Challenging a paradigm: theoretical calculations of the protonation state of the Cys25-His159 catalytic diad in free papain.
Challenging a paradigm: theoretical calculations of the protonation state of the Cys25-His159 catalytic diad in free papain.
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挑战范式：自由木瓜中Cys25-HIS159催化性Diad的质子化状态的理论计算。
DOI：
10.1002/prot.22516
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发表时间：
2009-12
影响因子：
2.9
通讯作者：
Albeck, Amnon
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Shokhen, Michael;Khazanov, Netaly;Albeck, Amnon
关键词：
半胱氨酸蛋白酶的一个核心机制是His-Cys催化二聚体形成一个已经存在于催化活性游离酶中的离子对NH(+)/S(−)。大多数半胱氨酸蛋白酶的分子模拟研究都以这一范例为起点。然而，最近对病毒和细菌半胱氨酸蛋白酶的动力学和X射线结晶学研究偏离了离子对机制，提出了一般的碱基催化。我们对游离木瓜酶中离子对形成的假设提出了质疑。应用我们的QM/SCRF(VS)分子模拟方法，我们分析了自由木瓜蛋白酶及其SME衍生物中催化二聚体的所有质子化状态，并将预测的pKA数据与实验数据进行了比较。我们得出结论：游离木瓜酶中的His-Cys催化二聚体是完全质子化的，NH(+)/SH。由核磁共振控制滴定得到的His159咪唑在游离木瓜蛋白酶中的实验pKa=8.62，原来解释为NH(+)/S(−)⇌N/S(−))平衡，现在归属于NH(+)/SH⇌N/SH平衡。
A central mechanistic paradigm of cysteine proteases is that the His – Cys catalytic diad forms an ion-pair NH(+)/S(−) already in the catalytically active free enzyme. Most molecular modeling studies of cysteine proteases refer to this paradigm as their starting point. Nevertheless, several recent kinetics and X-ray crystallography studies of viral and bacterial cysteine proteases depart from the ion-pair mechanism, suggesting general base catalysis. We challenge the postulate of the ion-pair formation in free papain. Applying our QM/SCRF(VS) molecular modeling approach, we analyzed all protonation states of the catalytic diad in free papain and its SMe derivative, comparing the predicted and experimental pKa data. We conclude that the His – Cys catalytic diad in free papain is fully protonated, NH(+)/SH. The experimental pKa=8.62 of His159 imidazole in free papain, obtained by NMR controlled titratin and originally interpreated as the NH(+)/S(−) ⇌ N/S(−) equilibrium, is now assigned to the NH(+)/SH ⇌ N/SH equilibrium.
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