电静态对酮类甾体异构酶中非典型氨基酸催化作用的关键测试

振动斯塔克效应（VSE）已被用来测量酮类甾体异构酶（KSI）活性位点中的电场。这些测得的电场与一系列常规突变体的ΔG(⧧)相关，提供了电静态对催化作用贡献的估算（Fried等，Science 2014, 346, 1510-1513）。在这项工作中，我们用更加保守的变体测试了这一结果，其中活性位点的个别酪氨酸残基通过琥珀抑制被3-氯酪氨酸取代。在催化过程中，电荷位移所涉及的羰基键位置感知到的电场通过VSE进行表征，其中电场敏感性已通过振动斯塔克光谱、溶剂色谱和分子动力学模拟进行了标定。在电场与ΔG(⧧)之间观察到线性关系，该关系在野生型与更大幅度的常规突变之间进行插值，加固了对KSI中电静态对催化贡献的评估。制定了一个简化模型和计算，以估算伴随活性位点中扩展氢键网络变化而发生的电场变化。结果与一个模型一致，该模型表明关键活性位点酪氨酸的O-H基团通过在羰基键上施加静态电静态势能来发挥作用。该模型提示，活性位点的氢键对催化的贡献与蛋白质其余部分的远端相互作用具有相似的权重。还观察到KSI活性位点的质子亲和力与催化速率之间存在类似的线性相关，表明H键的强度与其施加的电场之间存在直接联系。