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  Dynamic Protonation States Underlie Carbene Formation in ThDP-Dependent Enzymes: A Theoretical Study

Uranga, J., Rabe von Pappenheim, F., Tittmann, K., & Mata, R. A. (2023). Dynamic Protonation States Underlie Carbene Formation in ThDP-Dependent Enzymes: A Theoretical Study. The Journal of Physical Chemistry B, 127, 9423-9432. doi:10.1021/acs.jpcb.3c03137.

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Basisdaten

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Genre: Zeitschriftenartikel

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:
uranga-et-al-2023-dynamic-protonation-states-underlie-carbene-formation-in-thdp-dependent-enzymes-a-theoretical-study.pdf (Verlagsversion), 5MB
Name:
uranga-et-al-2023
Beschreibung:
-
OA-Status:
Hybrid
Sichtbarkeit:
Öffentlich
MIME-Typ / Prüfsumme:
application/pdf / [MD5]
Technische Metadaten:
Copyright Datum:
-
Copyright Info:
-

Externe Referenzen

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Urheber

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 Urheber:
Uranga, Jon, Autor
Rabe von Pappenheim, Fabian, Autor
Tittmann, Kai1, Autor           
Mata, Ricardo A., Autor
Affiliations:
1Department of Physical Biochemistry, Max Planck Institute for Multidisciplinary Sciences, Max Planck Society, Göttingen, DE, ou_3350156              

Inhalt

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Schlagwörter: -
 Zusammenfassung: The activation mechanism of thiamine diphosphate (ThDP) in enzymes has long been the subject of intense research and controversial discussion. Particularly contentious is the formation of a carbene intermediate, the first one observed in an enzyme. For the formation of the carbene to take place, both intramolecular and intermolecular proton transfer pathways have been proposed. However, the physiologically relevant pH of ThDP-dependent enzymes around neutrality does not seem to be suitable for the formation of such reactive chemical species. Herein, we investigate the general mechanism of activation of the ThDP cofactor in human transketolase (TKT), by means of electronic structure methods. We show that in the case of the human TKT, the carbene species is accessible through a pKa shift induced by the electrostatics of a neighboring histidine residue (H110), whose protonation state change modulates the pKa of ThDP and suppresses the latter by more than 6 pH units. Our findings highlight that ThDP enzymes activate the cofactor beyond simple geometric constraints and the canonical glutamate. Such observations in nature can pave the way for the design of biomimetic carbene catalysts and the engineering of tailored enzymatic carbenes.

Details

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Sprache(n): eng - English
 Datum: 2023-09-252023-11-09
 Publikationsstatus: Erschienen
 Seiten: -
 Ort, Verlag, Ausgabe: -
 Inhaltsverzeichnis: -
 Art der Begutachtung: Expertenbegutachtung
 Identifikatoren: DOI: 10.1021/acs.jpcb.3c03137
 Art des Abschluß: -

Veranstaltung

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Entscheidung

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Projektinformation

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Projektname : Deutsche Forschungsgemeinschaft (reference MA5063/4-1)
Grant ID : -
Förderprogramm : -
Förderorganisation : -

Quelle 1

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Titel: The Journal of Physical Chemistry B
  Kurztitel : J. Phys. Chem. B
Genre der Quelle: Zeitschrift
 Urheber:
Affiliations:
Ort, Verlag, Ausgabe: Washington, D.C. : American Chemical Society
Seiten: - Band / Heft: 127 Artikelnummer: - Start- / Endseite: 9423 - 9432 Identifikator: ISSN: 1520-6106
CoNE: https://pure.mpg.de/cone/journals/resource/1000000000293370_1