Metalloion−Ligand Binding Energies and Biological Function of Metalloenzymes Such as Carbonic Anhydrase. A Study Based on ab Initio Calculations and Experimental Ion−Ligand Equilibria in the Gas Phase
Notice bibliographique
Résumé
The known structure of carbonic anhydrase includes the structure of the active site, which consists of Zn 2+, coordinated to three histidine (His) residues and a water molecule. The ligand involved in the catalysis is the water molecule. Using imidazole (Im) to model histidine, it is found that histidine is the strongest bonding residue to Zn 2+ of all neutral amino acid residues. On the basis of high-level ab initio calculations, the sequential bond energies for one to three imidazoles attached to Zn 2+ were evaluated. The bond energy Zn(Im) 3 2+ −(H 2 O) was also determined by ab initio calculations and (gas phase) ion equilibria measurements. From a comparison of the free energy of stabilization of Zn 2+ in the enzyme and that in aqueous solution, we conclude that very strongly bonding residues such as histidine are essential to make the Zn 2+ ion in the enzyme stable, relative to the aqueous environment. The strongly bonding histidine also has another more important role. Due to the very large charge transfer and polarizability energy component with such a ligand and ligand−ligand repulsion, the bonding to the fourth, i.e., the H 2 O ligand, is very much weakened. It is shown that weakening of the Zn(L) 3 2+ −(H 2 O) bond energy is unfavorable, i.e., increases the energy required for the first step of the accepted mechanism, Zn(His) 3 OH 2 2+ → Zn(His) 3 OH + + H +, while the second step, Zn(His) 3 OH + + CO 2 Zn(His) 3 (H 2 O) 2+ + HCO 3 -, is favorably affected, i.e., requires less energy. The choice of the ligands L therefore must be such so as to lead to a compromise between the two opposing effects. By making a semiquantitative inclusion of the solvent effect of the protein and aqueous environment on the reaction free energies for the above two ionic reactions, it was possible to show that the “choice” of the three histidine ligands is “just right” to provide this compromise. These ligands lead to reaction free energies that are close to zero for both reactions.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,001 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,001 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».