本文關(guān)鍵詞：纖維素酶Cel7A中“間隔供水機(jī)制”的分子動(dòng)力學(xué)研究

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【摘要】：來自埃默森藍(lán)狀菌的Cel7A是糖苷水解酶7家族中的過程性內(nèi)切酶的一種。我們運(yùn)用分子動(dòng)力學(xué)模擬方法得到了Cel7A中底物糖鏈的還原末端位于不同位置的優(yōu)化后的滑行和水解兩種構(gòu)象。同時(shí),通過研究底物與蛋白之間的氫鍵來分析兩者之間的相互作用。在滑動(dòng)構(gòu)象中,-5至+1的糖環(huán)位點(diǎn)與受體蛋白之間具有輔助底物鏈滑動(dòng)的9個(gè)氫鍵,而在水解構(gòu)象中則是-4至+2糖環(huán)位點(diǎn)與受體蛋白之間具有固定底物作用的6個(gè)氫鍵。此外,在研究配體與受體之間的氫鍵作用的同時(shí),我們還發(fā)現(xiàn)了4個(gè)重要的疏水殘基,它們?cè)诙氯说孜锝Y(jié)合通道并且阻止外部水分子從其他通道到達(dá)水解位置。在本文中,域互關(guān)聯(lián)映射(Domain Cross-correlation Map)的分析顯示了蛋白質(zhì)內(nèi)部運(yùn)動(dòng)相關(guān)的位置,包括了殘基的自相關(guān)。均方根波動(dòng)(Root Mean Square Fluctuations)分析代表了兩個(gè)構(gòu)象的不同片段的波動(dòng)靈活性。為了進(jìn)一步的為關(guān)鍵殘基組的研究提供支持,我們還比較了在糖環(huán)+1和-1位置對(duì)應(yīng)正下方的兩個(gè)β折疊上得所有殘基的位置變化情況,主要通過對(duì)于這兩個(gè)構(gòu)象中每個(gè)殘基與選定位置的距離變化,進(jìn)而發(fā)現(xiàn)關(guān)鍵殘基的區(qū)別,通過比較這兩個(gè)構(gòu)象揭示了Cel7A的選擇性供水機(jī)制。機(jī)制可以被描述為當(dāng)?shù)孜锏倪�原末端由滑動(dòng)位置運(yùn)動(dòng)到水解位置時(shí),His225由于底物的滑動(dòng)被觸動(dòng),發(fā)生了下推并且旋轉(zhuǎn),His225的變化通過反平行β折疊中的氫鍵傳遞給與之相鄰股上的Glu209,并導(dǎo)致Glu209的平移。同時(shí),由于Glu209與Asp211在蛋白β折疊的同一股上,所以Glu209的位置改變導(dǎo)致了Asp211的位置的改變,進(jìn)一步使得當(dāng)構(gòu)象處于水解構(gòu)象位置時(shí)Asp211接近水解中心,將在滑動(dòng)構(gòu)象中結(jié)合在其羧基上的水分子提供給水解位置的糖苷鍵。在水解反應(yīng)完成之后,水解產(chǎn)物的產(chǎn)品纖維二糖將被排出蛋白之外,而底物會(huì)重新處于之前的滑動(dòng)的構(gòu)象的底物位置上,這樣,Asp211恢復(fù)到水解發(fā)生之前的位置上,也就是其初始位置,周而復(fù)始發(fā)生水解。總之,Asp211作為研究的最主要的殘基,可以比喻成一個(gè)運(yùn)輸水分子的電梯,將蛋白外部的水分子通過交替運(yùn)輸?shù)男问竭\(yùn)送到水解位置的糖苷鍵進(jìn)而參與酶的催化水解反應(yīng)。
【關(guān)鍵詞】：纖維素酶 催化水解反應(yīng) 過程性內(nèi)切酶 分子動(dòng)力學(xué)模擬 結(jié)合自由能計(jì)算 間隔供水機(jī)制
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：O629.8
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 緒論10-16
• 1.1 纖維素酶的特點(diǎn)及分類及研究意義10-12
• 1.2 纖維素酶家族和族系12
• 1.3 過程性內(nèi)切纖維素酶的特點(diǎn)和功能簡(jiǎn)介12-13
• 1.4 纖維素酶的兩種水解機(jī)制13-14
• 1.5 主要的研究?jī)?nèi)容14-16
• 第二章 理論基礎(chǔ)和計(jì)算方法簡(jiǎn)介16-19
• 2.1 分子動(dòng)力學(xué)16-17
• 2.2 結(jié)合自由能17-19
• 第三章 間隔性供水機(jī)制在ReCel7A水解中的研究19-44
• 3.1 簡(jiǎn)介：過程性內(nèi)切纖維素酶Cel7A的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)水解模式和關(guān)鍵殘基19-22
• 3.2 模擬結(jié)構(gòu)的獲得與實(shí)驗(yàn)操作22-24
• 3.2.1 初始結(jié)構(gòu)的獲得與處理22-24
• 3.2.2 常規(guī)分子動(dòng)力學(xué)參數(shù)設(shè)置24
• 3.3 結(jié)果與討論24-42
• 3.3.1 分子動(dòng)力學(xué)模擬結(jié)果取樣及兩個(gè)構(gòu)象的對(duì)比24-27
• 3.3.2 底物與周圍殘基形成的氫鍵及殘基的作用27-31
• 3.3.3 運(yùn)用域互關(guān)聯(lián)映射（Domain Cross-correlation Map）與均方根波動(dòng)（Root Mean Square Fluctuations）分析整體蛋白和相關(guān)位點(diǎn)31-34
• 3.3.4 推測(cè)“間隔性供水機(jī)制”和關(guān)鍵殘基的作用機(jī)理34-39
• 3.3.5 間隔性供水機(jī)制39-40
• 3.3.6 進(jìn)水通道40-42
• 3.4 總結(jié)42-44
• 參考文獻(xiàn)44-50
• 個(gè)人簡(jiǎn)介及科研成果50-51
• 致謝51

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