水分子對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個數(shù)量級還多。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源于非共價作用。這一特性是脫羧酶所不常見的。這為我們更深入地理解酶的催化機(jī)理提供了一個理想的研

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。經(jīng)過十幾年的研究，ODCase的催化機(jī)理仍然沒有公認(rèn)的解釋。 以往的研究主要提出了：過渡態(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)理大部分只單獨研究了OMP的O-2、O-4、C-5等幾個特殊的部位，沒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，但沒有重點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)過渡態(tài)理論設(shè)計了各種模型，用密度泛函B3LYP方法計算了各模型的反應(yīng)勢壘和N-1位置的15N動力學(xué)同位素效應(yīng)及C-6位置羧基碳原子的13C動力學(xué)同位素效應(yīng)。結(jié)果顯示反應(yīng)勢壘，15N動力學(xué)同位素效應(yīng)和13C動力

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

5、在ODCase催化過程中起重要作用 (二)用密度泛函B3LYP方法計算了OMP的O-2、O-4與水分子同時作用對OMP催化脫羧勢壘的影響，并與O-12、O-4和水分子單獨作用的情況相比較，同時考慮了過渡態(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水分子鏈的橋梁作用與底物OMP的O-2、O-4形成低勢壘氫鍵，能夠使OMP的脫羧勢壘顯著降低，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)