谷氨酸脱羧酶和腺苷2503甲基转移酶催化机理的理论研究

【摘要】：本论文采用理论与计算化学方法研究了两种生物酶的催化机理,包括以磷酸吡哆醛(PLP)为辅酶的谷氨酸脱羧酶和以S-腺苷甲硫氨酸(SAM)为辅酶的腺苷2503甲基转移酶。 谷氨酸脱羧酶 两种谷氨酸脱羧酶(GAD67、GAD65)利用PLP作为辅酶催化谷氨酸生成γ-氨基丁酸(GABA)、GAD67主要用来满足正常情况下生物体对GABA的需求。紧急情况下需要额外的GABA时,GAD65也会参与催化GABA的合成。最近,Fenalti等人得到了这两种酶的晶体结构。他们推测,这两种酶功能的差异性可能是因为活性位点附近的一个环状区的不同结构导致。在本论文中,我们采用了理论和计算化学方法研究了这两种酶的催化机理。在前人研究的基础上,我们建立了反应模型,确定了一条合理的反应路径,搜索到9个过渡态和14个中间体的结构,并计算了其自由能,为Fenalti等人的推测提供反应势垒的支持。 腺营2503甲基转移酶 核糖体的甲基化修饰对于蛋白质合成中翻译过程的保真、核糖体的自组装以及细菌抗药性非常重要。这一过程需要两个S-腺苷甲硫氨酸(SAM)辅酶分子：一个提供5-dA,另一个提供甲基。最近,Booker等人通过氘同位素标记实验研究了腺苷2503(A2503)的甲基化,提出了新的反应机理：SAM并不是象人们一直认为的直接把甲基转移给底物A2503,而是先把甲基转移给半胱氨酸(Cys355),然后通过半胱氨酸再转移给A2503。在这篇论文中,我们采用了理论与计算化学方法研究了Booker等人提出的催化机理,搜索了其中所有过渡态和中间体的结构,并计算了其能量,从反应势垒的角度验证了Booker等人所提出的机理的合理性,并发现二硫键的形成是整个反应过程的决速步。