用扭曲的Ribozyme催化:从分子模拟中预测溶液中的Ribozyme旋转器的活性状态

科学领域:

• 生物化学
• 分子生物学
• 计算化学

背景情况:

• 旋转型 ribozyme 是一个小的核分解性 ribozyme,其保留的腺素残留物参与了催化.
• 之前的研究表明,氨酸通过其在其他 ribozymes 中的 N1 位置作为一般酸.
• 转酶的精确催化机制,特别是氨酸的作用,仍然不清楚.

研究的目的:

• 通过分子动力学模拟和自由能量计算,阐明旋转子 ribozyme 的催化机制.
• 研究保存的腺残留在一般酸催化中的作用.
• 调和有关活性构成和催化策略的相互矛盾的实验数据.

主要方法:

• 在晶体和溶液环境中的分子动力学模拟.
• 计算自由能量以确定pKa变化.
• 在反应路径上的RNA构造和相互作用的分析.
• 模拟结果与现有的生化和晶体学数据的整合.

主要成果:

• 晶体包装迫使一个不活跃的构造, 阻碍催化活动.
• 在溶液中的模拟显示了一个动态活性构造,U-1堆叠在G33上.
• 氨酸 (A1) 的N3位置和关氨酸 (G33) 的N1位置分别为一般酸和催化.
• 自由能量计算预测了A1的N3位置的显著pKa转移,有利于催化.

结论:

• 旋转子 ribozyme 通过腺的 N3 位置采用了一种新的一般酸催化机制.
• 这种机制不同于之前描述的 ribozymes,扩大了已知的催化谱.
• 这项研究提供了统一的实验数据解释,强调了解决方案动态的重要性.