PDF《丝氨酸组酰胺对 5c -pTpTpCp-3c》

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28 高等学校化学学报No.

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7 年 8月 CHEM I CAL JOURNAL OF CH I NESE UN I VERSI T I E S 1566~

1569 丝氨酸组酰胺对 5c -pTpTpCp -3c 片段 切割作用的量子化学计算 刘华鼐

1 , 王炳峰

2 , 孙命3,张雷1(1. 华南理工大学化工与能源学院, 广州 510640;

2 . 华南农业大学理学院, 广州 510642;

3. 中国科学院生物物理研究所, 北京 100101) 摘要 采用量子化学方法对丝氨酸组酰胺切割 5c -pTpTpCp -3c 的作用机理进行了研究. 通过计算得到了两者 之间形成多氢键作用的有效分子识别模型以及相关分子结构参数. 从理论上解释了丝氨酸组酰胺对 5c -pTpTpCp -3c 切割的水解机理. 关键词 丝氨酸组酰胺;

5c -pTpTpCp-3c 片段;

切割作用机理 中图分类号 O641 文献标识码 A 文章编号

0251 -0790( 2007) 08-1566 -04 收稿日期:

2006 -06-07 . 联系人简介: 刘华鼐 ( 1974年出生 ), 女, 硕士, 助教, 主要从事药物分子设计研究. E-m ai: l liuhn @ scut . edu . cn 近20年来, 对核酸、蛋白质等生物大分子切割试剂, 特别是定点切割试剂的研究一直是生物化 学、分子生物学以及化学生物学中最活跃的领域之一 [ 1~ 5] . 核酸切割试剂在肿瘤基因治疗 [

6 , 7] 和基因 工程技术的发展中具有重要应用价值. 文献 [ 8~ 14]对N- 磷酸化氨基酸化学性质研究发现, 丝组二肽 ( Ser -H is)作为最小的酶模型对蛋白质、DNA和酯等生物大分子有切割活性. 这是迄今首例不含金属离 子的人工核酸切割试剂. 通过各种实验及计算机模拟和计算等方法对丝组二肽切割机理进行研 究[15 ,

16 ] , 推测出其可能的反应机理. 朱长进等 [ 17] 在保证丝组二肽基本结构特征的基础上, 合成了一对 新型的丝氨酸-组胺酰胺对映体化合物 L-Ser -H ism和D-Ser -H ism, 并发现它们具有明显的 DNA 切割活 性, 切割反应的最佳 p H 值范围为 610~

615 , 且L-Ser -H ism的切割活性比 D-Ser -H ism的强. 与丝组二 肽相比, 这对酰胺对映体未显示出明显的切割蛋白活性, 表明其对 DNA 具有优先切割的功能 [ 17] , 但 是目前尚无法用仪器进行测试. 因此, 利用计算机模拟技术研究其切割机理具有重要意义. 本文采用 量子化学方法研究了丝氨酸组酰胺切割 5c -pTpTpCp -3c 的作用机理.

1 模型及计算 文献 [

18 ]认为丝组二肽切割 DNA可能的机理如图 1所示. 据此, 我们假设丝氨酸组酰胺切割 F ig .

1 Supposed m echanism of 5c -pTpTpCp -3ccleavage by Ser -H is m 5c -pTpTpCp -3c 的作用机理如下: 丝氨酸组酰胺中羟基、质子化的氨基、咪唑基和酰胺键可通过氢键和 5c -pTpTpCp -3c 的磷酸二酯键结合, 使得丝氨酸组酰胺结合到该片段上. 然后, 丝氨酸组酰胺的羟基进 攻磷原子, 通过形成五配位磷中间体而使磷酸二酯键发生水解, 从而使得 5c -pTpTpCp -3c 片段被切断. 进行分子模拟时设计的超分子体系很大, 为了减少量化计算的工作量, 我们先使用 GaussV iew 分 子模拟软件把分子对接后得到的超分子结构 (图2)进行精简, 仅留一条含有 3个碱基的 5c -pTpTpCp -3c 片段与 L /D 型丝氨酸组酰胺形成的超分子体系. 因为丝氨酸组酰胺必须同时与 DNA 上的两个磷酸基 团相互作用才有切割活性, 所以剪切片段至少要包含三个脱氧核苷酸片段 (图3). F ig.

2 Docking structures ofL-Ser -H is m-5c -pTpTpCp -3c( A) andD-Ser -H is m-5c -pTpTpCp -3c(B) Fig .