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本文通过分子模拟方法研究了Bacillus subtilis脂肪酶A(Lip-A)的对映体选择性反转,预测了功能性离子液体修饰Porcine Pancreas脂肪酶(PPL)的修饰位点,并对离子液体修饰后猪胰脂肪酶催化性能变化的分子机制进行了解析。本研究分为三个部分: ⑴通过分子对接与分子动力学模拟研究了脂肪酶Lip-A及其突变体Lip-A1N8I对底物立体选择性反转的分子机制。利用修改力场后的AutoDock4.2软件包,分别将四面体过渡态底物S-1,2-O-异亚丙基-sn-甘油(s-1,2-O-isopropylidene-sn-glycerol,S-IPG)丁酸酯与R-1,2-O-异亚丙基-sn-甘油(R-IPG)丁酸酯对接到Lip-A及其突变体Lip-AN18I的活性中心口袋中。模拟结果显示:根据对接结合自由能能量差异,Lip-A及其突变体Lip-AN18I无法显著对底物立体选择性差异进行区分;进而引入“立体敏感效应”的构象约束条件发现,Lip-A与R-IPG丁酸酯的四面体中间态底物(THI)能够形成扭曲式反应构象(30.4°),而与S-IPG丁酸酯(-8.2°)底物不能形成反应构象;相反,突变体Lip-ANl8I易于与S-IPG丁酸酯(29.5°)形成反应构象,难于与R-IPG丁酸酯形成反应构象(-174.1°)。同时,为了减小半柔性对接产生的误差,对AutoDock对接构象进行重新打分,Lip-A对R型构象(-160.14)打分较S型构象(-145.07)好;而突变体Lip-AN18I对S型构象(-137.20)选择性优于R型构象(-96.90)。这一模拟结果,与之前的原始文献报道的实验结果相一致。 ⑵通过分子动力学方法研究了功能性离子液体修饰脂肪酶PPL的修饰位点。首先将PPL分别溶于水溶液及含有功能性离子液体[HOOCBMIm][Cl]和[HOOCMMIm][Cl](蛋白与离子液体数目摩尔比为1∶100)的水溶液中,然后在温度300K的条件下进行分子动力学模拟。模拟结果显示:通过分析溶剂可及面积、键占据(氢键及离子键)等影响不同位点赖氨酸修饰难易程度的因素,准确预测了最有可能修饰Lys的数目(6和8)与位点。这一预测结果与我们课题组采用离子液体[HOOCBMIm][Cl]和[HOOCMMIm][Cl]修饰PPL的实验学结果一致。 ⑶通过分子动力学手段研究了功能性离子液体[HOOCBMIm]Cl修饰脂肪酶PPL结构稳定性与催化性能增强的机理。将游离PPL及离子液体修饰PPL溶于水溶液中并在300K和335K的两个条件下分别进行分子动力学模拟。模拟结果显示:经离子液体修饰的PPL总体结构的均方根偏差(RMSD值)与均方根涨落(RMSF值)浮动小于游离的PPL,说明离子液体修饰后的蛋白结构更加稳定。离子液体修饰脂肪酶的稳定性增强可能还在于蛋白疏水性增强,修饰位点周围水分子径向分布密度增加,酶蛋白表面电荷分布发生改变等因素有关。另外,PPL盖子结构受离子液体修饰的影响而发生了疏水性作用变化;由于盖子控制底物进出的通道并影响活性口袋的微环境(口袋疏水性增强),因而离子液体修饰含盖子的脂肪酶可增强其催化性能。模拟结果表明:[HOOCBMIm]Cl修饰具有增强脂肪酶PPL稳定性与催化性能的作用。