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比较研究
.2001年7月6日;310(2):449-70.
doi:10.1006/jmbi.2001.4767。

大肠杆菌谷胱甘肽3活性位点的结构、动力学和静电:与功能相关蛋白的比较

附属公司
比较研究

大肠杆菌谷胱甘肽3活性位点的结构、动力学和静电:与功能相关蛋白的比较

N Foloppe公司等。 分子生物学杂志. .

摘要

活性位点半胱氨酸残基的化学对硫氧还蛋白超家族的硫醇-二硫化物氧化还原酶的活性至关重要。在这些反应中,需要亲核硫代酸盐,但相关的pK(a)值在超家族中差异很大,从DsbA中小于4到Trx中大于7。然而,稳定这种硫醇盐的因素还没有明确确定。谷胱甘肽(Grxs)是这个超家族的成员,在其活性部位含有Cys-Pro-Tyr-Cys基序。在还原型Grxs中,N-末端活性位点亲核半胱氨酸残基的pK(a)显著降低,相应硫代酸的稳定性预计会影响这些酶的氧化还原电位。在此,我们结合长分子动力学(MD)模拟、pK(a)计算和实验研究,从大肠杆菌Grx3中推导出还原活性位点的结构和动力学,并研究稳定硫代酸盐的因素。经过一些局部构象变化后,几个不同的MD模拟收敛到活性位点半胱氨酸残基(Cys11和Cys14)的一致构象。通过测量核磁共振标量耦合常数和测定选定残基的pK(a)值,对模型的关键特征进行了实验测试。在MD模拟期间计算了Grx3活性位点残基的pK(a)值,并支持潜在的结构模型。Grx3的结构,结合pK(a)计算,表明Grx3中N-末端活性位点半胱氨酸残基的pK(a)介于DsbA和Trx中对应物的pK(a)之间。在蛋白质介电常数较低(<4)的情况下,获得了与实验最相符的pK(a)值。计算出的pK(a)值随着蛋白质动力学而显著波动,这突出了计算pK(a)值时底层结构细节的重要性。Cys11的硫代酸盐主要通过与Tyr13和Cys14的酰胺质子以及Cys14硫醇质子的直接氢键来稳定,而不是通过带电基团或螺旋大偶极子的长程相互作用来稳定。从还原Grx3与硫氧还蛋白超家族其他成员的比较来看,这个超家族中硫醇pK(a)差异的结构基础开始出现一个统一的主题。

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