基于分子动力学模拟研究亚磷酸脱氢酶突变体对非天然辅基NCD的选择性

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亚磷酸脱氢酶(Pdh)作为辅酶因子再生系统的重要酶类,将NAD+转化为NADH,拥有相对廉价的底物(如亚硫酸盐)和高催化效率,在NAD+酶促再生NADH的过程中具有不可替代的重要作用。在以往高温的生物化学反应条件下,烟酰胺腺嘌呤二核苷酸(Nicotinamide adenine dinucleotide,NAD)和NAD(P)H可能被分解,导致多酶分子机在体外运行时辅酶浓度降低,从而影响Pdh的催化效率,此外,NAD非常昂贵。因此,需要开发针对NAD类似物烟酰胺胞嘧啶二核苷酸(Nicotinamide cytosine dinucleotide,NCD)特异性更强,活性更高,稳定性更好的的氧化还原酶,以获得更便宜的价格和更好的热稳定性,而且NAD类似物可用于生物电等双正交系统的代谢控制和相关应用。本文基于分子动力学模拟对野生型WT Pdh和突变体MT Pdh(I51R/P176E/M207A)的5个体系(Free Pdh,WT Pdh_NAD,WT Pdh_NCD,MT Pdh_NAD,MT Pdh_NCD)进行研究,结果如下:(1)5个体系的二级结构构象变化差异显著,尤其是活性中心残基151-207这一部分,(2)在主成分分析PCA中,突变体组MT Pdh_NCD和MT Pdh_NAD中α螺旋呈现部分消失,(3)协方差矩阵分析中坐标150-200和200-300区域呈现比较强烈的红色,(4)蛋白质活性口袋预测分析表明突变后的Pdh与NCD的结合口袋更小。本研究内容为亚磷酸脱氢酶家族的进一步研究提供了理论依据。
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