Русский
!

Presentations

Решение задач ферментативного катализа методами молекулярной динамики

Коц Е.Д., Хренова М.Г., Лущекина С.В.1, Григоренко Б.Л., Немухин А.В., Варфоломеев С.Д.1

Московский Государственный Университет им. М.В. Ломоносова, химический факультет

1Институт биохимической физики имени Н.М, Эмануэля РАН

Для большого класса белковых систем скорость-лимитирующей стадией является не протекание химического превращения в активном сайте, а конформационные переходы, происходящие при связывании субстрата или выходе продуктов в раствор. Молекулярное моделирование этих процессов требует построения динамических траекторий длиною более 1 мкс, что на данный момент может быть реализовано лишь методами силовых полей. В данной работе методы молекулярной динамики были применены для изучения гидролиза метаболита н-ацетиласпартата (НАА) ферментом аспартоацилазой (АспА), дисфункция которой сопутствует таким неврологическим заболеваниям, как болезнь Альцгеймера, шизофрения и рассеянный склероз.

Для построения полного каталитического цикла цинк-зависимого фермента АспА были проведены квантово-механические расчёты химических стадий гидролиза. Расчёт профилей свободной энергии для стадий образования белок-субстратного комплекса и выхода продуктов в раствор был осуществлён методом HREMD (Hamiltonian Replica-Exchange Molecular Dynamics).

Полученный энергетический профиль полного цикла гидролиза NAA позволяет предположить, что скорость лимитирующая стадия процесса не образование тетраэдрического интермедиата в активном сайте АспА, а выход продуктов в раствор. Значение kcat, вычисленное по модели энергетического цикла, составило 6 с-, что согласуется с литературными данными (12.7 с-).

По результатам проделанной работы опубликована рукопись Modeling the complete catalytic cycle of Aspartoacylase / E. Kots., M. Khrenova, et al.// Journal of Physical Chemistry B. – 2016. – Vol. 120, no. 18. – P. 4221 - 4231.

По данным кинетических экспериментов, при повышенных концентрациях НАА проявляет способность к самоингибированию. Различными методами молекулярного моделирования было локализовано возможное положение побочного связывания НАА с АспА и описан механизм аллостерической регуляции фермента с применением методов сетевого анализа молекулярно-динамических траекторий. На основе полученных данных были построены пути передачи аллостерического сигнала от побочного сайта связывания на поверхности белка до активного сайта фермента.

© 2004 Designed by Lyceum of Informational Technologies №1533