请教酶催化对于Diels-Alder反应过渡态能量降低的问题

wang011127

最近在计算一个体系如下所示，nHep就是一个长链的烷基C7H15，因为要作为一个proposal呈现给老师，因此我进行了一些初步的计算

在没有酶催化的情况下，我计算了如下的过渡态和反应历程，通过DA反应和逆DA反应，其中DA反应的活化能为36.2 kcal/mol，逆DA为27.2 kcal/mol，希望以此说明该反应可能是一个酶促反应

老师提出了两个问题：
（1）DA的活化能36.2 kcal/mol有些过于高了，即使在酶存在下也不一定能够反应，所以认为我推测的历程不合理；
（2）逆DA反应是如何被酶催化的？
因为我在做的时候没有做过渡态搜索，摆了一个推测的过渡态直接opt=(calcfc,ts,noeigen)优化到了结果，IRC也跑通了，但是是否有可能因为一个柔性的侧链C7H15的存在导致我猜的这个过渡态并不合理呢，应该做一个柔性扫描或者半经验先优化一下？
至于后者，因为作为一个proposal，没有实际的酶结构能够用于计算，我推测可能是某个残基作为lewis acid活化羰基，能否通过假设一个可能的催化残基证明其可能性？
希望大家提供宝贵的建议，感谢！

tonganlhy

你这个是在水体系的，过渡态可能要考虑水分子参与。加残基当然是可以的，更能证明催化的必要性。

wzkchem5

酶催化把活化能降低15kcal/mol也并不罕见。可以实际用一个酶里常见的基团，尝试计算一下催化反应，例如用一个质子化的Glu或者Arg和内酯羰基氧形成氢键，看能把自由能垒降低多少

wang011127

wzkchem5 发表于 2025-2-17 18:17
酶催化把活化能降低15kcal/mol也并不罕见。可以实际用一个酶里常见的基团，尝试计算一下催化反应，例如用一 ...

请问您有例子可以作为参考嘛，我也可以用这个和老师去argue一下，非常感谢

wang011127

tonganlhy 发表于 2025-2-17 17:50
你这个是在水体系的，过渡态可能要考虑水分子参与。加残基当然是可以的，更能证明催化的必要性。

如果真的有水参与的话，请问您有什么思路可以把水分子合理安排在这个体系中吗，想请教一下，感谢！

tonganlhy

wang011127 发表于 2025-2-17 18:32
如果真的有水参与的话，请问您有什么思路可以把水分子合理安排在这个体系中吗，想请教一下，感谢！

水提供氢可以当路易斯酸。可能还可以通过水把两个分子拉近一点。不过这个可能性就很多了。我觉得你可以先搞搞残基当路易斯那个比较容易一点。

wzkchem5

wang011127 发表于 2025-2-17 11:31
请问您有例子可以作为参考嘛，我也可以用这个和老师去argue一下，非常感谢

可以查一下酶催化反应相比uncatalyzed反应的最大加速比是多少，应该有这方面的实验数据。然后用Eyring方程换算成活化自由能降低多少kcal/mol

wang011127

wzkchem5 发表于 2025-2-17 18:52
可以查一下酶催化反应相比uncatalyzed反应的最大加速比是多少，应该有这方面的实验数据。然后用Eyring方 ...

好的，感谢

wang011127

tonganlhy 发表于 2025-2-17 18:33
水提供氢可以当路易斯酸。可能还可以通过水把两个分子拉近一点。不过这个可能性就很多了。我觉得你可以先 ...

嗯嗯我试试看，请问有没有相关详细计算方案的介绍？

tonganlhy

这个我就没有了。你先去搜一下DA酶的相关文献吧。不过有机界ms对这个酶一直不感冒，认为一般就是提供一个环境让两个分子挤到一起能够反应，就像on water一样。