Para sübstitüe benzilaminlerin monoamin oksidaz ile tepkimelerinde yapı-aktiflik ilişkisinin incelenmesi
The investigation of the structure-activity relationship in the reaction of para-substitued benzylamines with monoamine oxidase
Yazar: OĞUZ CAN
Danışman: DOÇ. DR. SAFİYE ERDEM
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2007
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Monoamin oksidaz MAO A ve MAO B olarak bilinen, birbirlerine yaklasık%70 benzerlik gösteren iki izomerik flavoenzimdir. Her iki formun substratoksidasyonunu aynı mekanizmayla katalizlediğine inanılmaktadır. Literatürde çoksayıda çalısma olmasına karsın MAO katalizindeki amin oksidasyonunun ayrıntılımekanizması hala tamamen anlasılamamıstır.Bu çalısmada, DFT/B3LYP/6-31G* metodunu içeren kuantum kimyasalhesaplamaları kullanarak, son yıllarda ileri sürülen modifiye polar nükleofilikmekanizma arastırılmıstır. Enzimin aktif bölgesindeki reaksiyonu temsil etmek içinve para sübstitüentin etkisini arastırmak 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. ?leri 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 gerçeklesti. Bütün reaktant ve geçis 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 (?) 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 düsmektedir.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 isaret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çalısmadığını göstermektedir. Diğer yandan deneysel ölçümlerin de bazı hatalariçerebilme ihtimali göz önüne alındığında, D-aminoasit oksidaz enzimi için sonzamanlarda çözümlenmis ve kabul edilmis olan doğrudan hidrür transferimekanizmasını MAO için de önermekteyiz.

Abstract:
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 (?) 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.