La Clau de la catàlisi enzimàtica: memòria llegida per l'acadèmic electe Dr. Joan Bertran i Rusca en l'acte de la seva recepció el dia 20 de març de 2003

• Joan Bertran i Rusca ^[1]
  1. [1] Reial Acadèmia de Ciències i Arts de Barcelona
• Localización: Memorias de la Real Academia de Ciencias y Artes de Barcelona, ISSN 0368-8283, Vol. 60, Núm. 7, 982, 2003 (Ejemplar dedicado a: La clau de la Catàlisi enzimàtica), págs. 1-37
• Idioma: catalán
• Texto completo no disponible (Saber más ...)
• Resumen
  • español

    Para ilustrar la participación de la química teórica en el avance de la química moderna, se ha escogido el ejemplo de la catálisis enzimática. Mediante un método híbrido de mecánica cuántica y mecánica molecular se exploran las superficies de potencial altamente multidimensionales y se hacen simulaciones estadísticas de las reacciones en disolución y en el entorno enzimático. La comparación de resultados en ambos medios permite analizar los factores determinantes de la catálisis enzimática.

    En particular se estudian la reacción de Claisen, unimolecular, catalizada por la corismato mutasa y una reacción SN2, bimolecular, catalizada por la catecol-O-metiltransferasa. Dado que la estructura de la enzima, tras un largo proceso evolutivo, está preparada para interaccionar favorablemente con el estado de transición, su reorganización para lograrlo es escasa. Por otra parte, la enzima empuja el sistema químico a adoptar estructuras parecidas al estado de transición para evitar el coste energético de su deformación. El vivo debate entre ambos factores, escasa reorganización de la enzima y preorganitzación del sistema químico, es un falso debate, ya que ambos efectos son las dos caras de la misma moneda y tienen un origen común en la preorganización de la enzima. La clave de la catálisis enzimática está, por tanto, en la estructura de la enzima.

  • català

    Per il•lustrar la participació de la química teòrica en l’avanç de la química moderna, s’ha escollit l’exemple de la catàlisi enzimàtica. Mitjançant un mètode híbrid de mecànica quàntica i mecànica molecular s’exploren les superfícies de potencial altament multidimensionals i es fan simulacions estadístiques de les reaccions en dissolució i en l’entorn enzimàtic. La comparació de resultats en els dos medis permet analitzar els factors determinants de la catàlisi enzimàtica.

    En particular s’estudia la reacció de Claisen, unimolecular, catalitzada per la corismata mutasa i una reacció SN2, bimolecular, catalitzada per la catecol-O-metiltransferasa. Donat que l’estructura de l’enzim, després d’un llarg procés evolutiu, està preparada per a interaccionar favorablement amb l’estat de transició, la seva reorganització per a assolir-lo és escassa. D’altra banda, l’enzim prem el sistema químic per a què adopti estructures semblants a les de l’estat de transició, per tal d’evitar el cost energètic de la seva deformació. El viu debat present en l’actualitat sobre la importancia d’aquests dos factors, escassa reorganització de l’enzim i preorganització del sistema químic, és un fals debat, ja que els dos efectes són les dues cares de la mateixa moneda i tenen un origen comú en la preorganització de l’enzim. La clau de la catàlisi enzimàtica es troba, doncs, en l’estructura de l’enzim.

  • English

    The enzymatic catalysis is chosen as an example to show the role of theoretical chemistry in the development of modern chemistry. By means of a quantum mechanics and molecular mechanics hybrid method high multidimensional potential energy surfaces are explored and statistical simulations of different reactions in solution and in the enzimatic environment are performed. The comparison between the results obtained in both environments allows us to analyze which are the essential factors in enzimatic catalysis.

    In particular, the unimolecular, Claisen reaction catalyzed by chorismate mutase, and a bimolecular SN2 reaction catalyzed by catechol-O-transferasa are studied. Given that the structure of the enzyme is, after a long evolutionary process, prepared to favorably interact with the transition state, its reorganization cost to reach the transition state is small. On the other hand the enzyme forces the chemical system to adopt structures similar to that of the transition state, to avoid the energetic cost of its deformation. The current intense debate on the importance of these two factors, small enzyme reorganization or preorganization of the chemical system, is a false debate, since both effects are just two faces of the same coin with a common origin in the preorganization of the enzyme. The key of enzymatic catalysis is, thus, found on the enzyme structure.