SILVIA ALVAREZ-SANTOS, ANGELS GONZ~FZ-LAFONT, JOSB M. LLUCH, BALDOMERO OLNA, and FRANCE~C X. A m & . Can. J. Chem. 72,2077Chem. 72, (1994.The water-promoted pathway of peptide cleavage by carboxypeptidase A has been studied by semiempirical (AM1) quantum mechanical calculations. A relative1 large model for the CPA-active site elements plus substrate has been designed, using two 3+ .imidazoles and one acetate as the Zn Iigands, acetate as the proton acceptor (simulating , and N-ethylacetamide as the peptide-like substrate. This model, although simpler than the natural one, is one of the largest used for theoretical calculations on CPA catalytic mechanisms. To ensure that this model is able to mimic the natural system, it has been compared with the structure of the ( G I Y )~-L -T~~ + water + CPA complex resulting from several molecular dynamicslenergy minimization simulations.Among the different steps involved in the water-promoted pathway proposed by Lipscomb's group, the attack of the oxygen atom that comes from the activated water molecule to the carbon atom of the peptide bond of the substrate has been found to be the rate-determining step, with a high enthalpy bamer of 37.9 kcal/mol. However, this enthalpy bamer is dramatically decreased when a positive charge, simulating Arg-127, is included near the scissile carbonyl. The reported results seem to favour the occurrence of the mechanism studied and indicate the limitations of using simple elements for the theoretical analysis of enzyme-catalyzed reactions.SUVIA ALVAREZ-SANTOS, ANGELS GONZ~EZ-LAFONT, JOSB M. LLUCH, BALDOMERO OLNA et FRANCE~C X. Avu&. Can. J.
Chem. 72,2077 (1994).Utilisant des calculs semiempiriques de micanique quantique (AMl), on a ttudit la voie de clivage des peptides par la carboxypeptidase A (CPA), catalysCe par l'eau. On a mis au point un modble relativement grand des ClCments du site actif de la CPA avec le substrat qui utilise deux imidazoles et un acitate comme ligands du zn2+, un acCtate comme accepteur de proton (simulant le Glu-270) et le N-CthylacCtamide comme substrat semblable i un peptide. Ce modble, mbme s'il est plus simple que le modble naturel, est un des plus grand qui a Ct C utilisC pour des calculs thCoriques sur les mCcanismes catalytiques de la CPA. Afin de s'assurer que ce modble peut imiter le comportement du systbme naturel, on l'a compare avec la structure du complexe ( G~Y )~-L-Tyr + eau + CPA qui rtsulte de plusieurs simulations de dynamique molCculaire et minimisation de l'energie. Parmi les diffkrentes Ctapes impliqutes dans la voie catalysCe par l'eau proposCe par le groupe de Lipscomb, on a trouvC que 1'Ctape determinant la vitesse de la rkaction est l'attaque de l'atome d'oxygbne, provenant de la molCcule d'eau activCe, sur l'atome de carbone de la liaison peptidique du substrat et qu'elle est accompagnCe d'une bambre enthalpique Clevte (37,9 kcal/mol). Toutefois, il se produit une diminution dramatique de cette barribre lorsqu'on introduit une charge positive, ressemblant i celle de