Para-sübstitüe benzilaminlerin monoamin oksidaz ile tepkimelerinde yapı-aktiflik ilişkisinin incelenmesi - Can, Oğuz (My University, 2007)
PARA-SÜBSTİTÜE BENZİLAMİNLERİN MONOAMİN OKSİDAZ İLE TEPKİMELERİNDE YAPI-AKTİFLİK İLİŞKİSİNİN İNCELENMESİ Monoamin oksidaz MAO A ve MAO B olarak bilinen, birbirlerine yaklaşık %70 benzerlik gösteren iki izomerik flavoenzimdir. Her iki formun substrat oksidasyonunu aynı mekanizmayla katalizlediğine inanılmaktadır. Literatürde çok sayıda çalışma olmasına karşın MAO katalizindeki amin oksidasyonunun ayrıntılı mekanizması hala tamamen anlaşılamamıştır. Bu çalışmada, DFT/ B3LYP/ 6-31G* metodunu içeren kuantum kimyasal hesaplamaları kullanarak, son yıllarda ileri sürülen modifiye polar nükleofilik mekanizma araştırılmıştır. Enzimin aktif bölgesindeki reaksiyonu temsil etmek için ve para sübstitüentin etkisini araştırmak için, flavin ve 11 p-X-sübstitüe benzilamin substrat analogları (X=N(CH3)2, OH, OCH3, CH3, H, F, Cl, Br, OCCH3, CF3, NO2) arasındaki reaksiyonlar modellendi. İleri sürülen polar nükleofilik mekanizmanın ve önceki PM3 hesaplama sonuçlarının aksine, B3LYP/ 6-31G* metodu kovalent bağlı ara ürün yapısını optimize edemedi. Reaksiyon herhangi bir ara ürün olmadan tek basamakta gerçekleşti. Bütün reaktant ve geçiş konumu yapıları tamamen optimize edildi ve tanımlandı. Tüm reaksiyonlar için aktivasyon enerjileri ve hız sabitleri hesaplandı. Sonuçlar benzilaminin para pozisyonundaki elektron veren grupların reaksiyon hızını artırdığını gösterdi. Hesaplanan hız sabitlerinin logaritması (log k) ile sübstitüent elektronik sabiti (σ) arasında doğrusal fakat ters bir korelasyon elde edildi. Bu sonuçlar benzilamin analoglarının MAO A’yı indirgemedeki para sübstitüentlerin etkisini gösteren daha önceki kinetik deneylere ters düşmektedir. Dahası, bu sonuçlar önerilen polar nükleofilik mekanizma yerine, doğrudan hidrür transfer mekanizmasıyla uyum göstermektedir. Bu sebeple modellenen reaksiyon, polar nükleofilik mekanizma yerine muhtemelen doğrudan hidrür transferine işaret etmektedir. Buna ek olarak hesaplanan log k değerleri, MAO A’daki flavinin indirgenme hızı ile yalnızca zayıf bir korelasyon vermekte ve MAO B indirgenme hızı ile hemen hemen hiç korelasyon vermemektedir. Deneysel ölçümlerin hatasız olduğu varsayılırsa hesaplanan hidrür transfer mekanizmasıyla deneysel reaksiyon hızları arasındaki korelasyonun zayıflığı MAO katalizinde hidrür mekanizmasının çalışmadığını göstermektedir. Diğer yandan deneysel ölçümlerin de bazı hatalar içerebilme ihtimali göz önüne alındığında, D-aminoasit oksidaz enzimi için son zamanlarda çözümlenmiş ve kabul edilmiş olan doğrudan hidrür transferi mekanizmasını MAO için de önermekteyiz.

THE INVESTIGATION OF THE STRUCTURE-ACTIVITY RELATIONSHIP IN THE REACTION OF PARA-SUBSTITUTED BENZYLAMINES WITH MONOAMINE OXIDASE Monoamine oxidases are two isozymic flavoenzymes with ~70% sequence identities, known as MAO-A and MAO-B. It is believed that the two forms catalyze substrate oxidation by the same mechanism. Although a considerable amount of work has accumulated in the literature, the detailed mechanism of amine oxidation in MAO catalysis is still not completely understood. In the present work, we investigated the proposed, recently modified polar nucleophilic mechanism using quantum chemical calculations employing the density functional B3LYP/ 6-31G* method. In order to mimic the reaction at the enzyme's active site and to investigate the effect of the para substituent, the reactions between the flavin and 11 p-X-substituted benzyl amine substrate analogs (X=N(CH3)2, OH, OCH3, CH3, H, F, Cl, Br, OCCH3, CF3, NO2) were modeled. Contrary to the proposed polar nucleophilic mechanism and to the results of previous PM3 calculations, B3LYP/ 6-31G* method could not optimize a covalently bound adduct intermediate. The reaction was concerted without any intermediate. The structures of all reactants and transition states were fully optimized and characterized. Activation energies and rate constants of all the reactions were calculated. The results showed that electron-donating groups at the para position of benzylamine increase the reaction rate. A linear, but inverse correlation between the log of the calculated rate constants (log k) and the electronic parameter (σ) of the substituent was obtained. These results are contrary to the previous kinetic experiments on the effect of p-substituents on the reduction of MAO-A by benzyl amine analogs. Moreover, they are in agreement with a direct hydride transfer mechanism instead of the proposed polar nucleophilic mechanism. Therefore, the modeled reaction probably represents a direct hydride transfer rather than the polar nucleophilic one. In addition, the calculated log k values showed only a weak correlation with the rate of reduction of the flavin in MAO-A and almost no correlation with the reduction of MAO-B. Assuming that the experimental measurements are error free, lack of correlation between the calculated hydride transfer mechanism and the experimental reaction rates suggests that the hydride mechanism is not operating in MAO catalysis. On the other hand, if we take into account the possibility that the experiments may also involve some error, then we propose a direct hydride transfer mechanism for MAO catalysis, similar to the recently solved and accepted mechanism of D-aminoacid oxidase enzyme.
Keywords: Kimya; Organik Kimya