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The catalytic role of water in the binding site of l,d-transpeptidase 2 within acylation mechanism: A QM/MM (ONIOM) modelling - 15/01/19

Doi : 10.1016/j.tube.2018.10.005 
Collins U. Ibeji a, b, Gideon F. Tolufashe a, Thandokuhle Ntombela a, Thavendran Govender a, Glenn E.M. Maguire a, c, Gyanu Lamichhane d, Hendrik G. Kruger a, , Bahareh Honarparvar a,
a Catalysis and Peptide Research Unit, School of Health Sciences, University of KwaZulu-Natal, Durban, 4041, South Africa 
b Department of Pure and Industrial Chemistry, Faculty of Physical Sciences, University of Nigeria, Nsukka, 410001, Enugu State, Nigeria 
c School of Chemistry and Physics, University of KwaZulu-Natal, Durban, 4041, South Africa 
d Center for Tuberculosis Research, Division of Infectious Diseases, Johns Hopkins University School of Medicine, Baltimore, MD, 21287, USA 

Corresponding author.∗∗Corresponding author.

Abstract

Mycobacterium tuberculosis is the causative agent of Tuberculosis. Formation of 3 → 3 crosslinks in the peptidoglycan layer of M. tuberculosis is catalyzed by l,d-transpeptidases. These enzymes can confer resistance against classical β-lactams that inhibit enzymes that generate 4 → 3 peptidoglycan crosslinks. The focus of this study is to investigate the catalytic role of water molecules in the acylation mechanism of the β-lactam ring within two models; 4- and 6-membered ring systems using two-layered our Own N-layer integrated Molecular Mechanics ONIOM (B3LYP/6-311++G(2d,2p): AMBER) model. The obtained thermochemical parameters revealed that the 6-membered ring model best describes the inhibition mechanism of acylation which indicates the role of water in the preference of 6-membered ring reaction pathway. This finding is in accordance with experimental data for the rate-limiting step of cysteine protease with the same class of inhibitor and binding affinity for both inhibitors. As expected, the ΔG# results also reveal that the 6-membered ring reaction pathway is the most favourable. The electrostatic potential (ESP) and the natural bond orbital analysis (NBO) showed stronger interactions in 6-membered ring transition state (TS-6) mechanism involving water in the active site of the enzyme. This study could be helpful in the development of novel antibiotics against l,d-transpeptidase.

Le texte complet de cet article est disponible en PDF.

Keywords : L,D-transpeptidases, Quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM), Transition state (TS), Own N-Layer integrated molecular mechanics (ONIOM), Carbapenem


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Vol 113

P. 222-230 - décembre 2018 Retour au numéro
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  • Integrated analysis of ethionamide resistance loci in Mycobacterium tuberculosis clinical isolates
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