ヌクレオシドヒドロラーゼ触媒を in silico で探求する:酵素結合基板と移行状態の分子動力学的研究
Devleena Mazumder1, Thomas C Bruice
1Department of Chemistry and Biochemistry, University of California, Santa Barbara, Santa Barbara, California 93106, USA.
分子ダイナミクスシミュレーションでは,His241ではなく,Tyr229が,イノシン-ウリジン核酸ヒドロラーゼの陽子源として作用することを示しています. His241Ala変異は,この重要な水素結合ネットワークを破壊し,酵素の活性を低下させます.
科学分野:
- バイオケミストリー バイオケミストリー
- 酵素学 酵素学とは
- コンピュータ生物学 コンピュータ生物学
背景:
- イノシン・ウリジン・ヌクレオシド・ヒドロラーゼ酵素は,ヌクレオシド代謝において重要な役割を果たします.
- その作用の仕組みを理解することは,医薬品開発と生化学研究にとって不可欠です.
- 以前の研究では,His241が重要な触媒残留物であると示唆されていました.
研究 の 目的:
- イノシン・ウリジン・ヌクレオシド・ヒドロラゼの詳細なメカニズムを解明する.
- 酵素の触媒活性におけるHis241の特定の役割を調査する.
- Tyr229とアクティブサイトの水素結合ネットワークの機能を調査する.
主な方法:
- 長期分子動力学 (MD) シミュレーションを使用した.
- シミュレーションは,TIP3Pの水とストキャスティック境界条件を用いて行われました.
- His241Ala変異体を含む5つの異なる酵素基板および酵素移行状態複合体をモデル化しました.
主要な成果:
- 分子ダイナミクスシミュレーションでは,His241ではなく,Tyr229が,離れる核基への陽子源として作用することを示しています.
- His241Ala変異は,Tyr229.29を含む活性部位の水素結合ネットワークを破壊することによって,酵素活性を大幅に低下させます.
- His241のプロトネーションは酵素複合体の構造を変化させなかった.
- この酵素は,Asp10/Asp15解離とTyr229プロトネーション状態に関連した鐘状のpH依存を示しています.
- リブオキソカルベニウムイオン中間物質の安定化には,Asn168とAsp14が含まれ,Asp14はシミュレーション時間の96%の間リボース2'-OHに水素結合している.
- 水とアスパルテート残留物 (Asp10,Asp15) を含むプロトンシャトル機構は,水による核愛性の攻撃を助けることができる.
結論:
- Tyr229は,イノシン・ウリジン・ヌクレオシド・ヒドロラーゼの触媒機構における主要な陽子ドナーである.
- 特にTyr229を含む水素結合ネットワークの整合性は,酵素の機能に不可欠です.
- Tyr229 と Asn168 の間の反相関運動のさらなる調査は,近接攻撃形状の洞察を明らかにするかもしれません.
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