腈和苯酚与相关降解酶之间的分子对接研究
发布时间：2020-10-11 02:06
针对工业废水中的主要成分腈类和酚类对环境污染日益严重的现象,本课题用分子对接的方法研究了这两类有毒污染物在生物降解过程中与相关降解酶之间的结合模式和相互作用,同时通过表面活性剂Triton X-100对漆酶处理苯酚的影响实验来验证对接理论。 腈在各种工业过程中的连续排放已经引起严重的环境污染。腈类化合物的微生物转化包括水解、氧化和还原。腈水解成相应的酰胺和羧酸在有机合成中应用最广。传统的化学水解成本高,需要消耗大量的强酸碱,有副产物,且对环境造成严重污染。微生物转化所需的温度和pH条件温和,化学、区域和立体选择性高,产物不需要多步纯化,这种高效节能的水解方法对环境友好,是传统化学合成方法难以达到的。微生物通过用腈降解酶与腈直接作用有不同的腈降解途径,但是这些相互作用大部分都未知而且难于用实验判断,但对解释腈的新陈代谢和设计腈转化率高的腈降解酶有重要作用。本课题进行了分子模拟研究腈降解为酸的双酶法中酶和底物的结合方式。对接结果显示,Rhodococcus erythropolis AJ270(ReNHase)和Pseudonocardia thermophila JCM3095(PtNHase)中的腈水合酶、Rhodococcus sp. N-771(RhAmidase)中的酰胺酶最适的底物分别是氰苯、3-氰基吡啶、L-蛋氨酰胺。我们进一步分析了这些最佳构象与对应的酶之间的相互作用剖面图,结果表明酶的结合口袋中特定的残基与底物间形成不同的作用方式。污染物处理过程中,结合图和相互作用剖面图的这一信息在设计对腈和酰胺类有更好的氧化活性的腈降解酶突变体时有重要作用。 据报道,表面活性剂的存在能减少酶与氧化聚合产物之间的相互作用,从而保护酶使其不至于失活。另外,酶与表面活性剂之间的相互作用可引起酶的构象或者活性位点的改变,从而影响酶的活性和稳定性。然而,就目前所知,酶与表面活性剂之间的作用机理尚缺少研究。分子对接是一种能预测蛋白质和配体之间相互作用的方法。在本研究中,非离子表面活性剂Triton X-100将作为添加剂来研究其对苯酚去除的影响。 本课题研究了Triton X-100对漆酶氧化去除水溶液中苯酚的作用。分子对接结果显示苯酚在被氧化前与漆酶间形成了氢键和疏水作用。Triton X-100在浓度从31到930μM间能提高苯酚去除率。本研究论证了苯酚去除效果的改善可能归结于Triton X-100所引起的漆酶活性的增强。分子对接结果还显示出Triton X-100与漆酶间形成了疏水作用,这也许是漆酶活性增强的原因之一。结果表明Triton X-100可以作为水处理或修复过程的添加剂来提高由漆酶催化的苯酚去除率。本课题的研究成果对相关专业的科研工作者有重要的参考价值。
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：X703
【部分图文】：
图2.2 Rhodococcm sp. N-771的X射线晶体结构显示两个0((3异二聚体。两个异二聚体的蛋白质链分别用蓝色和绿色，黄色和红色表示Fig.2.2 Representation of the x-ray crystallographic structure from Rhodococcus sp. N-77127showing the two a(3 heterodimers, with protein chains of the two heterodiiners colored in blueand green, and yellow and red, respectively这四种酶的晶体结构揭示了前所未有的配合基领域。先前的分光镜预测金属中心有三个保守的半胱氨酸残基和来自蛋白链上的两个去质子酰胺氮，形成六个配合基的八面体（图2.3)，两种研究方法的预测并不一致。金属中心和配体都在异二聚体的a亚基上，卩亚基的两个精氨酸残基与两个半胱氨酸残基结合形成氢键。铁型腈水合酶有两种结晶形式，一种是钝性的，第六配体是一氧化氮，还有一种是活性的。尽管在铁型腈水合酶的活性晶体结构中第六配体没有分解，分光镜现象表明一个水分子或者氧氧化物占领这个位点。与大量光谱测量结果一致的是，两种晶体结构揭示了与铁型和钴型腈水合酶中金属协调的两个硫醇盐配体一
暖地区（东经109、北纟韦30°),在国内云南、贵州、四川、陕西省份比较集中，国外主要是我国东南周边的国家，并集中分布在图2.10中红线所示的三角区域。漆树上所割的液体树汁称为生漆，是一种既古老又新型的化工材料，是现代工业、农业、国防、科技民用及外贸出口的重要物质。目前，中国的生漆产量约占世界总产量的70%?85%[94-96]。 ，八. ■ ：:. ： n：?: .. r/、…* Cc : - , ■，■雙讓::..:':： :iEA . .:.. CHINAi . ；, , .、— . 画 30-、“"二 -Kl^N ‘卞‘：r'^OnW}'^ 拳 ,卞 穩.俗脚、捕?rtt丨―u—Bf ^VTCTNAM... % . ..….、 .、. -5 90 105 120 135 150图2.10漆树在世界上的分布Fig.2.10 Lacquer tree distributed in the world除了漆树科植物以外，漆酶在拟南芥CArabidopsis thaliana) >松树(Pinustaeda ) ^ 水稍(Oryza sativa ) > 黄杨(Populus trichocarpa )和欧亚槭树（lerpseudolantauus )等中也有报道，有人从棉花的cDNA文库中分离到两个漆酶cDNA,结合已有文献可以肯定漆酶在高等植物中也是广泛存在的。漆树漆酶是目前从植物源漆树提取的活性最高的漆酶，是我国的一种特产资源，目前已知的产漆酶的植物源概括在表2.3中[97-99]。表2.3漆酶的植物来源Table 2.3 Sources of plant laccases来源 中文名 Rhus vernicifera 漆?
图3.3ReNHase/氰苯复合物之间的相互作用。ReNHase的3D结构用黄色条状模型表示；氰苯的3D结构用绿色条状模型代表。相互作用用虚线显示Fig.3.3 Interactions of ReNI lase/benzonitrile complex. The 3D structures of ReNHase, are shownin yellow stick models; the 3D structures of benzonilrile are represented in green stick models.Interactions are showed in dashed lines3.4本章小结本章研究了来自Rhodococcus erythropolis A.1270的铁型腈水合酶ReNHase与各种腈类底物间的结合模式和相互作用分析，尽管已有研究充分证实了 ReNHase能够降解这些腈，至今还没有报道这些腈与ReNHase之间的结合模式，这里首次成功确定了复合体ReNHase/氰苯的相互作用剖面图。尽管底物不同，ReNHase/氰苯复合物呈现出较高的Re-Rank得分。ReNHase/底物复合体之间的相互作用有氣键、疏水作用、亲水-疏水作用，出现在每种底物结合到铁型腈降解酶时。结果表明THR126 A和ILE24 B在氰苯形成氢键作用时是必要的。HIS29 B也是通
【参考文献】
本文编号：2835889
【学位单位】：湖南大学
【学位级别】：博士
【学位年份】：2014
【中图分类】：X703
【部分图文】：
图2.2 Rhodococcm sp. N-771的X射线晶体结构显示两个0((3异二聚体。两个异二聚体的蛋白质链分别用蓝色和绿色，黄色和红色表示Fig.2.2 Representation of the x-ray crystallographic structure from Rhodococcus sp. N-77127showing the two a(3 heterodimers, with protein chains of the two heterodiiners colored in blueand green, and yellow and red, respectively这四种酶的晶体结构揭示了前所未有的配合基领域。先前的分光镜预测金属中心有三个保守的半胱氨酸残基和来自蛋白链上的两个去质子酰胺氮，形成六个配合基的八面体（图2.3)，两种研究方法的预测并不一致。金属中心和配体都在异二聚体的a亚基上，卩亚基的两个精氨酸残基与两个半胱氨酸残基结合形成氢键。铁型腈水合酶有两种结晶形式，一种是钝性的，第六配体是一氧化氮，还有一种是活性的。尽管在铁型腈水合酶的活性晶体结构中第六配体没有分解，分光镜现象表明一个水分子或者氧氧化物占领这个位点。与大量光谱测量结果一致的是，两种晶体结构揭示了与铁型和钴型腈水合酶中金属协调的两个硫醇盐配体一
暖地区（东经109、北纟韦30°),在国内云南、贵州、四川、陕西省份比较集中，国外主要是我国东南周边的国家，并集中分布在图2.10中红线所示的三角区域。漆树上所割的液体树汁称为生漆，是一种既古老又新型的化工材料，是现代工业、农业、国防、科技民用及外贸出口的重要物质。目前，中国的生漆产量约占世界总产量的70%?85%[94-96]。 ，八. ■ ：:. ： n：?: .. r/、…* Cc : - , ■，■雙讓::..:':： :iEA . .:.. CHINAi . ；, , .、— . 画 30-、“"二 -Kl^N ‘卞‘：r'^OnW}'^ 拳 ,卞 穩.俗脚、捕?rtt丨―u—Bf ^VTCTNAM... % . ..….、 .、. -5 90 105 120 135 150图2.10漆树在世界上的分布Fig.2.10 Lacquer tree distributed in the world除了漆树科植物以外，漆酶在拟南芥CArabidopsis thaliana) >松树(Pinustaeda ) ^ 水稍(Oryza sativa ) > 黄杨(Populus trichocarpa )和欧亚槭树（lerpseudolantauus )等中也有报道，有人从棉花的cDNA文库中分离到两个漆酶cDNA,结合已有文献可以肯定漆酶在高等植物中也是广泛存在的。漆树漆酶是目前从植物源漆树提取的活性最高的漆酶，是我国的一种特产资源，目前已知的产漆酶的植物源概括在表2.3中[97-99]。表2.3漆酶的植物来源Table 2.3 Sources of plant laccases来源 中文名 Rhus vernicifera 漆?
图3.3ReNHase/氰苯复合物之间的相互作用。ReNHase的3D结构用黄色条状模型表示；氰苯的3D结构用绿色条状模型代表。相互作用用虚线显示Fig.3.3 Interactions of ReNI lase/benzonitrile complex. The 3D structures of ReNHase, are shownin yellow stick models; the 3D structures of benzonilrile are represented in green stick models.Interactions are showed in dashed lines3.4本章小结本章研究了来自Rhodococcus erythropolis A.1270的铁型腈水合酶ReNHase与各种腈类底物间的结合模式和相互作用分析，尽管已有研究充分证实了 ReNHase能够降解这些腈，至今还没有报道这些腈与ReNHase之间的结合模式，这里首次成功确定了复合体ReNHase/氰苯的相互作用剖面图。尽管底物不同，ReNHase/氰苯复合物呈现出较高的Re-Rank得分。ReNHase/底物复合体之间的相互作用有氣键、疏水作用、亲水-疏水作用，出现在每种底物结合到铁型腈降解酶时。结果表明THR126 A和ILE24 B在氰苯形成氢键作用时是必要的。HIS29 B也是通
【参考文献】
相关期刊论文 前3条
1 任小军;李彦锋;赵光辉;魏云霞;;工业含氰废水处理研究进展[J];工业水处理;2009年08期
2 Min Jiang;Hai-Jun Yang;Yong Li;Zhi-Ying Jia;Hua Fu;;Metal-free synthesis of substituted phenols from arylboronic acids in water at room temperature[J];Chinese Chemical Letters;2014年05期
3 赵美法;苯酚的系列氯代衍生物的合成与应用[J];中国氯碱;2002年08期
本文编号：2835889
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