本文主要研究内容
作者白洁（2019）在《两类含铁酶催化机理的理论研究》一文中研究指出：酶是一切生命活动的基础,是机体内一切化学变化的激发促进者。蛋白酶主要由20种氨基酸组成。酶是高效催化剂,它可以提高反应速度的范围在5-17个数量级。酶促反应催化机理包括酸碱催化、金属离子催化、共价催化等。酶反应体系复杂且大多数反应迅速,仅仅通过实验手段难以确定反应中间体和过渡态的结构,以及各步基元反应的能量学信息。理论化学在酶催化反应机理方面具有独特的优势,计算结果可以与实验工作相互补充,对深入理解酶促反应发挥着不可或缺的作用。本论文主要采用分子动力学模拟以及量子力学和分子力学组合方法对两种酶的催化反应进行了较为系统的理论研究,在晶体结构的基础上构建了相应的计算模型,详细分析了反应中涉及的中间体和过渡态的结构特点和能量学信息,确定了酶催化反应的最可能路径。这些计算结果为深入理解酶催化反应奠定了一定的理论基础。主要研究内容如下:(1)双加氧酶NOV1催化白藜芦醇氧化裂解的机理研究NOV1是一种芪类裂解加氧酶(SCO),可以氧化裂解二苯乙烯的中心双键,形成两种酚醛。由NOV1的活性位点可知,铁辅因子与四个组氨酸配位且无负电荷配体,这对于含铁酶来说是不常见的。因此,基于最近获得的NOV1的晶体结构,我们用量子力学/分子力学(QM/MM)方法对NOV1的反应机理进行了研究。根据计算确定了铁氧复合物的两种结合模式(分子氧双配位模式和分子氧端基单配位模式),并且端基单配位模式利于催化。从晶体结构中获得的分子氧双配位模式是一种非活性形式,应首先转变为分子氧端基单配位模式以启动催化反应。对于氧端基单配位模式的反应物,三重态和五重态的能量接近。在所考虑的三条路径中,有两种途径(path_a路径和path_b1路径,仅在第一个C-O键形成的顺序上有所不同)包含二氧杂环丁烷中间体,这两条途径被认为是有利的,由此可以证实NOV1的双加氧酶机制。然而,涉及环氧乙烷中间体的路径(path_b2路径)在形成第二个C-O键时具有较高的能垒(三重态和五重态下分别为27.49和31.56 kcalmol-1),可以排除。另外,在path b2路径中,环氧乙烷中间体的形成很容易,且可以与溶剂水(非酶反应)反应形成副产物。此外,底物4’-OH和K134的不同质子化状态,以及水分子是否与铁配位,都不影响反应能垒。(2)PrhA(V150L/A232S)/AusE催化机理研究PrhA是一种来自青霉菌的α-酮戊二酸加氧酶,它可以催化多种类型的氧化反应。前人根据实验结果提出了PrhA(V150L/A232S)催化反应的大致机理,但是一些反应细节仍然是未知的。我们基于PrhA(V150L/A232S)与共底物(α-酮戊二酸)和底物(preaustinoid A1)复合物的晶体结构,构建了α-酮戊二酸-底物酶的复合物模型,并采用量子力学和分子力学(QM/MM)方法探讨了 PrhA(V150L/A232S)或AusE的催化机理。计算结果表明,整个催化反应包括三步连续的反应,分别为:去饱和化过程,碳骨架重排生成螺内酯和甲基羟基化过程,三步连续反应都是通过抽提H原子引发反应。反应主要在五重态下进行,在去饱和化过程中,抽提H1原子的能垒为19.4 kcal mol-1;重排反应中,中间体抽提H3原子的能垒为23.6 kcalmol-1;甲基化过程中,抽提H6原子的能垒为21.8 kcalmol-1。我们猜测造成不同能垒的主要原因是FeⅣ=O或FeⅢ-OH中间体中氧原子与氢原子的相对位置(距离或角度)不同。PrhA与AusE实现功能转化可能是由于残基突变导致FeⅣ=O复合物与底物不同位置上H的相对位置发生改变。本论文的创新和特色之处:1.在原子水平上揭示了 NOV1催化机理,通过计算确定了分子氧与铁的两种结合模式,给出了碳碳双键裂解过程的最低能量路径,证明了底物4’-OH的质子化状态不影响反应的势垒,并表明底物4’-OH对底物的结合起主要作用。这些研究结果可为深入理解NOV1的催化作用以及相似加氧酶裂解双键提供有用的信息。2.揭示了PrhA(V150L/A232S)的催化机理,阐明了两种蛋白酶PrhA与AusE实现功能转化的原因,通过探讨活性中心电子结构和几何结构与反应能垒的关系阐明了H抽取过程的相关规律。
Abstract
mei shi yi qie sheng ming huo dong de ji chu ,shi ji ti nei yi qie hua xue bian hua de ji fa cu jin zhe 。dan bai mei zhu yao you 20chong an ji suan zu cheng 。mei shi gao xiao cui hua ji ,ta ke yi di gao fan ying su du de fan wei zai 5-17ge shu liang ji 。mei cu fan ying cui hua ji li bao gua suan jian cui hua 、jin shu li zi cui hua 、gong jia cui hua deng 。mei fan ying ti ji fu za ju da duo shu fan ying xun su ,jin jin tong guo shi yan shou duan nan yi que ding fan ying zhong jian ti he guo du tai de jie gou ,yi ji ge bu ji yuan fan ying de neng liang xue xin xi 。li lun hua xue zai mei cui hua fan ying ji li fang mian ju you du te de you shi ,ji suan jie guo ke yi yu shi yan gong zuo xiang hu bu chong ,dui shen ru li jie mei cu fan ying fa hui zhao bu ke huo que de zuo yong 。ben lun wen zhu yao cai yong fen zi dong li xue mo ni yi ji liang zi li xue he fen zi li xue zu ge fang fa dui liang chong mei de cui hua fan ying jin hang le jiao wei ji tong de li lun yan jiu ,zai jing ti jie gou de ji chu shang gou jian le xiang ying de ji suan mo xing ,xiang xi fen xi le fan ying zhong she ji de zhong jian ti he guo du tai de jie gou te dian he neng liang xue xin xi ,que ding le mei cui hua fan ying de zui ke neng lu jing 。zhe xie ji suan jie guo wei shen ru li jie mei cui hua fan ying dian ding le yi ding de li lun ji chu 。zhu yao yan jiu nei rong ru xia :(1)shuang jia yang mei NOV1cui hua bai li lu chun yang hua lie jie de ji li yan jiu NOV1shi yi chong qi lei lie jie jia yang mei (SCO),ke yi yang hua lie jie er ben yi xi de zhong xin shuang jian ,xing cheng liang chong fen quan 。you NOV1de huo xing wei dian ke zhi ,tie fu yin zi yu si ge zu an suan pei wei ju mo fu dian he pei ti ,zhe dui yu han tie mei lai shui shi bu chang jian de 。yin ci ,ji yu zui jin huo de de NOV1de jing ti jie gou ,wo men yong liang zi li xue /fen zi li xue (QM/MM)fang fa dui NOV1de fan ying ji li jin hang le yan jiu 。gen ju ji suan que ding le tie yang fu ge wu de liang chong jie ge mo shi (fen zi yang shuang pei wei mo shi he fen zi yang duan ji chan pei wei mo shi ),bing ju duan ji chan pei wei mo shi li yu cui hua 。cong jing ti jie gou zhong huo de de fen zi yang shuang pei wei mo shi shi yi chong fei huo xing xing shi ,ying shou xian zhuai bian wei fen zi yang duan ji chan pei wei mo shi yi qi dong cui hua fan ying 。dui yu yang duan ji chan pei wei mo shi de fan ying wu ,san chong tai he wu chong tai de neng liang jie jin 。zai suo kao lv de san tiao lu jing zhong ,you liang chong tu jing (path_alu jing he path_b1lu jing ,jin zai di yi ge C-Ojian xing cheng de shun xu shang you suo bu tong )bao han er yang za huan ding wan zhong jian ti ,zhe liang tiao tu jing bei ren wei shi you li de ,you ci ke yi zheng shi NOV1de shuang jia yang mei ji zhi 。ran er ,she ji huan yang yi wan zhong jian ti de lu jing (path_b2lu jing )zai xing cheng di er ge C-Ojian shi ju you jiao gao de neng lei (san chong tai he wu chong tai xia fen bie wei 27.49he 31.56 kcalmol-1),ke yi pai chu 。ling wai ,zai path b2lu jing zhong ,huan yang yi wan zhong jian ti de xing cheng hen rong yi ,ju ke yi yu rong ji shui (fei mei fan ying )fan ying xing cheng fu chan wu 。ci wai ,de wu 4’-OHhe K134de bu tong zhi zi hua zhuang tai ,yi ji shui fen zi shi fou yu tie pei wei ,dou bu ying xiang fan ying neng lei 。(2)PrhA(V150L/A232S)/AusEcui hua ji li yan jiu PrhAshi yi chong lai zi qing mei jun de α-tong wu er suan jia yang mei ,ta ke yi cui hua duo chong lei xing de yang hua fan ying 。qian ren gen ju shi yan jie guo di chu le PrhA(V150L/A232S)cui hua fan ying de da zhi ji li ,dan shi yi xie fan ying xi jie reng ran shi wei zhi de 。wo men ji yu PrhA(V150L/A232S)yu gong de wu (α-tong wu er suan )he de wu (preaustinoid A1)fu ge wu de jing ti jie gou ,gou jian le α-tong wu er suan -de wu mei de fu ge wu mo xing ,bing cai yong liang zi li xue he fen zi li xue (QM/MM)fang fa tan tao le PrhA(V150L/A232S)huo AusEde cui hua ji li 。ji suan jie guo biao ming ,zheng ge cui hua fan ying bao gua san bu lian xu de fan ying ,fen bie wei :qu bao he hua guo cheng ,tan gu jia chong pai sheng cheng luo nei zhi he jia ji qiang ji hua guo cheng ,san bu lian xu fan ying dou shi tong guo chou di Hyuan zi yin fa fan ying 。fan ying zhu yao zai wu chong tai xia jin hang ,zai qu bao he hua guo cheng zhong ,chou di H1yuan zi de neng lei wei 19.4 kcal mol-1;chong pai fan ying zhong ,zhong jian ti chou di H3yuan zi de neng lei wei 23.6 kcalmol-1;jia ji hua guo cheng zhong ,chou di H6yuan zi de neng lei wei 21.8 kcalmol-1。wo men cai ce zao cheng bu tong neng lei de zhu yao yuan yin shi FeⅣ=Ohuo FeⅢ-OHzhong jian ti zhong yang yuan zi yu qing yuan zi de xiang dui wei zhi (ju li huo jiao du )bu tong 。PrhAyu AusEshi xian gong neng zhuai hua ke neng shi you yu can ji tu bian dao zhi FeⅣ=Ofu ge wu yu de wu bu tong wei zhi shang Hde xiang dui wei zhi fa sheng gai bian 。ben lun wen de chuang xin he te se zhi chu :1.zai yuan zi shui ping shang jie shi le NOV1cui hua ji li ,tong guo ji suan que ding le fen zi yang yu tie de liang chong jie ge mo shi ,gei chu le tan tan shuang jian lie jie guo cheng de zui di neng liang lu jing ,zheng ming le de wu 4’-OHde zhi zi hua zhuang tai bu ying xiang fan ying de shi lei ,bing biao ming de wu 4’-OHdui de wu de jie ge qi zhu yao zuo yong 。zhe xie yan jiu jie guo ke wei shen ru li jie NOV1de cui hua zuo yong yi ji xiang shi jia yang mei lie jie shuang jian di gong you yong de xin xi 。2.jie shi le PrhA(V150L/A232S)de cui hua ji li ,chan ming le liang chong dan bai mei PrhAyu AusEshi xian gong neng zhuai hua de yuan yin ,tong guo tan tao huo xing zhong xin dian zi jie gou he ji he jie gou yu fan ying neng lei de guan ji chan ming le Hchou qu guo cheng de xiang guan gui lv 。
论文参考文献
论文详细介绍
论文作者分别是来自山东大学的白洁，发表于刊物山东大学2019-07-16论文，是一篇关于方法论文,芪类裂解加氧酶论文,加氧酶论文,山东大学2019-07-16论文的文章。本文可供学术参考使用，各位学者可以免费参考阅读下载，文章观点不代表本站观点，资料来自山东大学2019-07-16论文网站，若本站收录的文献无意侵犯了您的著作版权，请联系我们删除。
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