インパクトファクター 3.676
著者

Kai Xu, Hajime Hirao


原文を見る

要旨

Previous density functional theory (DFT) studies have shown that the release of the produced carbon dioxide (CO2) from an active-site cluster is a thermodynamically or kinetically difficult step in the enzymatic carbon monoxide (CO) oxidation catalyzed by Mo–Cu carbon monoxide dehydrogenase (Mo–Cu CODH). To better understand the effect of the protein environment on this difficult CO2 release step as well as other reaction steps, we applied hybrid quantum mechanics and molecular mechanics (QM/MM) calculations to the Mo–Cu CODH enzyme. The results show that in the first step, the equatorial MoO group in the active-site cluster attacks the nearby CO molecule bound to the Cu site. Afterward, a stable thiocarbonate intermediate is formed in which the CO2 molecule is embedded and the copper–S(μ-sulfido) bond is broken. A free CO2 molecule, i.e., the final product, is then released from the active-site cluster, not directly from the thiocarbonate intermediate but via a previously formed intermediate that also contains CO2 but retains the Cu–S(μ-sulfido) bond. In contrast to the previous DFT results, the calculated barrier for this process was low in our QM/MM calculations. An additional QM/MM analysis of the barrier height showed that the effect of the protein environment on this barrier lowering is not very large. We found that the reason for the low barrier obtained by QM/MM is that the barrier for CO2 release is already not high at the DFT level. These results allow us to conclude that the CO oxidation reaction passes through the formation of a thiocarbonate intermediate, and that the subsequent CO2 release is kinetically not difficult. Nevertheless, the protein environment has an important role to play in making the latter process thermodynamically favored. No low-barrier pathway for the product release could be obtained for the reaction of n-butylisocyanide, which is consistent with the experimental fact that n-butylisocyanide inhibits Mo–Cu CODH.

関連文献

Retracted Article: Measuring Si–C60 chemical forces via single molecule spectroscopy‡

Cristina Chiutu, Andrew Stannard, Adam M. Sweetman, Philip Moriarty

2011-08-24 Communication

DOI: 10.1039/C1CC14147C

An organogel formed from a cyclic β-aminoalcohol

Chuanqing Kang, Zheng Bian, Yabing He, Fushe Han, Xuepeng Qiu, Lianxun Gao

2011-08-24 Communication

DOI: 10.1039/C1CC13179F

Reduction of organic azides to amines using reusable Fe3O4nanoparticles in aqueous medium

Subham Surana, Ajay Chauhan, Bibudha Parasar

2012-12-19 Communication

DOI: 10.1039/C2CY20776A

Front cover

Cover

DOI: 10.1039/C1CC90138A

Yeast cell wall particles: a promising class of nature-inspired microcarriers for multimodal imaging

João Nuno Moreira, Carlos F. G. C. Geraldes, Silvia Rizzitelli, Silvio Aime, Enzo Terreno

2011-09-01 Communication

DOI: 10.1039/C1CC14019A

A highly efficient silver niobium alumina catalyst for the selective catalytic reduction of NO by n-decane

Hubert P. Mutin, Gérard Delahay

2011-08-24 Communication

DOI: 10.1039/C1CC12792F

One-pot synthesis of luminol functionalized silver nanoparticles with chemiluminescence activity for ultrasensitive DNA sensing

Yi He, Danqing Liu, Xinyuan He, Hua Cui

2011-09-05 Communication

DOI: 10.1039/C1CC14389A

Inside front cover

Cover

DOI: 10.1039/C3CY90002A

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

環戊烷-1,3-二甲酸甲酯はどのように合成されますか?

環戊烷-1,3-二甲酸甲酯は、環戊烷と塩酸によるヒンデンブルク反応を経由して合成されます。この反応では、環戊烷が塩酸と作用し、1,3-ジカルボキシ基が導入されま...

2435-36-1Dimethyl 1,3-cyclope...
化合物よくある質問

4-メトキシ-1,2,3-スチアゼ-3,5-ジオンとは何ですか?

4-メトキシ-1,2,3-スチアゼ-3,5-ジオンは、CAS番号107843-77-6の化合物で、(E)-ベンジル3-(3,4-ジヒドロキシフェニル) acry...

107843-77-6(E)-Benzyl 3-(3,4-di...
化合物よくある質問

プロスタグランジンA2について「に適用される法規ガイドラインは何ですか?'

プロスタグランジンA2 (CAS番号: 41691-92-3) は、化学物質の安全管理に関する規制として、GHS (危険物質の国際的ハザード分類・ラベル付けシス...

41691-92-316,16-DIMETHYL PROST...
化合物よくある質問

4-アミノ-1-ナフタレン sulfonic 酸についての物理化学的性質は何ですか?

4-アミノ-1-ナフタレン sulfonic 酸のCAS番号は84-86-6です。この化合物は結晶性で、分子量は212.15 g/molです。アルコールや水など...

84-86-64-Amino-1-naphthalen...
化合物よくある質問

N-GlcNAc-生物素を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

N-GlcNAc-生物素は吸収性があり、皮膚や目への接触を避けることが重要です。PPE(個体保護具)は使用し、ドラフトチャンバーは必要に応じて使用します。漏洩時...

1272755-69-72-Acetamido-2-deoxy-...
化合物よくある質問

3-アミノメチルフローラノピペリジン-1-カルボニル酸テルブチルエステルとは何ですか?

CAS番号1209781-11-2の3-アミノメチルフローラノピペリジン-1-カルボニル酸テルブチルエステルは、有機化合物の一種で、化学式はC10H17FNO3...

1209781-11-22-Methyl-2-propanyl ...
化合物よくある質問

6-溴-1-甲基-1H-ベンゾ[d][1,2,3]三氮唑はどのように合成されますか?

6- bromo-1-methyl-1H-benzotriazoleは、ブロモフリオリンと1-メチル-1H-ベンゾ[d][1,2,3]三氮唑の反応により合成され...

944718-32-56-Bromo-1-methyl-1H-...
化合物よくある質問

4-硫代尿苷はどのように合成されますか?

4-硫代尿苷は、尿素とD-リボシルヒドロキシアルデヒドを用いてスルホン化反応を経て合成されます。通常は塩酸ヒドロキシチオニルスルホン酸などの触媒を使用し、選択性...

6741-73-71-(4-thio-beta-D-rib...
化合物よくある質問

ブレインナトリユリックペプチド32ラットとは何ですか?

ブレインナトリユリックペプチド32ラット(CAS番号: 133448-20-1)は、心臓で作られるホルモンの一つで、心不全の診断や予後評価に使用されます。

133448-20-1Brain Natriuretic Pe...
化合物よくある質問

1-(3-氮杂啶)-4-羟基哌啶双盐酸盐の物理化学的性質は何ですか?

CAS番号810680-60-5の1-(3-氮杂啶)-4-羟基哌啶双盐酸盐は、白色の結晶性粉末である。分子量は360.84 g/molで、水に溶けやすい。反応活...

810680-60-51-(3-Azetidinyl)-4-p...

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。