水分子對(duì)乳清酸核苷單磷酸鹽催化脫羧的影響.pdf

1、乳清酸核苷-5'-單磷酸鹽脫羧酶(ODCase)催化乳清酸核苷-5'-單磷酸鹽(OMP)脫羧生成尿苷-5'-單磷酸鹽(UMP)是核酸生物合成的一個(gè)關(guān)鍵步驟，OCase是目前已知催化效率較高的酶之一，它可以使自發(fā)脫羧反應(yīng)的催化效率提高17個(gè)數(shù)量級(jí)還多。ODCase是一種蛋白質(zhì)單成分酶，不包含任何的金屬離子和輔基，且有結(jié)果顯示其高效的催化能力只是來(lái)源于非共價(jià)作用。這一特性是脫羧酶所不常見(jiàn)的。這為我們更深入地理解酶的催化機(jī)理提供了一個(gè)理想的研

2、究模型。 1995年Wolfenden和Radzicka發(fā)現(xiàn)乳清酸核苷-5'-單磷酸鹽脫羧酶是一種非常高效的脫羧酶，從此ODCase的催化機(jī)理成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。經(jīng)過(guò)十幾年的研究，ODCase的催化機(jī)理仍然沒(méi)有公認(rèn)的解釋。 以往的研究主要提出了：過(guò)渡態(tài)穩(wěn)定化機(jī)理，基態(tài)去穩(wěn)定化機(jī)理，C-5位置直接質(zhì)子化機(jī)理，O-2(OMP的2'位氧原子)質(zhì)子化機(jī)理，O-4(OMP的4'位氧原子)質(zhì)子化的機(jī)理，親電取代機(jī)理等幾種重要的機(jī)

3、理，這些機(jī)理大部分只單獨(dú)研究了OMP的O-2、O-4、C-5等幾個(gè)特殊的部位，沒(méi)有綜合地研究各部位的作用。而且以前的研究中雖然部分地考慮了水分子的作用，但沒(méi)有重點(diǎn)和全面的去研究水分子的作用。 本文在前人研究成果的基礎(chǔ)上根據(jù)過(guò)渡態(tài)理論設(shè)計(jì)了各種模型，用密度泛函B3LYP方法計(jì)算了各模型的反應(yīng)勢(shì)壘和N-1位置的15N動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)及C-6位置羧基碳原子的13C動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)。結(jié)果顯示反應(yīng)勢(shì)壘，15N動(dòng)力學(xué)同位素效應(yīng)和13C動(dòng)力

4、學(xué)同位素效應(yīng)與實(shí)驗(yàn)值基本吻合，表明水分子在ODCase催化OMP生成UMP的過(guò)程中起重要作用。 本文主要研究?jī)?nèi)容和取得的結(jié)果為： (一)采用混合泛函B3LYP的方法計(jì)算了質(zhì)子化的水分子與OMP的O-2形成氫鍵對(duì)乳清酸核苷單磷酸鹽脫羧酶(ODCase)催化作用的影響，得到OMP脫羧勢(shì)壘為24.9kcal/mol。無(wú)水分子作用時(shí)勢(shì)壘為39.6kcal/mol，可看出水分子與O-2形成氫鍵后脫羧反應(yīng)的勢(shì)壘減小了。表明水分子

5、在ODCase催化過(guò)程中起重要作用 (二)用密度泛函B3LYP方法計(jì)算了OMP的O-2、O-4與水分子同時(shí)作用對(duì)OMP催化脫羧勢(shì)壘的影響，并與O-12、O-4和水分子單獨(dú)作用的情況相比較，同時(shí)考慮了過(guò)渡態(tài)穩(wěn)定化機(jī)理，基態(tài)去穩(wěn)定化機(jī)理。結(jié)果表明帶正電荷的氨基酸殘基通過(guò)水分子鏈的橋梁作用與底物OMP的O-2、O-4形成低勢(shì)壘氫鍵，能夠使OMP的脫羧勢(shì)壘顯著降低，也表明ODCase巨大的催化能力是ODCase的各催化因素協(xié)同作用的結(jié)