Monoamin oksidaz enzimi için önerilen biradikal mekanizma ile ilgili yapı-aktiflik incelemeleri
The investigation on the structure-activity relationship of the proposed biradical mechanism for monoamine oxidase
Yazar: BURCU BÜYÜKMENEKŞE
Danışman: PROF. DR. SAFİYE ERDEM
Marmara Üniversitesi / Fen Bilimleri Enstitüsü / Kimya Ana Bilim Dalı / Organik Kimya Bilim Dalı
Derece: Yüksek Lisans, 2009
Konu: Kimya = Chemistry

Özet:
Monoamin oksidazlar MAO-A ve MAO-B olarak bilinen ve %70 benzerlik gösteren izomerik flavoenzimlerdir. Literatürde MAO katalizli amin oksidasyon mekanizması hakkında oldukça fazla çalışma bulunmasına rağmen mekanizma hala çözümlenememiştir. Önerilen birbirinden farklı birçok mekanizmadan en fazla kabul görenler polar nükleofilik mekanizma, hidrür mekanizma ve biradikal mekanizmadır. Ancak her mekanizma hakkında da destekleyici ve karşıt deliller bulunmaktadır.Bu çalışmada, MAO enziminin amin oksitleme mekanizmasını aydınlatmaya yönelik olarak, R. B. Silverman tarafından önerilen biradikal mekanizma ONIOM yöntemi ile yüksek seviye için DFT/B3LYP/6-31+G(d,p), düşük seviye için HF/ 6-31G(d)) metodları kullanılarak modellenmiştir. Monoamin oksidazın aktif bölgesinde koenzim görevi yapan flavin (FAD)'i temsil etmek üzere izoalloksazin heterosiklik halkası, substrat olarak ise benzilamin kullanılmıştır. Hesaplamalarda benzilaminin para pozisyonunda CH3, OH, OCH3, H, F, Cl, Br, CF3 ve NO2 sübstitüentleri kullanılmıştır. Tek elektron transferi ile ilerleyen radikal mekanizmaya ait reaktant ve geçiş konumu yapıları tanımlanmış ve optimize edilmiştir. Aktivasyon enerjileri ve hız sabitleri tüm reaksiyonlar için hesaplanmıştır.Lineer regresyon analizinden elde edilen sonuçlar benzilaminin para pozisyonundaki elektron veren grupların reaksiyon hızını artırdığını göstermiştir. Hesaplanan hız sabitlerinin logaritması, (log k) ile sübstitüent elektronik sabiti (?) arasında doğrusal fakat ters bir korelasyon elde edilmiştir (R=0.93). Buna paralel olarak, hesaplanmış log k ile deneysel log k arasında zayıf olmasına rağmen ters bir ilişki gözlenmiştir (R=0.66). Bu sonuçlar benzilamin analoglarının MAO A'yı indirgemedeki para sübstitüentlerin etkisini gösteren deneysel verilere ters düşmektedir. Bu nedenle, modellenen biradikal mekanizma için karşı delil oluştumaktadır.

Abstract:
Monoamine oxidases are two isozymic flavoenzymes with ~70% sequence identities, known as MAO-A and MAO-B. Although a considerable amount of mechanistic data has accumulated in the literature, the detailed mechanism of amine oxidation by MAO is still controversial. The most accepted ones among the suggested mechanisms are polar nucleophilic, hydride and biradical mechanisms. But there exists both supporting and opposing evidence for each of the mechanisms.In the present work, in order to investigate the biradical mechanism proposed by R. B. Silverman we used quantum chemical calculations using ONIOM method, employing DFT/B3LYP/6-31+G(d,p) for the higher layer and, HF/ 6-31G(d) theories for the lower layer. To represent the flavin (FAD), that acts as a coenzyme at the active site of monoamine oxidase, isoalloxazin heterocyclic ring is used and as a substrate, benzylamine is used. For the calculations the substituents CH3, OH, OCH3, H, F, Cl, Br, CF3 and NO2 were used at the para position of benzylamine. The structures of all reactants and transition states of the single electron transfer (SET) radical mechanism were identified and fully optimized. Activation energies and rate constants of all the reactions were calculated.The results obtained from the linear regression analysis 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 observed (R=0.93). In accordance with this result, a relatively weak inverse correlation between calculated log k and experimental log k was observed (R=0.66). These results are contrary to the previous kinetic experiments on the effect of p-substituents in the reduction of MAO-A by benzylamine analogs. Therefore, these results exhibit negative evidence for the modelled biradical mechanism.