zum 80. Geburtstag gewidmet Carbokationen ·Enzyme ·Inhärente Reaktivität· Intrinsische Reaktivität·T erpene 1. Erstaunliche Enzyme, reaktive Substrate, einfache mechanistische Modelle Die Fähigkeit von Enzymen, chemische Umwandlungen zu vermitteln, die ohne sie nicht ablaufen würden, ist erstaunlich. Worauf diese Fähigkeit beruht, ist jedoch bei Weitem noch nicht geklärt. Den Enzymen wurden schon viele Funktionen zugeschrieben, angefangen von der selektiven Stabilisierung von Übergangszustandsstrukturen durch elektrostatische Wechselwirkungen, [1] über die geometrische und durch Schwingungen bedingte Begünstigung von quantenmechanischem Tu nneln, [2] bis hin zur Bildung von Bindungen zwischen ansonsten nicht begünstigten Konformationen von Reaktanten, die entscheidende Übergangszustandsstrukturen zu sein scheinen. [3] Die Bedeutung der inhärenten/intrinsischen Reaktivitätv on enzymatischen Substraten fürb iologisch relevante Reaktionen steht oft gegenüber fokussierten Untersuchungen enzymatischer Katalysatoren zurück. Hier kçnnte sich eine differenziertere Herangehensweise empfehlen, bei der nicht vorausgesetzt wird, dass ein Enzym die Substratreaktivitätw ährend der gesamten mehrstufigen Reaktion regulieren muss.D ie Indizien fürd ie Bedeutung der inhärenten Substratreaktivitätf ürd urch Terpen-Synthase vermittelte Reaktionen sollen hier diskutiert werden. Die inhärente Reaktivität(in der Gasphase!) der Carbokationen, die mutmaßlich im reaktiven Zentrum der Terpen-Synthase generiert werden, wurde mithilfe quantenchemischer Methoden (im Allgemeinen DFT) detailliert untersucht, [5] und neuere experimentelle Studien unter Verwendung von markierten enzymatischen Substraten bestätigen die Annahme, dass diese inhärente Reaktivitätt atsächlich in biologischen Kontexten zum Tr agen kommt. Zwar kann kein mechanistisches Schema als richtig nachgewiesen werden, aber das ist auch nicht das Ziel dieser Untersuchungen. Stattdessen meint "Validierung" hier die Bestätigung,d ass mit einem gegebenen mechanistischen Modell, das die inhärente Substratreaktivitäteinbezieht, Voraussagen getroffen werden kçnnen. [4] 2. Die indirekteste Art von Beweis 2.1. Mehrstufige Reaktionswege Klassischerweise werden die Nebenprodukte,die in durch Te rpen-Synthasen (Wildtyp oder mutierte Versionen) ausgeführten Reaktionen gebildet werden, als Hinweis fürd ie Bildung spezifischer Carbokationintermediate herangezogen. Obwohl ein solcher Beweis im besten Fall nur indirekt sein kann, da solche Nebenprodukte auch durch andere Mechanismen gebildet werden kçnnen, als durch diejenigen, die zu den Hauptprodukten führen, so wird doch zumindest gezeigt, dass gewisse Carbokationen wahrscheinlich an bestimmten aktiven Zentren gebildet werden. Solche Carbokationen kçnnen echte Minima auf einer Potentialenergiefläche (PES) sein oder auch woanders entlang der Reaktionskoordinaten auftreten. [5] Im Folgenden werden zwei Reaktionen beschrieben, fürd ie unerwartete Intermediate entlang der Reaktionswege zu den Hauptprodukten durch die Theorie vorhergesagt wurden. [...