Uitgeschreven mechanismen
Synthese van purine/pyrimidinenucelotiden
(1) Bij binding van het substraat voor de actieve plaats van het enzym zal het
ongepaarde elektron van het tyrosylradicaal in R2 getransfereerd worden via H-
bruggen tot 1 van de cysteïnes in de AP. Het gevormde cysteïneradicaal zal de reactie
aangaan met de ribosering in het substraat in de actieve plaats. Het neemt H-radicaal
af van de 3’ribose C in het substraat. 3’C blijft achter met een ongepaard elektron.
(2) Het is een weinig stabiel intermediair dat snel een H+ zal afgeven aan een base die in
de actieve plaats zit. Het vrije elektronenpaar dat oorspronkelijk gebruikt werd om
het H+ te binden zal een dubbele binding vormen tussen O en C. C heeft maar 4
bindingorbitalen: om dubbele binding te kunnen vormen moet het een orbitaal
vrijmaken: hiervoor schuift het ongepaarde elektronen door naar 2’C, maar ook deze
heeft maar 4 orbitalen dus om het ongepaarde elektron op te nemen zal het de beste
leaving groep moeten laten gaan: blauwe OH met het elektronenpaar dat
oorspronkelijk de verbinding vormde met 2’C. De OH groep zal dat vrije
elektronenpaar gebruiken om een H+ op te nemen dat geleverd werd door een 2e
cysteïne in de actieve plaats om een H2O molecule te vormen dat de reactieplaats
kan verlaten. (2a) Dit 2e cysteïne zal zijn te kat aanvullen door een H- af te nemen van
een 3e cysteïne dat zich vlakbij bevindt en uiteindelijk de negatieve lading draagt.
(3) Transfer van een H-radicaal: geleverd door de 2e cysteïne in de actieve plaats dat een
waterstofkern samen met een ongepaard elektron zal overdragen naar het substraat.
Het ongepaarde elektron van het waterstofradicaal zal samen met het ongepaarde
elektron op de 2’C een covalente binding vormen zodanig dat de OH op 2’C is
verwijderd is. (3a) ongepaard elektron dat over is op het cysteïne wordt gebruikt om
covalente binding te vormen met 3e cysteïne die vlakbij zit in de actieve plaats. Het
gebruikt hiervoor 1 van de 2 elektronen in het vrij elektronenpaar van de 3e cysteïne
blijft achter met ongepaarde elektronen en negatieve lading: weinig stabiele situatie
(4) Ongepaarde elektron zal overgaan naar de partieel positieve C in het substraat die
dubbel gebonden is aan O: om het ongebonden elektron te kunnen opnemen moet C
1
, een orbitaal vrijmaken door een elektronenpaar uit de dubbele binding met O door
te schuiven en O gebruikt dit elektonenpaar om het H+ terug te binden dat tijdelijk
overgenomen was door de base in de actieve plaats.
(5) Vervolgens zal H-radicaal dat tijdelijk gebonden was door cysteïne in de actieve
plaats van het enzym terug worden overgebracht naar het substraat: het ongepaarde
elektron op 3’C zal samen met het rode ongepaarde elektorn van het
waterstofradicaal een covalente binding vormen.
Thymidylaat synthase
(1) De reactie komt op gang door een nucleofielen aanval van een gedeprotoneerd
cysteïne die in de actieve plaats zit op koolstof 6 in de uracilring die partieel positief
geladen is omdat deze gebonden is aan stikstof met een grote elektronegativiteit.
Om de covalente binding te kunnen vormen met cysteïne zal deze koolstof een
elektronenpaar moeten doorschuiven want deze kan maar vier bindingen aangaan.
In dit geval zal de koolstof het vrije elektronenpaar verschuiven naar de zuurstof toe
door resonantie.
(2) De negatieve lading van het extra elektronenpaar zal zich verdelen tussen koolstof 5
en zuurstof. Door de resonantie die in de nucleobasen bestaat.
(3) Als het elektronenpaar op koolstof 5 zit zal deze een nucleofielen aanval kunnen
doen met het vrije elektronenpaar op de partieel positief geladen methyleengroep in
de cofactor. Deze is partieel positief geladen omdat die gebonden is aan 2
heteroatomen die een hogere elektronegativiteit hebben en de elektronendensiteit
naar zich toe trekken waardoor de koolstofkern niet meer volledig is afgeschermd
door een negatieve geladen elektronenwolk die gevoelig wordt voor nucleofielen
aanval. Bij deze nucleofielen aanval wordt een covalente binding gevormd tussen C5
en methyleengroep van de cofactor.
(4) Het gevormde intermediair is instabiel en valt uit elkaar nadat C5 een proton afsplits
en het elektronenpaar dat oorspronkelijk gebruikt werd om het proton te binden nu
gebruikt wordt voor een dubbele binding te vormen met de methyleenkoolstof van
de cofactor. Deze koolstof kan maar 4 bindingen aangaan dus de beste leaving groep
moet vertrekken, in dit geval is dit tetrahydrofolaat (blauw).
2
, (5) Op dit moment is de methyleen van de cofactor overgedragen naar het substraat
maar nu moet die nog worden gereduceerd tot een methylgroep. Tetrahydrofolaat
zal hierbij optreden als cofactor door een negatief geladen hydride af te splitsen. Dit
hydride gaat een nucleofielen aanval doen op de methyleenkoolstof. Om dit hydride
te kunnen binden zal de koolstof een elektronenpaar doorschuiven want die heeft
maar 4 orbitalen en kan dus maar 4 bindingen aangaan. 1 van de elektronenparen
van de dubbele binding wordt gebruikt om de dubbele binding tussen C5 en C6 in
uracil te herstellen. C6 kan ook maar 4 bindingen aangaan dus de beste leaving groep
moet vertrekken. In dit geval: het cysteïne in de actieve plaats dat de reactie op gang
heeft gebracht in de eerste reactiestap.
(6) Het enzym komt op die manier in zijn oorspronkelijke staat. De cofactor heeft zijn
methyleengroep afgestaan aan het substraat en werd geoxideerd tot dihydrofolaat.
Om het enzym terug in zijn oorspronkelijke toestand te brengen zal deze cofactor
moeten vervangen worden door een nieuw methyleentetrahydrofoliumzuur.
Tegelijkertijd werd er uitgaande van deoxyribose-uridinemonofosfaat een
deoxyribosethyminemonofosfaat gevormd.
3
Synthese van purine/pyrimidinenucelotiden
(1) Bij binding van het substraat voor de actieve plaats van het enzym zal het
ongepaarde elektron van het tyrosylradicaal in R2 getransfereerd worden via H-
bruggen tot 1 van de cysteïnes in de AP. Het gevormde cysteïneradicaal zal de reactie
aangaan met de ribosering in het substraat in de actieve plaats. Het neemt H-radicaal
af van de 3’ribose C in het substraat. 3’C blijft achter met een ongepaard elektron.
(2) Het is een weinig stabiel intermediair dat snel een H+ zal afgeven aan een base die in
de actieve plaats zit. Het vrije elektronenpaar dat oorspronkelijk gebruikt werd om
het H+ te binden zal een dubbele binding vormen tussen O en C. C heeft maar 4
bindingorbitalen: om dubbele binding te kunnen vormen moet het een orbitaal
vrijmaken: hiervoor schuift het ongepaarde elektronen door naar 2’C, maar ook deze
heeft maar 4 orbitalen dus om het ongepaarde elektron op te nemen zal het de beste
leaving groep moeten laten gaan: blauwe OH met het elektronenpaar dat
oorspronkelijk de verbinding vormde met 2’C. De OH groep zal dat vrije
elektronenpaar gebruiken om een H+ op te nemen dat geleverd werd door een 2e
cysteïne in de actieve plaats om een H2O molecule te vormen dat de reactieplaats
kan verlaten. (2a) Dit 2e cysteïne zal zijn te kat aanvullen door een H- af te nemen van
een 3e cysteïne dat zich vlakbij bevindt en uiteindelijk de negatieve lading draagt.
(3) Transfer van een H-radicaal: geleverd door de 2e cysteïne in de actieve plaats dat een
waterstofkern samen met een ongepaard elektron zal overdragen naar het substraat.
Het ongepaarde elektron van het waterstofradicaal zal samen met het ongepaarde
elektron op de 2’C een covalente binding vormen zodanig dat de OH op 2’C is
verwijderd is. (3a) ongepaard elektron dat over is op het cysteïne wordt gebruikt om
covalente binding te vormen met 3e cysteïne die vlakbij zit in de actieve plaats. Het
gebruikt hiervoor 1 van de 2 elektronen in het vrij elektronenpaar van de 3e cysteïne
blijft achter met ongepaarde elektronen en negatieve lading: weinig stabiele situatie
(4) Ongepaarde elektron zal overgaan naar de partieel positieve C in het substraat die
dubbel gebonden is aan O: om het ongebonden elektron te kunnen opnemen moet C
1
, een orbitaal vrijmaken door een elektronenpaar uit de dubbele binding met O door
te schuiven en O gebruikt dit elektonenpaar om het H+ terug te binden dat tijdelijk
overgenomen was door de base in de actieve plaats.
(5) Vervolgens zal H-radicaal dat tijdelijk gebonden was door cysteïne in de actieve
plaats van het enzym terug worden overgebracht naar het substraat: het ongepaarde
elektron op 3’C zal samen met het rode ongepaarde elektorn van het
waterstofradicaal een covalente binding vormen.
Thymidylaat synthase
(1) De reactie komt op gang door een nucleofielen aanval van een gedeprotoneerd
cysteïne die in de actieve plaats zit op koolstof 6 in de uracilring die partieel positief
geladen is omdat deze gebonden is aan stikstof met een grote elektronegativiteit.
Om de covalente binding te kunnen vormen met cysteïne zal deze koolstof een
elektronenpaar moeten doorschuiven want deze kan maar vier bindingen aangaan.
In dit geval zal de koolstof het vrije elektronenpaar verschuiven naar de zuurstof toe
door resonantie.
(2) De negatieve lading van het extra elektronenpaar zal zich verdelen tussen koolstof 5
en zuurstof. Door de resonantie die in de nucleobasen bestaat.
(3) Als het elektronenpaar op koolstof 5 zit zal deze een nucleofielen aanval kunnen
doen met het vrije elektronenpaar op de partieel positief geladen methyleengroep in
de cofactor. Deze is partieel positief geladen omdat die gebonden is aan 2
heteroatomen die een hogere elektronegativiteit hebben en de elektronendensiteit
naar zich toe trekken waardoor de koolstofkern niet meer volledig is afgeschermd
door een negatieve geladen elektronenwolk die gevoelig wordt voor nucleofielen
aanval. Bij deze nucleofielen aanval wordt een covalente binding gevormd tussen C5
en methyleengroep van de cofactor.
(4) Het gevormde intermediair is instabiel en valt uit elkaar nadat C5 een proton afsplits
en het elektronenpaar dat oorspronkelijk gebruikt werd om het proton te binden nu
gebruikt wordt voor een dubbele binding te vormen met de methyleenkoolstof van
de cofactor. Deze koolstof kan maar 4 bindingen aangaan dus de beste leaving groep
moet vertrekken, in dit geval is dit tetrahydrofolaat (blauw).
2
, (5) Op dit moment is de methyleen van de cofactor overgedragen naar het substraat
maar nu moet die nog worden gereduceerd tot een methylgroep. Tetrahydrofolaat
zal hierbij optreden als cofactor door een negatief geladen hydride af te splitsen. Dit
hydride gaat een nucleofielen aanval doen op de methyleenkoolstof. Om dit hydride
te kunnen binden zal de koolstof een elektronenpaar doorschuiven want die heeft
maar 4 orbitalen en kan dus maar 4 bindingen aangaan. 1 van de elektronenparen
van de dubbele binding wordt gebruikt om de dubbele binding tussen C5 en C6 in
uracil te herstellen. C6 kan ook maar 4 bindingen aangaan dus de beste leaving groep
moet vertrekken. In dit geval: het cysteïne in de actieve plaats dat de reactie op gang
heeft gebracht in de eerste reactiestap.
(6) Het enzym komt op die manier in zijn oorspronkelijke staat. De cofactor heeft zijn
methyleengroep afgestaan aan het substraat en werd geoxideerd tot dihydrofolaat.
Om het enzym terug in zijn oorspronkelijke toestand te brengen zal deze cofactor
moeten vervangen worden door een nieuw methyleentetrahydrofoliumzuur.
Tegelijkertijd werd er uitgaande van deoxyribose-uridinemonofosfaat een
deoxyribosethyminemonofosfaat gevormd.
3
