Изучение связывания субстратов в активном центре пенициллинацилазы методами молекулярного моделирования^*

Аннотация

С помощью молекулярного моделирования удалось глубже понять механизм связывания пенициллинацилазой из Escherichia coli природного субстрата (бензилпенициллина) и снять вопросы, возникающие при анализе кристаллических структур, имитирующих фермент-субстратный комплекс (1FXV – комплекс неактивного мутантного фермента с бензилпенициллином, 1GM9 – комплекс нативного фермента с чрезвычайно медленно гидролизуемым аналогом субстрата (сульфоксидом бензилпенициллина)). Установлено, что способы связывания уходящих групп субстрата в двух рентгеновских структурах аналогов комплекса Михаэлиса существенно различаются. Для определения структуры «истинного» комплекса Михаэлиса проведен анализ трех молекулярно-динамических траекторий (стартовыми точками двух траекторий были структуры комплексов 1FXV и 1GM9, третьей – структура фермент-субстратного комплекса, полученного методом молекулярного докинга). Все траектории сходятся к практически идентичному положению бензилпенициллина в активном центре, соответствующему химическим требованиям к геометрии реакционноспособного фермент-субстратного комплекса. Структура, полученная в результате молекулярного моделирования, ближе к структуре 1GM9 и значительно отличается от структуры 1FXV. С помощью молекулярного моделирования найдены дополнительные контакты бензилпенициллина с остатками bG385, bS386 и bN388, отсутствующие в рентгеновских структурах. Сочетание молекулярного докинга и молекулярной динамики позволило понять природу эффективного ингибирования пенициллинацилазы фенолом, не находившую объяснения с помощью рентгеноструктурных данных. В результате анализа взаимодействия фермента с ингибитором установлено, что связывание фенола сопровождается образованием дополнительной водородной связи его гидроксила с кислородом остатка bS67 основной цепи, которая отсутствует в структуре 1AI7. Рассчитана траектория, в которой фенол переходит из связанного состояния в положение, предшествующее диссоциации. Это определило последовательность молекулярных событий в слабоструктурированном спиральном участке фермента a143–a146, который вовлечен в механизм связывания субстратов и высвобождение продуктов реакций, катализируемых пенициллинацилазой.

Текст статьи

Пожалуйста, введите код, чтобы получить PDF файл с полным текстом статьи: