在 O2 耐受性膜结合 [NiFe] 酶中的 [4Fe-3S] 邻近集群的氧依赖性结构转化:DFT 研究
Vladimir Pelmenschikov1, Martin Kaupp
1Technische Universität Berlin, Institut für Chemie, Theoretische Chemie, Sekr. C7, Strasse des 17. Juni 135, 10623 Berlin, Germany. pelmentschikov@mailbox.tu-berlin.de
破碎对称密度函数理论揭示了膜结合的[NiFe]-酶中的近端 [4Fe-3S]集群在氧化还原反应期间如何改变结构. 一个关键的 conformational 切换和质子转移发生在超氧化状态,低激活能量.
科学领域:
- 生物化学 生物化学
- 计算化学的计算化学
- 生物有机化学 生物有机化学
背景情况:
- 膜结合的[NiFe]-酶 (MBH) 对能量代谢至关重要.
- 邻近的 [4Fe-3S] 集群与 MBH 的氧气耐受性有关.
- 了解氧化还原依赖的结构变化是MBH功能的关键.
研究的目的:
- 研究MBH中的近端 [4Fe-3S] 集群的依赖氧化还原的结构动态.
- 阐明形状变化和质子转移的机制和能量.
- 在超氧化状态下合理化结构模糊性.
主要方法:
- 破碎对称密度函数理论 (BS-DFT) 的计算.
- 在多个氧化状态下研究 [4Fe-3S] 集群 ([4Fe-3S](3+), (4+), (5+)).
- 对相对能量,质子化状态和激活障碍的分析.
主要成果:
- 从Cys20到Glu76的构造切换和质子转移发生在 [4Fe-3S](5+) 状态 (~12-17 kcal/mol激活) 的单个步骤中.
- 在减少的氧化状态下观察到更高的激活障碍和不利的能量 ([4Fe-3S](4+/3+)).
- 逆转换是一个快速的,单向的过程 (约8kcal/mol激活) 在减少.
- 超氧化集群中的结构模糊性是由两个局部最小值的叠加解释的.
结论:
- 该研究提供了对近邻 [4Fe-3S] 星团的氧化还原依赖结构动态的详细机制理解.
- 这些发现澄清了质子转移和形状变化的作用在MBH的O2耐受性.
- 计算的超细合常数支持实验观测,验证计算模型.
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