葡萄糖氧化酶和β-D-葡萄糖作用機(jī)制的分子動力學(xué)研究.pdf

1、葡萄糖氧化酶（GOx）是一種重要的生物催化劑，廣泛應(yīng)用于食品加工、臨床檢測和分析化學(xué)等領(lǐng)域。許多微生物和昆蟲體內(nèi)都存在葡萄糖氧化酶，生物工業(yè)所用的GOx主要產(chǎn)自黑曲霉和青霉。
　　葡萄糖氧化酶由兩個相同的亞基構(gòu)成，每個亞基序列長度在580左右，每個亞基中含有一個輔因子，該輔因子為黃素腺嘌呤二核苷酸（FAD）。葡萄糖氧化酶催化β-D-glucose氧化生成δ-葡萄糖內(nèi)酯，隨后O2被還原成H2O2。該反應(yīng)過程可按反應(yīng)機(jī)理分為半還原反應(yīng)

2、和半氧化反應(yīng)。半還原反應(yīng)過程指GOx從β-D-glucose分子中轉(zhuǎn)移走2個氫原子，使之形成δ-葡萄糖酸內(nèi)酯。同時，GOx發(fā)生還原，F(xiàn)AD輔因子轉(zhuǎn)變成為還原型FADH2。最后，半還原反應(yīng)生成的δ-葡萄糖酸內(nèi)酯進(jìn)行非酶水解生成葡萄糖酸。半氧化反應(yīng)過程指還原型 FADH2被分子氧重新氧化回原有狀態(tài)，并生成過氧化氫。由于葡萄糖 C1羥基處在β位時酶的活力比處于α位時高約160倍，因此，β-D-glucose在GOx中的作用機(jī)制引起人們的關(guān)注。

3、
　　本文從PDB數(shù)據(jù)中獲取來自青霉的GOx和β-D-glucose的晶體結(jié)構(gòu)，使用Amber軟件分別對GOx和含有底物β-D-glucose的GOx進(jìn)行分子動力學(xué)模擬。研究發(fā)現(xiàn)GOx活性口袋中只有Glu416、His520和His563三個氨基酸殘基靠近反應(yīng)位點。Glu416和 His563之間通過氫鍵形成復(fù)合物，即 His563Nε2和Glu416Oε之間形成氫鍵。因此，這三個氨基酸殘基被認(rèn)為是 GOx肽鏈反應(yīng)中心殘基，本文著

4、重對這三個殘基進(jìn)行分析研究。
　　研究發(fā)現(xiàn)，添加底物β-D-glucose后，GOx活性口袋中β-D-glucose的 C1羥基氫原子即 H（O1）有向 His520Nε2轉(zhuǎn)移的趨勢。β-D-glucose的 C1氫原子即H（C1）有向FAD輔因子N5轉(zhuǎn)移的趨勢。研究發(fā)現(xiàn)His563Nε2上的氫原子（His563Hε2）可與 Glu416Oε1、Glu416Oε2形成氫鍵，且其形成氫鍵的比率分別為0.55和0.44。GOx添加底物

5、β-D-glucose后，His563Hε2與 Glu416Oε1、Glu416Oε2形成氫鍵的比率分別為0.235和0.745。該結(jié)果表明在含有底物的GOx中，Glu416Oε2更易與His563Hε2形成氫鍵。
　　本文采用分子動力學(xué)模擬方法對 GOx和β-D-glucose的作用機(jī)制進(jìn)行了研究。通過分析 GOx活性口袋、肽鏈反應(yīng)中心、FAD輔因子及底物β-D-glucose的變化，加深了對GOx與β-D-glucose反應(yīng)機(jī)