Mono Amin Oksidaz (MAO) enziminin ekleme eliminasyon mekanizmasının hesapsal yöntemlerle incelenmesi - Yıldız, İbrahim (My University, 2003)
MONO AMİN OKSİDAZ(MAO) ENZİMİN EKLEME ELİMİNASYON MEKANİZMASININ HESAPSAL YÖNTEMLERLE İNCELENMESİ Monoamin Oksidaz vücuttaki biyolojik aminleri oksitleyen bir flavo enzimdir. Enzimin çalışma mekanizması tam olarak anlaşılamamıştır. Literatürde temel olarak üç mekanizma önerilmiştir. Bu çalışmada ekleme eliminasyon mekanizması incelenmiştir. Önerilen ekleme eliminasyon mekanizması aminin eşleşmemiş elektronlarının, enzimin aktif bölgesindeki flavin halkasının C-4a atomuna nükleofilik saldırısıyla başlar. Aynı adımda flavinin N-5 atomu aminin a-karbonundaki protonu koparır. Sonraki basamakta a-karbon üzerindeki eşleşmemiş elektronların azot atomuna doğru kapaklanması iminyum iyonunu flavin halkasından ayrılır. İminyum katyonu hidroliz olup aldehide dönüşür. İndirgenmiş flavin oksijen vasıtasıyla tekrar yükseltgenir. Bu tezde, Monoamin Oksidaz enziminin aminleri oksitleme mekanizması hesapsal yöntemlerle modellenmiştir. P-sübstitüe benzilamin analogları substrat olarak kullanıldı. Hesaplamalarda yarı-ampirik metotlardan PM3 yöntemiyle modelleme yapıldı. Önerilen mekanizmadaki basamaklar incelendi. Enzimin tamamı modellenemeyeceği için reaksiyonun gerçekleştiği aktif bölgedeki flavin reaktantlardan biri olarak seçildi. Her bir basamaktaki reaktantların, geçiş konumlarının, ara ürünlerin yapıları ve enerjileri incelendi. Basamakların aktifleşme enerjileri, hızı belirleyen basamağın hız sabiti, her bir molekülün bağ uzunlukları ve atom yükleri karşılaştırıldı. Reaksiyonun sulu fazdaki aktivasyon enerjisi de ayrıca hesaplandı. Yapılan hesaplamalar sonucu, benzilaminin p-pozisyonunda bulunan elektron veren grupların aktifleşme enerjisini artırdığı, çeken grupların ise düşürdüğü görülmüştür. Elektron çeken gruplar ise düşürmektedirler. Her sübstitüente ait deneysel ve hesapsal hız sabiti korelasyonu yapıldığında, aralarındaki korelasyonun yüksek olduğu saptandı. Reaksiyonun sulu fazdaki enerjisi gaz fazındaki enerjisinden yüksek çıkmıştır. Yapılan çalışmada elde edilen sonuçlar, deneysel sonuçlarla uygunluk taşımaktadır. Deneysel sonuçlarla iyi bir korelasyon elde edildiğinden önerilen ekleme eliminasyon mekanizmasının geçerli olduğu söylenebilir. Bu sonuçlar, enzim oksitleme mekanizmasını aydınlatmada faydalı olacaktır. Temmuz 2003 İbrahim YILDIZ

COMPUTATIONAL STUDY OF ADDITION ELIMINATION MECHANISM OF MONO AMINE OXIDASE(MAO) Monoamine Oxidase is a flavo-enzyme which is responsible from catalytic oxidation of biological amines. The mechanism of enzyme is not fully underdstood. Mainly, there are three proposed mechanisms for catalytic oxidation. In this study, addition-elimination mechanism is investigated. The addition-elimination mechanism starts with the nucleophilic attack of amine nitrogen to the C-4a of flavin in the active site. In the same step, the N-5 atom of flavin abstracts the a-carbon proton of the amine. In the following step, the lone pairs on the a-carbon move towards amine nitrogen and elimination of iminium ion occurs. Then, the imine products hydrolzes to the corresponding aldehydes. The reduced flavin is reoxidized by oxygen. In this thesis, the mechanism of monoamine oxidase was studied by computational methods. P-substitued benzylamine analogs were used as substrates. Semi-emprical PM3 method is used to model the studied mechanism. Since the whole enzyme contains many atoms, flavin in the active site of enzyme was modeled as one of reactants. In the modelling; the energies and structures of reactants, transition states and intermediates were investigated. Activation enrgies of all steps, the rate constant of the rate-determining step, atomic charges and bond lengths are compared for all p-substituted benzilamin analogs. The activation energy of the rate-determining step is calculated in aquous phase. The result of modelling showed that electron-releasing groups at the para pozition of benzylamine increase the activation energy whereas electron-withdrawing groups decrease the activation energy. When the correlation between experimental rate constants and calculated rate constants is examined, it is clear that there is a good correlation. The activation barrier in aqueous phase is higher than in gas phase. The results of modelling are in agreement with experimental results. Since the correlation of rate constants obtained from experimental studies and theoretical calculations is high, it can be said that addition-eliminition mechanism is operative on amine oxidation. This study will be useful to shed light on the mechanism of MAO. Temmuz 2003 İbrahim Yıldız
Keywords: Organik Kimya