酶工程 - 可滴定氨基酸残基(Titratable residues)对天冬氨酸蛋白酶亲和力的影响

时间:2014-04-04

 

蛋白离子化状态和pKa预测 - 可滴定氨基酸残基(Titratable residues)对天冬氨酸蛋白酶亲和力的影响
 
背景:BACE-1属于天冬氨酸蛋白酶,能够裂解β-淀粉体多肽(β-amyloid peptide),对于阿尔茨海默病(Alzheimer’s disease)研究具有重要意义。瑞士的Sussman教授采用表面等离子共振技术研究了一系列BACE-1抑制剂与BACE-1结合的最适pH值,结果表明BACE-1与底物结合的最适pH变化较大。为了进一步分析造成上述实验结果的分子机理。
 
思路:作者采用CHARMm对酶-底物的复合物进行分子动力优化,并计算了BACE-1与不同抑制剂结合后的滴定曲线,结果表明:蛋白中可滴定氨基酸残基的pKa值因结合的抑制剂不同而发生变化。以pH为4。5和7。4的蛋白质子化结构为出发点,作者使用CHARMm计算了抑制剂与酶之间的结合力(binding affinity),该结果与后续的实验结果一致。
 
表1. BACE-1 Inhibitors的化学结构式
a I-5的BACE-1-抑制剂复合物由同源模型2VNN产生
 
图1. BACE-1中活性位点处的Asp氨基酸的滴定曲线。
 
图2. 1FKN复合物中带电氨基酸在不同pH值下的分布图。上图为pH4.5,下图为pH7.4。酸性氨基酸为红色,碱性氨基酸为蓝色,抑制剂显示为黄色。
 
Ref: Jose L.Dominguez, Tony Christopeit, et al. Biochemistry.2010, 49:7255–7263.