Effect of Alcohols Toward the Transphosphatidylation Activity in Phospholipase D Catalyzed Reaction

In the presence of alcohol, phospholipase D (PLD) is known to perform transphosphatidylation activity, during which the overall reaction rate of PLD increased. To elucidate the reaction mechanism of transphosphatidylation further, we investigated rate constants of transphosphatidylation reaction of the purified ${\alpha}$-type PLD from cabbage in the presence of various alcohols. The second-oder rate constants of PLD transphosphatidylation showed a large increase with the primary alcohols examined as expected. In the case of butanol we observed the second-oder rate constant of $33.33{\pm}1.33M^{-1}sec^{-1}$. This second-order rate constant of transphosphatidylation was as 400 times greater as the second-order hydrolysis rate constant of $0.078M^{-1}sec^{-1}$ which was adjusted for the water concentration. A linear free energy relationship between the $pK_a$ of alcohol and transphosphatidylation rate gives a Br${\o}$nsted slope of ${\beta}_{nu}$ = 0.12 ${\pm}$ 0.03. This small ${\beta}_{nu}$ value implicates that the transition state of break down of phosphatidyl-enzyme intermediate (E-P) is likely dissociative. Finally, a reaction mechanism of cabbage PLD is suggested on the basis of our results presented here and the histidine residue known to be located in the active site of cabbage PLD.

포스포리파제 D 촉매반응에서 포스파티딜 전달반응 활성에 미치는 알코올의 영향

포스포리파제 D(PLD)는 알코올 존재 하에서 포스파티딜 전달반응이 일어나며 동시에 PLD의 전체 반응속도도 증가하는 것으로 알려져 있다. 이 포스파티딜 전달반응을 자세히 구명하기위해 본 실험에서는 양배추에서 정제한 ${\alpha}$-type PLD를 가지고 여러 종류의 알코올 존재 하에서 포스파티딜 전달반응의 반응속도를 검토하였다. 실험 결과 검토한 1차 알코올들에 의해 PLD의 포스파티딜 전달반응 속도는 기대했던 대로 크게 증가하였다. 부탄올의 경우 2차 반응속도는 $33.33{\pm}1.33M^{-1}sec^{-1}$로 얻어졌으며, 이 전달반응 속도를 물의 농도를 고려한 가수분해 속도($0.078M^{-1}sec^{-1}$)와 비교하면 무려 400배 이상의 격차를 보여주었다. 알코올의 $pK_a$과 포스파티딜 전달반응 속도와의 자유에너지 선형 관계로부터 브뢴스테드 ${\beta}_{nu}$ 값 $0.12{\pm}0.03$을 얻었다. 비교적 적은 ${\beta}_{nu}$ 값으로 미루어보아 끊어지는 포스파티딜-효소 중간체(E-P)의 전이상태는 상당히 해리된 상태일 것으로 추정된다. 이들 결과와 양배추 PLD의 활성부위의 히스티딘 잔기를 참작하여 양배추 PLD의 반응메커니즘을 제안하였다.