两种微生物源谷氨酰胺转氨酶与底物特异性识别的全原子动力学模拟研究

微生物源谷氨酰胺转氨酶(Transglutaminase, TGase)能够催化蛋白间氨酰基转移促进蛋白交联,已经广泛应用于食品、轻工等多种领域.然而目前微生物源TGase与底物间基于长程作用力的分子特异性识别机制仍不清楚,理性改造困难.本研究以源自高茂源链霉菌(MTG)和源自枯草芽孢杆菌(BTG)的两种TGase为研究对象,使用分子对接技术构建酶与底物的结合复合体并使用分子动力学模拟解析两种TGase与底物识别的分子机制.结果显示两种TGase在底物识别过程高度类似,均由催化腔外周loop区域氨基酸残基通过范德华及静电作用固定底物整体,而后由位于催化腔底部催化三联体内Asp(MTG)或Glu(BTG)通过羧基侧链稳定反应发生局部空间构象并拉近底物Gln内γ-酰胺基与核心催化残基Cys间距,以便后续反应过程中TGase-底物中间体的生成.上述结果阐明了TGase与底物活性基团的分子识别模式,提出了两种TGase内作用于底物识别的氨基酸残基,为以后TGase的理性改造研究提供了理论基础.     

基于GROMACS软件的本科生酶工程创新实验项目设计*——微生物谷氨酰胺转胺酶在水溶液中的分子动力学模拟

基于分子动力学模拟软件GROMACS设计了微生物谷氨酰胺转胺酶在不同温度水环境下的分子动力学模拟实验,通过计算模拟过程中酶蛋白主链动力学,分子内氢键数目,回转半径以及溶剂可接触表面积的变化,分析温度对酶的结构与功能造成的影响。该模拟实验可帮助学生:(1)掌握蛋白质分子在水溶液中动力学模拟的方法;(2)理解温度对酶结构稳定性和活性造成的影响;(3)了解分子运动特性的生物学的意义;(4)学习酶工程研究的新手段。     

荧光素酶nanoKAZ与发光底物的分子对接及对接复合体的全原子动力学模拟

nanoKAZ是一种体量小且底物专一性低的新型荧光素酶,具有高潜在应用价值,然而nanoKAZ与底物的作用方式未见报道。这里使用分子对接技术构建了nanoKAZ与底物coelenterazine结合后形成的复合体构象,使用软件GROMACS对该复合体进行常温水溶液态的全原子动力学模拟并综合模拟过程中的酶主链运动特性,酶与底物间结合自由能变化与形成氢键情况分析nanoKAZ与底物作用方式。结果显示coelenterazine进入nanoKAZ空腔后借由与β桶区域内7个氨基酸残基产生强结合能并与其中Q12形成氢键以稳定分子朝向,同时coelentazine还促使催化腔口区域片段V27-V38（V27与coelenterazine形成氢键）和片段P61-H87在空间上彼此靠近从而关闭催化腔,稳定疏水的底物分子以促进催化反应发生。以上结果阐明了底物与nanoKAZ活性腔的结合方式,提出了nanoKAZ-底物反应中间体的构象,为nanoKAZ的理性改造提供了理论基础。