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Probing DNA Base-Dependent Leaving Group Kinetic Effects on the DNA Polymerase Transition State.
Biochemistry ( IF 2.9 ) Pub Date : 2018-06-19 , DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00417 Keriann Oertell , Boris A Kashemirov , Amirsoheil Negahbani , Corinne Minard , Pouya Haratipour , Khadijeh S Alnajjar 1 , Joann B Sweasy 1 , Vinod K Batra 2 , William A Beard 2 , Samuel H Wilson 2 , Charles E McKenna , Myron F Goodman
Biochemistry ( IF 2.9 ) Pub Date : 2018-06-19 , DOI: 10.1021/acs.biochem.8b00417 Keriann Oertell , Boris A Kashemirov , Amirsoheil Negahbani , Corinne Minard , Pouya Haratipour , Khadijeh S Alnajjar 1 , Joann B Sweasy 1 , Vinod K Batra 2 , William A Beard 2 , Samuel H Wilson 2 , Charles E McKenna , Myron F Goodman
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We examine the DNA polymerase β (pol β) transition state (TS) from a leaving group pre-steady-state kinetics perspective by measuring the rate of incorporation of dNTPs and corresponding novel β,γ-CXY-dNTP analogues, including individual β,γ-CHF and -CHCl diastereomers with defined stereochemistry at the bridging carbon, during the formation of right (R) and wrong (W) base pairs. Brønsted plots of log kpol versus p Ka4 of the leaving group bisphosphonic acids are used to interrogate the effects of the base identity, the dNTP analogue leaving group basicity, and the precise configuration of the C-X atom in R and S stereoisomers on the rate-determining step ( kpol). The dNTP analogues provide a range of leaving group basicity and steric properties by virtue of monohalogen, dihalogen, or methyl substitution at the carbon atom bridging the β,γ-bisphosphonate that mimics the natural pyrophosphate leaving group in dNTPs. Brønsted plot relationships with negative slopes are revealed by the data, as was found for the dGTP and dTTP analogues, consistent with a bond-breaking component to the TS energy. However, greater multiplicity was shown in the linear free energy relationship, revealing an unexpected dependence on the nucleotide base for both A and C. Strong base-dependent perturbations that modulate TS relative to ground-state energies are likely to arise from electrostatic effects on catalysis in the pol active site. Deviations from a uniform linear Brønsted plot relationship are discussed in terms of insights gained from structural features of the prechemistry DNA polymerase active site.
中文翻译：
探查DNA碱基依赖性的离去基团对DNA聚合酶过渡态的动力学影响。
我们通过测量dNTPs和相应的新型β，γ-CXY-dNTP类似物（包括单个β，在形成正确（R）和错误（W）碱基对的过程中，在桥接碳上具有确定的立体化学的γ-CHF和-CHCl非对映异构体。离去基团双膦酸的log kpol对p Ka4的布朗斯台德图用于询问碱基同一性，dNTP类似物离去基团碱性，以及R和S立体异构体中CX原子在速率确定上的精确构型的影响步骤（kpol）。dNTP类似物通过桥接β的碳原子上的单卤素，二卤素或甲基取代，提供一定范围的离去基团碱性和空间特性。模仿dNTPs中天然焦磷酸离去基团的γ-双膦酸酯。dGTP和dTTP类似物的数据揭示了具有负斜率的布朗斯台德图关系，这与TS能量的键断裂成分一致。然而，线性自由能关系显示出更大的多重性，揭示了A和C都对核苷酸碱基的出乎意料的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由催化作用中的静电作用引起的。在pol活动站点中。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。dGTP和dTTP类似物的数据揭示了具有负斜率的布朗斯台德图关系，这与TS能量的键断裂成分一致。然而，线性自由能关系显示出更大的多重性，揭示了A和C都对核苷酸碱基的出乎意料的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由催化作用中的静电作用引起的。在pol活动站点中。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。dGTP和dTTP类似物的数据揭示了具有负斜率的布朗斯台德图关系，这与TS能量的键断裂成分一致。但是，线性自由能关系显示出更大的多重性，表明A和C都对核苷酸碱基有意想不到的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由催化作用中的静电作用引起的在pol活动站点中。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。线性自由能关系中显示出更大的多重性，表明A和C都对核苷酸碱基具有意想不到的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由静电对催化作用的影响所引起的。 pol活动站点。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。线性自由能关系中显示出更大的多重性，表明A和C都对核苷酸碱基具有意想不到的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由静电对催化作用的影响所引起的。 pol活动站点。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。
更新日期：2018-06-11
中文翻译：
探查DNA碱基依赖性的离去基团对DNA聚合酶过渡态的动力学影响。
我们通过测量dNTPs和相应的新型β，γ-CXY-dNTP类似物（包括单个β，在形成正确（R）和错误（W）碱基对的过程中，在桥接碳上具有确定的立体化学的γ-CHF和-CHCl非对映异构体。离去基团双膦酸的log kpol对p Ka4的布朗斯台德图用于询问碱基同一性，dNTP类似物离去基团碱性，以及R和S立体异构体中CX原子在速率确定上的精确构型的影响步骤（kpol）。dNTP类似物通过桥接β的碳原子上的单卤素，二卤素或甲基取代，提供一定范围的离去基团碱性和空间特性。模仿dNTPs中天然焦磷酸离去基团的γ-双膦酸酯。dGTP和dTTP类似物的数据揭示了具有负斜率的布朗斯台德图关系，这与TS能量的键断裂成分一致。然而，线性自由能关系显示出更大的多重性，揭示了A和C都对核苷酸碱基的出乎意料的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由催化作用中的静电作用引起的。在pol活动站点中。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。dGTP和dTTP类似物的数据揭示了具有负斜率的布朗斯台德图关系，这与TS能量的键断裂成分一致。然而，线性自由能关系显示出更大的多重性，揭示了A和C都对核苷酸碱基的出乎意料的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由催化作用中的静电作用引起的。在pol活动站点中。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。dGTP和dTTP类似物的数据揭示了具有负斜率的布朗斯台德图关系，这与TS能量的键断裂成分一致。但是，线性自由能关系显示出更大的多重性，表明A和C都对核苷酸碱基有意想不到的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由催化作用中的静电作用引起的在pol活动站点中。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。线性自由能关系中显示出更大的多重性，表明A和C都对核苷酸碱基具有意想不到的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由静电对催化作用的影响所引起的。 pol活动站点。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。线性自由能关系中显示出更大的多重性，表明A和C都对核苷酸碱基具有意想不到的依赖性。相对于基态能量，调节TS的强碱基依赖性扰动很可能是由静电对催化作用的影响所引起的。 pol活动站点。根据从化学前DNA聚合酶活性位点的结构特征获得的见解，讨论了与均匀线性布朗斯台德图关系的偏差。
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