金屬酶在許多生命過程中起著至關重要的作用,它們可以催化許多不同類型的生物反應,具有高效性和高選擇性。了解金屬酶的催化反應機理可以對酶的改造和利用提供理論指導。近年來,隨著量子化學理論方法以及計算機計算速度的飛速發(fā)展,量子力學/分子力學（QM/MM）組合方法已經(jīng)成功地運用在闡述金屬酶催化反應機理和選擇性。在本論文中,我們采用QM/MM方法研究了細菌中含鎳槲皮素雙加氧酶的催化反應機理和催化選擇性,取得的研究結(jié)果如下:首先基于蛋白晶體結(jié)構(gòu)構(gòu)建酶水溶劑模型,然后再選擇合適的活性中心QM區(qū)域,其中考慮了與Ni配位的Glu74殘基為中性和去質(zhì)子化兩種狀態(tài)。通過對整個反應勢能面的計算確認反應機理和分析化學選擇性來源。計算結(jié)果表明Glu74必須是去質(zhì)子化的才可以解釋反應的化學選擇性,使反應具有合適的總能壘并得到實驗上觀察到的主產(chǎn)物2-原兒茶酚基間苯三酚羧酸和CO分子。如果Glu74殘基是中性的,那么槲皮素的的2,3-裂解將成為主要反應途徑,導致副產(chǎn)物α-酮酸的生成。氧氣分子與酶結(jié)合時形成Ni ^II-超氧自由基（O₂·^-）槲皮素自由基復合... 

【文章來源】：華中科技大學湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：87 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

米氏方程及米氏方程曲線

3.2. 槲皮素 2,4-雙加氧酶 QM/MM 計算體系示意圖。右邊是活性位點的放大示意ure 3.2. System used in QM/MM calculations. On the right side, an enlarged view is d the active site.近年來，量子力學/分子力學（QM/MM）方法[20-27]和量子化學簇方法用于研究各種含鎳依賴性酶[35-49]和許多其他金屬酶[50-60]，解析出了許多理問題。在本研究中，我們使用 QM/MM 方法來闡明 2,4-QueD 的反應學選擇性。特別需要提出的是，X 射線單一構(gòu)象被用于本文的 QM/MM種方法已經(jīng)被 Ramos 及其合作者充分驗證[61,62]。我們考慮了第一殼u74 的兩種質(zhì)子化狀態(tài)，即中性狀態(tài)和去質(zhì)子化狀態(tài)。與以往研究的槲氧酶不一樣的是，我們的計算結(jié)果表明，去質(zhì)子化的 Glu74 對化學選擇關重要的作用。當 Glu74 是質(zhì)子化狀態(tài)時，整個反應會形成二氧雜環(huán)丁中間體，最終產(chǎn)生 α-酮酸，而形成一氧化碳途徑的能壘要比產(chǎn)生 α-酮

Phe174, Arg175, HSP178, Trp180ENZD: Pro20, Phe22, Phe51Water: Cryw58, Cryw60, Cryw62, Cryw66, Cryw67, Cryw72, Cryw73, CryCryw113, Cryw114, Wat356, Wat1677, Wat2271, Wat2304, Wat2305, Wat3Wat3428, Wat3466, Wat3579, Wat3590, Wat4075, Wat4084, Wat4087, Wat5Wat6876, Wat7798, Wat7945Nickel, oxygen and quercetin對于模型 I，QM 區(qū)域由 78 個原子組成，包括 Ni 離子，氧氣和槲皮素底物，His67，His69，His113 和質(zhì)子化的 Glu74。QM 區(qū)域的總電荷為+1。II 含有去質(zhì)子化的 Glu74，其余與模型 I 保持一致，因此 QM 區(qū)域總共含有 7原子，總電荷為 0，如圖 3.3 所示。


本文編號：2926252