金屬酶在許多生命過程中起著至關(guān)重要的作用,它們可以催化許多不同類型的生物反應(yīng),具有高效性和高選擇性。了解金屬酶的催化反應(yīng)機(jī)理可以對酶的改造和利用提供理論指導(dǎo)。近年來,隨著量子化學(xué)理論方法以及計(jì)算機(jī)計(jì)算速度的飛速發(fā)展,量子力學(xué)/分子力學(xué)（QM/MM）組合方法已經(jīng)成功地運(yùn)用在闡述金屬酶催化反應(yīng)機(jī)理和選擇性。在本論文中,我們采用QM/MM方法研究了細(xì)菌中含鎳槲皮素雙加氧酶的催化反應(yīng)機(jī)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(gè)反應(yīng)勢能面的計(jì)算確認(rèn)反應(yīng)機(jī)理和分析化學(xué)選擇性來源。計(jì)算結(jié)果表明Glu74必須是去質(zhì)子化的才可以解釋反應(yīng)的化學(xué)選擇性,使反應(yīng)具有合適的總能壘并得到實(shí)驗(yàn)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(yīng)途徑,導(dǎo)致副產(chǎn)物α-酮酸的生成。氧氣分子與酶結(jié)合時(shí)形成Ni ^II-超氧自由基（O₂·^-）槲皮素自由基復(fù)合... 

【文章來源】：華中科技大學(xué)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(xué)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(jì)算體系示意圖。右邊是活性位點(diǎn)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(xué)/分子力學(xué)（QM/MM）方法[20-27]和量子化學(xué)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(yīng)學(xué)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(yàn)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(jì)算結(jié)果表明，去質(zhì)子化的 Glu74 對化學(xué)選擇關(guān)重要的作用。當(dāng) Glu74 是質(zhì)子化狀態(tài)時(shí)，整個(gè)反應(yīng)會(huì)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(gè)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