【摘要】：葡萄糖氧化酶(GOx)是一種重要的生物催化劑,廣泛應(yīng)用于食品加工、臨床檢測和分析化學等領(lǐng)域。許多微生物和昆蟲體內(nèi)都存在葡萄糖氧化酶,生物工業(yè)所用的GOx主要產(chǎn)自黑曲霉和青霉。葡萄糖氧化酶由兩個相同的亞基構(gòu)成,每個亞基序列長度在580左右,每個亞基中含有一個輔因子,該輔因子為黃素腺嘌呤二核苷酸(FAD)。葡萄糖氧化酶催化β-D-glucose氧化生成δ-葡萄糖內(nèi)酯,隨后O2被還原成H2O2。該反應(yīng)過程可按反應(yīng)機理分為半還原反應(yīng)和半氧化反應(yīng)。半還原反應(yīng)過程指GOx從β-D-glucose分子中轉(zhuǎn)移走2個氫原子,使之形成δ-葡萄糖酸內(nèi)酯。同時,GOx發(fā)生還原,FAD輔因子轉(zhuǎn)變成為還原型FADH2。最后,半還原反應(yīng)生成的δ-葡萄糖酸內(nèi)酯進行非酶水解生成葡萄糖酸。半氧化反應(yīng)過程指還原型FADH2被分子氧重新氧化回原有狀態(tài),并生成過氧化氫。由于葡萄糖C1羥基處在β位時酶的活力比處于α位時高約160倍,因此,β-D-glucose在GOx中的作用機制引起人們的關(guān)注。本文從PDB數(shù)據(jù)中獲取來自青霉的GOx和β-D-glucose的晶體結(jié)構(gòu),使用Amber軟件分別對GOx和含有底物β-D-glucose的GOx進行分子動力學模擬。研究發(fā)現(xiàn)GOx活性口袋中只有Glu416、His520和His563三個氨基酸殘基靠近反應(yīng)位點。Glu416和His563之間通過氫鍵形成復(fù)合物,即His563Nε2和Glu416Oε之間形成氫鍵。因此,這三個氨基酸殘基被認為是GOx肽鏈反應(yīng)中心殘基,本文著重對這三個殘基進行分析研究。研究發(fā)現(xiàn),添加底物β-D-glucose后,GOx活性口袋中β-D-glucose的C1羥基氫原子即H(O1)有向His520Nε2轉(zhuǎn)移的趨勢。β-D-glucose的C1氫原子即H(C1)有向FAD輔因子N5轉(zhuǎn)移的趨勢。研究發(fā)現(xiàn)His563Nε2上的氫原子(His563Hε2)可與Glu416Oε1、Glu416Oε2形成氫鍵,且其形成氫鍵的比率分別為0.55和0.44。GOx添加底物β-D-glucose后,His563Hε2與Glu416Oε1、Glu416Oε2形成氫鍵的比率分別為0.235和0.745。該結(jié)果表明在含有底物的GOx中,Glu416Oε2更易與His563Hε2形成氫鍵。本文采用分子動力學模擬方法對GOx和β-D-glucose的作用機制進行了研究。通過分析GOx活性口袋、肽鏈反應(yīng)中心、FAD輔因子及底物β-D-glucose的變化,加深了對GOx與β-D-glucose反應(yīng)機制的認識。
【學位授予單位】：鄭州大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：Q55

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