基于多种分子动力学模拟的磷酸三酯酶对对氧磷衍生物立体选择性的理论研究

发布时间：2017-12-16 16:24

  本文关键词：基于多种分子动力学模拟的磷酸三酯酶对对氧磷衍生物立体选择性的理论研究

  更多相关文章： 磷酸三酯酶 对氧磷衍生物 立体选择性 对接 分子动力学模拟 MM-PBSA计算 拉伸分子动力学模拟

【摘要】：有机磷化合物被用作杀虫剂和化学战剂已有数十年的历史,由于其具有神经毒性,环境中长期有机磷化合物的蓄积给人类的生产和生活带来了严重的潜在威胁。为了构建出能广泛催化该类化合物水解的新型磷酸三酯酶(Phosphotries-ter ase,PTE),我们采取了更高效、直观的计算机辅助模拟方案探究了PTE催化对氧磷衍生物水解的过程。野生型PTE对手性底物的水解具有立体选择性,优选SP对映体,因此无法有效和广泛的水解底物。为了得到PTE结合的底物对应异构体的模型,分别进行了SP和RP对氧磷衍生物SP-1和Rp-1的全原子分子动力学模拟(Molecular dynamics simulation)。对接分析显示PTE对Sp-1和Rp-1的水解过程具有不同的催化效率。常规分子动力学模拟显示,底物的结合使酶在活性位点附近的环的构象发生变化。在100 ns的MD模拟中,SP-1-PTE和Rp-1-PTE整合β-Zn2+分别形成六配位和四配位几何结构,模拟结果进一步表明在Sp-1结合到PTE(47.5%)后比在Rp-1结合后(22.2%)Asp301和His254之间形成氢键的可能性更高。分子力学泊松玻尔兹曼表面积(Molecular mechanics Poisson Boltzmann surface area,MM-PBSA)和分子力学广义波恩表面积(Molecular mechanics Generalized Born surface area,MM-GBSA)计算表明His230与底物在Sp-1-PTE中比在Rp-1-PTE中有更密切的相互作用,并且这种相互作用增加了PTE对于Sp-1的催化效率。拉伸分子动力学模拟(SMD)表明,相比于Sp-1,Rp-1在同PTE结合和解离的过程可能阻碍了一些残基移位,因此需要更多的力来逃避PTE的结合口袋。此外,对于Sp-1从PTE的解离途径过程中,Trp131、Phe306和Tyr309是更重要的残基;然而对于Rp-1从PTE的解离途径中仅Tyr309被认为是重要的残基。这些结果为PTE对Sp型对氧磷对映体的催化效率的增加提供了定性和分子水平的解释。分子动力学模拟实验也证实了改变PTE立体选择性的可能性,并且通过修饰位于PTE活性位点的特定的残基,可以改变天然酶对手性底物作用的整体反应。我们的研究将为构建更广泛、高效催化有机磷化合物水解的新型磷酸三酯酶提供了可靠的理论线索。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2017
【分类号】：Q55;O627.51

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本文编号：1296690