QM-MM-FEP法研究甲胺脫氫酶質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)過程.pdf

1、甲胺脫氫酶(methylaminedehydrogenase，MADH)是胺脫氫酶家族的成員之一，該酶可催化甲胺生成甲醛和氨，本身則被氧化。色氨酸—色氨酰醌(tryptophantryptophylquinone，TTQ)是MADH的輔基，存在于MADH的每一個(gè)輕的次級(jí)單位(lightsubunit)上。作為甲胺脫氫酶的輔基，在這個(gè)催化反應(yīng)中，首先受到甲胺進(jìn)攻，形成一個(gè)亞胺醌類物質(zhì)，然后將其甲基上的一個(gè)質(zhì)子傳遞至蛋白質(zhì)的一個(gè)堿性基團(tuán)As

2、p76上。H從TTQ轉(zhuǎn)移至Asp76一步為催化反應(yīng)的速度決定步驟，是本實(shí)驗(yàn)研究的對(duì)象。研究MADH質(zhì)子轉(zhuǎn)移反應(yīng)過程對(duì)促進(jìn)有機(jī)磷農(nóng)藥降解，防治土壤污染有重要意義。 本研究采用量子力學(xué)熱力學(xué)循環(huán)微擾(quantummechanicalthermodynamiccycleperturbation，QTCP)的方法計(jì)算甲胺脫氫酶質(zhì)子轉(zhuǎn)移過程的自由能變化。這種方法利用分子力學(xué)力場(chǎng)進(jìn)行相空間取樣，并建立一個(gè)熱力學(xué)循環(huán)，最終得到準(zhǔn)確的QM/

3、MM自由能變化。計(jì)算過程中結(jié)合使用了QM/MM與自由能微擾法。 首先，使用QM/MM方法，對(duì)QM區(qū)域包含28個(gè)原子的計(jì)算模型，進(jìn)行幾何優(yōu)化。當(dāng)中QM計(jì)算分別使用Hartree—Fock方法和密度泛函的BP86方法進(jìn)行對(duì)比。使用BP86優(yōu)化得到的能壘遠(yuǎn)低于使用HF法計(jì)算得到的結(jié)果。從幾何結(jié)構(gòu)可以看出，HF法得到的結(jié)果更加合理。 然后，從HF法優(yōu)化得到的反應(yīng)路徑出發(fā)，進(jìn)行QTCP計(jì)算。計(jì)算得到QM部分固定的每個(gè)路徑點(diǎn)之間

4、的自由能變化，從而得到反應(yīng)的活化自由能。計(jì)算過程中，采用了不同的QM計(jì)算方法和基組進(jìn)行對(duì)比。其中使用BH—LYP方法和6-31++G(2d，2p)基組計(jì)算得到的反應(yīng)活化自由能為12.9kcal/mol，并考慮到質(zhì)子傳遞過程中隧道效應(yīng)帶來的約為3kcal/mol的能量降低，與實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(11.3kcal/mol)非常吻合。另外使用QTCP計(jì)算結(jié)果比單純使用QM/MM能量計(jì)算結(jié)果(9.6kcal/mol)更接近實(shí)驗(yàn)數(shù)值。 從計(jì)算結(jié)果