Details

Autor(en) / Beteiligte

• Csonka, Gábor I.
• Schubert, Gábor A.
• Perczel, András
• Sosa, Carlos P.
• Csizmadia, Imre G.

Titel

Ab Initio Conformational Space Study of Model Compounds of O-Glycosides of Serine Diamide

Ist Teil von

• Chemistry : a European journal, 2002-10, Vol.8 (20), p.4718-4733

Ort / Verlag

Weinheim: WILEY-VCH Verlag

Erscheinungsjahr

2002

Quelle

Wiley-Blackwell Journals

Beschreibungen/Notizen

• Relative stabilities of rotamers of the N‐acetyl‐O‐(2‐acetamido‐2‐deoxy‐α‐D‐galactopyranosyl)‐l‐seryl‐N′‐methyl amide (1) and eleven analogous molecules containing β‐galactose, α‐ and β‐mannose, α‐ and β‐glucose, and l‐threonine were calculated to learn whether they could explain the natural preference for 1 in linkages between the carbohydrate and protein in glycoproteins. The lowest energy rotamers of four O‐glycoside models of serine diamide were identified with a Monte Carlo search coupled with molecular mechanics (MM2*). These rotamers were further optimized with an ab initio level of theory (HF/6‐31G(d)). Subsequently, B3LYP/6‐31+G(d) single point energies were calculated for the most stable HF structures. The most favorable interactions are present in 1 and its glucose analogue. The monosaccharide for the carbohydrate antenna is anchored to the serine residue with an AcNH⋅⋅⋅OC‐NHMe hydrogen bond in the most stable rotamers. The mannose analogue and the β‐anomers are considerably less stable according to the MM2* and especially to the ab inito energy values. The three analogues have HF/6‐31G(d) energies which are 4–6 kcal mol−1 higher; the single point B3LYP/6‐31+G(d)//HF/6‐31G(d) calculations yield preferences of 3–5 kcal mol−1 for 1. The most stable l‐threonine analogues show a behaviour very similarly to the corresponding serine analogues. The ZPE and thermal correction components of the calculated ΔH298 and ΔG298 values are relatively small (<0.4 kcal mol−1). However, the TΔS298 term can be as large as 2.6 kcal mol−1. The entropy terms stabilize the α‐anomers relative to β‐anomers, and ManNAc relative to GalNAc. The largest stabilization effect is observed for one of the rotamers of the α‐anomer of ManNAc. Az N‐acetil‐O‐(2‐acetamido‐2‐deoxi‐α‐D‐galactopiranozil)‐L‐szeril‐N′‐metilamid (1) és e molekula 11 analógjának (β‐galaktóz, valamint α‐ és β‐mannóz, glükóz és L‐treonin) relatív energiáit határoztuk meg, hogy ezzel magyarázatot kapjunk arra, hogy a természetben miért 1 fordul elő leggyakrabban a glikoproteinekben, mint a szénhidrátot és a fehérjét összekapcsoló egység. Az szerin diamid O‐glikozid modelljeinek legstabilabb rotamerjeit Monte‐Carlo kereséssel kombinált molekulamechanikai számítással (MM2*) határoztuk meg. Ezt követően a rotamerek geometriáját ab initio szinten (HF/6‐31G(d)) további optimáltuk. A legstabilabb HF szerkezetek energiáit B3LYP/6‐31+G(d) szinten is meghatároztuk. A legkedvezőbb kölcsönhatás 1‐ben figyelhető meg. E molekula legstabilabb rotamerjeiben a monoszacharidhoz AcNH⋅⋅⋅OC‐NHMe típusú hidrogénhidas kötéssel kapcsolódik a szénhidrát antenna. A három másik analóg jóval kevésbé stabilabb az MM2* számítások szerint, és ez a különbség még nagyobb az ab initio energiák esetében. A három másik analógnál az energiák 4–6 kcal mol−1‐lal magasabbak a HF/6‐31G(d) számítások szerint. A B3LYP/6‐31+G(d)//HF/6‐31G(d) számítások alapján pedig 3–5 kcal mol−1‐lal stabilabb az 1‐es molekula a többi analógnál. A ΔH298 és ΔG298 értékekhez tartozó zéruspont és termikus energia korrekciók viszonylag kicsik (<0.4 kcal mol−1), viszont a TΔS298 kifejezés értéke akár 2.6 kcal mol−1 is lehet. Az entrópia tag az α‐anomert stabilizálja a β‐hoz képest, valamint a ManNAc részt tartalmazó molekulákat a GalNAc részt tartalmazó molekulákhoz képest. A legnagyobb stabilizációs hatás az egyik ManNAc részt tartalmazó α‐anomerben figyelhető meg. A model compound for the O‐glycosidic bond, N‐acetyl‐O‐(2‐acetamido‐2‐deoxy‐α‐D‐galactopyranosyl)‐L‐seryl‐N′‐methyl amide (1), is investigated with respect to its ab initio conformational space. The conformational space of eleven analogous molecules is then compared with the results in order to understand the origins of the energetic preferences in the gas phase and provide basis for natural preference investigations.