Uniform Free-Energy Profiles of the P-O Bond Formation and Cleavage Reactions Catalyzed by DNA Polymerases β and λ.
Uniform Free-Energy Profiles of the P-O Bond Formation and Cleavage Reactions Catalyzed by DNA Polymerases β and λ.
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DOI：
10.1021/acs.jpcb.6b08581
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发表时间：
2016-12-29
影响因子：
3.3
通讯作者：
Florian, Jan
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Klvana, Martin;Bren, Urban;Florian, Jan
人类 X 家族 DNA 聚合酶 β (Polβ) 和 λ (Polλ) 催化细胞 DNA 损伤反应的碱基切除修复途径中的核苷酸转移反应。利用经验价键和自由能微扰模拟，我们探索了引物 DNA 链 3′-OH 基团去质子化的各种机制的可行性，以及随后在四个 Polβ、两个截短的 Polλ (tPolλ) 和两个 tPolλ Loop1 突变体 (tPolλΔL1) 系统中形成和裂解 P-O 键的可行性，这些系统的初始 X 射线晶体结构和新生碱基对不同。 Polβ、tPolλ 和 tPolλΔL1 的平均计算活化自由能分别为 14、18 和 22 kcal mol-1，再现了观察到的催化速率常数的趋势。最可行的反应途径由两个连续步骤组成：特定碱基（SB）质子转移，然后是限速协同形成和 P-O 键裂解。我们确定了线性自由能关系（LFER），该关系表明八个研究系统之间总体活化和反应自由能的差异是由 SB 质子转移的反应自由能决定的。我们讨论了 LFER 的含义，并建议将 3'-OH 基团的 pKa 作为 X 家族 DNA 聚合酶催化速率的预测因子。
Human X-family DNA polymerases β (Polβ) and λ (Polλ) catalyze the nucleotidyl-transfer reaction in the base excision repair pathway of the cellular DNA damage response. Using empirical valence bond and free-energy perturbation simulations, we explore the feasibility of various mechanisms for the deprotonation of the 3′-OH group of the primer DNA strand, and the subsequent formation and cleavage of P–O bonds in four Polβ, two truncated Polλ (tPolλ), and two tPolλ Loop1 mutant (tPolλΔL1) systems differing in the initial X-ray crystal structure and nascent base pair. The average calculated activation free energies of 14, 18, and 22 kcal mol–1 for Polβ, tPolλ, and tPolλΔL1, respectively, reproduce the trend in the observed catalytic rate constants. The most feasible reaction pathway consists of two successive steps: specific base (SB) proton transfer followed by rate-limiting concerted formation and cleavage of the P–O bonds. We identify linear free-energy relationships (LFERs) which show that the differences in the overall activation and reaction free energies among the eight studied systems are determined by the reaction free energy of the SB proton transfer. We discuss the implications of the LFERs and suggest pKa of the 3′-OH group as a predictor of the catalytic rate of X-family DNA polymerases.
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影响因子：
5.7
作者：
Batra, Vinod K.;Beard, William A.;Pedersen, Lars C.;Wilson, Samuel H.
通讯作者：
Wilson, Samuel H.
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3.7
作者：
Braithwaite EK;Kedar PS;Stumpo DJ;Bertocci B;Freedman JH;Samson LD;Wilson SH
通讯作者：
Wilson SH
影响因子：
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作者：
Alberts, Ian L.;Wang, Yanli;Schlick, Tamar
通讯作者：
Schlick, Tamar
影响因子：
5.7
作者：
Batra, VK;Beard, WA;Wilson, SH
通讯作者：
Wilson, SH
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4.1
作者：
Ahn, JW;Kraynov, VS;Tsai, MD
通讯作者：
Tsai, MD