CAJ | 학술논문

克氏锥虫唾液酸转移酶(TcTs)是恰加斯病的致病原,它具有由6个β片构成的桶状催化结构域.该催化结构域集中在酶N端的边缘.本文利用量子力学/分子力学( QM/MM)联用的模型研究了克氏锥虫唾液酸转移酶的催化机理.初始酶和底物复合物模型由蛋白质晶体数据库得到(PDB ID:1SOI).其中QM部分在半经验模型中由AM1描述,在从头算模型中由B3LYP/6-31G*描述.MM部分只取酶的N端结构域,并始终由AMBER力场来描述.QM部分与MM部分成键相互作用边界用pseudo-bond方法处理,将3个重要的氨基酸残基(Glu230,Asp59,Tyr342)的Cα-Cβ键作为QM/MM模型中的pseudo-bond.由Nudged Elastic Band (NEB)路径优化方法得到的TcTs半经验的最低能量反应路径中,关键原子间距离沿最低能量路径的变化表明:反应开始后Glu230开始靠近Tyr342,当它们之间的氢键距离由2.9(A)缩短为2.4(A)时,Tyr342将质子转移给Glu230,增强了Tyr342酚氧负离子的碱性,更有利于Tyr342亲核进攻糖苷键.同时,Asp59作为酸,提供质子给糖苷键断裂后的离去基团.过程中,伴随着唾液酸的单糖糖环从扭曲的船式构象向松弛的椅式构象的转变,从而更有利于稳定生成的共价唾液酸-酶中间产物.对得到的半经验的最低能量反应路径再做B3LYP/6-31G*/MM模型下的优化,得到反应的能垒约为13.53 kcal/mol,说明该反应路径是合理的.研究结果与实验上通过突变的TcTSD59A推测的乒乓双置换酸碱催化的机理一致,是对实验结论的有力支持,为TcTs抑制剂的设计和结构修饰提供了理论参考,有助于预防和抗恰加斯病的新药物研发.
극씨추충타액산전이매(TcTs)시흡가사병적치병원,타구유유6개β편구성적통상최화결구역.해최화결구역집중재매N단적변연.본문이용양자역학/분자역학( QM/MM)련용적모형연구료극씨추충타액산전이매적최화궤리.초시매화저물복합물모형유단백질정체수거고득도(PDB ID:1SOI).기중QM부분재반경험모형중유AM1묘술,재종두산모형중유B3LYP/6-31G*묘술.MM부분지취매적N단결구역,병시종유AMBER력장래묘술.QM부분여MM부분성건상호작용변계용pseudo-bond방법처리,장3개중요적안기산잔기(Glu230,Asp59,Tyr342)적Cα-Cβ건작위QM/MM모형중적pseudo-bond.유Nudged Elastic Band (NEB)로경우화방법득도적TcTs반경험적최저능량반응로경중,관건원자간거리연최저능량로경적변화표명:반응개시후Glu230개시고근Tyr342,당타문지간적경건거리유2.9(A)축단위2.4(A)시,Tyr342장질자전이급Glu230,증강료Tyr342분양부리자적감성,경유리우Tyr342친핵진공당감건.동시,Asp59작위산,제공질자급당감건단렬후적리거기단.과정중,반수착타액산적단당당배종뉴곡적선식구상향송이적의식구상적전변,종이경유리우은정생성적공개타액산-매중간산물.대득도적반경험적최저능량반응로경재주B3LYP/6-31G*/MM모형하적우화,득도반응적능루약위13.53 kcal/mol,설명해반응로경시합리적.연구결과여실험상통과돌변적TcTSD59A추측적핑퐁쌍치환산감최화적궤리일치,시대실험결론적유력지지,위TcTs억제제적설계화결구수식제공료이론삼고,유조우예방화항흡가사병적신약물연발.