《QMMMFEP法研究甲胺脱氢酶质子转移反应过程》由会员分享，可在线阅读，更多相关《QMMMFEP法研究甲胺脱氢酶质子转移反应过程（51页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、中山大学化学与化学工程学院0 7 级硕七学位论文Q M M M F E P 法研究甲胺脱氢酶质子转移反应过程专业：物理化学硕士生：吴晓天导师：沈勇副教授摘要甲胺脱氢酶( m e t h ) r l a m i n ed e h y d r o g e n a s e ，M A D H ) 是胺脱氢酶家族的成员之一，该酶可催化甲胺生成甲醛和氨，本身则被氧化。色氨酸一色氨酰醌( t r y p t o p h a nt r y p t o p h y l q u i n o n e ，y r Q ) 是M A D H 的辅基，存在于M A D H 的每一个轻的次级单位( 1 i g h ts u
2、b u n i t ) 上。作为甲胺脱氢酶的辅基，在这个催化反应中，首先受到甲胺进攻，形成一个亚胺醌类物质，然后将其甲基上的一个质子传递至蛋白质的个碱性基团A s p 7 6 上。H 从T T Q 转移至A s p 7 6 一步为催化反应的速度决定步骤，是本实验研究的对象。研究M A D H 质子转移反应过程对促进有机磷农药降解，防治土壤污染有重要意义。本研究采用量子力学热力学循环微扰( q u a n t u mm e c h a n i c a lt h e r m o d y n a m i cc y c l ep e r t u r b a t i o n , Q T C P ) 的方
3、法计算甲胺脱氢酶质子转移过程的自由能变化。这种方法利用分子力学力场进行相空间取样，并建立一个热力学循环，最终得到准确的Q M M M 自由能变化。计算过程中结合使用了Q M M M 与自由能微扰法。首先，使用Q M M M 方法，对Q M 区域包含2 8 个原子的计算模型，进行几何优化。当中Q M 计算分别使用H a r t r e e F o c k 方法和密度泛函的B P 8 6 方法进行对比。使用B P 8 6 优化得到的能垒远低于使用H F 法计算得到的结果。从几何结构可以看出，H F 法得到的结果更加合理。中山大学化学与化学：r 程学院0 7 级硕士学位论文然后，从H F 法优化得到
4、的反应路径出发，进行Q T C P 计算。计算得到Q M部分固定的每个路径点之间的自由能变化，从而得到反应的活化自由能。计算过程中，采用了不同的Q M 计算方法和基组进行对比。其中使用B H L Y P 方法和6 3 1 + + G ( 2 d ，2 p ) 基组计算得到的反应活化自由能为1 2 9 k c a l m o l ，并考虑到质子传递过程中隧道效应带来的约为3 k c a l m o l 的能量降低，与实验数据( 1 1 3 k c a l m 0 1 )非常吻合。另外使用Q T C P 计算结果比单纯使用Q M M M 能量计算结果( 9 6 k c a l m 0 1 ) 更接
5、近实验数值。从计算结果可以看出，Q T C P 是精确计算酶催化反应过程自由能变化的一种有效方法。而密度泛函B H L Y P 方法则比较适合计算质子转移反应，另外使用大基组进行计算得到的结果更加准确。关键字：甲胺脱氢酶，质子转移，Q M M M ，自由能微扰法。中山大学化学与化学工程学院0 7 级硕士学位论文Q M M M F E Ps t u d y o ft h eH t r a n s f e rr e a c t i o ni nM e t h y l am i n eD e h y d r o g e n a s eM a j o r ：P h y s i c a lC h e m
6、 i s t r yN a m e ：X i a o t i a n 胁S u p e r v i s o r ：A s s o c i a t eP r o f e s s o rY o n gS h e nA b s t r a c tT h ee n z y m em e t h y l a m i n ed e h y d r o g e n a s ec a l lc a t a l y z et h eo x i d a t i o no fm e t h y l a m i n et op r o d u c e f o r m a l d e h y d ea n da m m
7、 o n i a I ne n z y m em e t h y l a m i n ed e h y d r o g e o n a s e ，e a c ho ft h el i g h ts u b u n i t sc o n t a i n sac o f a c t o rc a l l e dt r y p t o p h a nt r y p t o p h y l q u i n o n e T h ep r o c e s so ft h ec a t a l y z e dr e a c t i o ni n i t i a t e sw i t ht h ea t t
8、a c ko fm e t h y l a m i n eo nq u i n i n ea t o mo ft r y p t o p h a nt r y p t o p h y l q u i n o n e I tm a k e st r y p t o p h a nt r y p t o p h y l q u i n o n eb e c o m ea ni m i n o q u i n o n es p e c i e s T h e nap r o t o ni st r a n s f e r r e df i o mt h em e t h y lg r o u po
9、ft h es u b s t r a t et or e s i d u eA s p 7 6 ，a n dt h i si st h er a t e d e t e r m i n i n gs t e po f t h ec a t a l y z e dr e a c t i o n I nt h i sa r t i c l e ，w ep e r f o r m e dQ M M M F E Pc a l c u l a t i o no n am o d e l , w h i c hh a saQ Mr e g i o nw i t h2 8a t o m s ，t og e
10、 tt h ea c t i v a t i o nf r e ee n e r g yo ft h eH - t r a n s f e rr e a c t i o ni nM A D H T h ea p p r o a c h , w et e r mq u a n t u mm e c h a n i c a lt h e r m o d y n a m i cc y c l ep e r t u r b a t i o n ( Q T C P ) ，e m p l o y sam o l e c u l a rm e c h a n i c sf o r c ef i e l dt
11、 os a m p l ep h a s es p a c ea n dat h e r m o d y n a m i cc y c l et oe s t i m a t ea c c u r a t eQ M M Mf r e ee n e r g yc h a n g e s f f l中山大学化学与化学工程学院0 7 级硕士学位论文F i r s t l y , Q M M Mm e t h o dW a Su s e dt oo p t i m i z ear e a c t i o np a t h w a y T h e nt h ef le ee n e r g yb a r
12、 r i e rf o rt h er e a c t i o nw a sc a l c u l a t e db yc o m p u t i n gf r e ee n e r g yc h a n g e si ns t e p sb e t w e e nf i x e dQ Mr e g i o n sa l o n gt h ep r e d e t e r m i n e dr e a c t i o np a t h w a y I nQ M M Mo p t i m i z a t i o n , w eu s eH a r t r e e F o c kf o rQ Mc
13、 a l c u l a t i o na sw e l la sB P 8 6 T h er e s u l ts h o w st h a tH a r t r e e F o c ki sb e t t e ri nd e s c r i b i n gH - t r a n s f e rr e a c t i o n I nQ T C Pc a l c u l a t i o n ，w ec o m p a r es e v e r a lD F Tf u n c t i o n si nc o m p u t i n gQ M M Mf r e ee n e r g y T h e
14、b e s tr e s u l t s ，1 2 9 k c a l m o lo ft h ea c t i v a t i o ne n e r g yf o rt h ef o r w a r dr e a c t i o n ，a l eo b t a i n e da tt h el e v e lo f t h eB H L Y Pf u n c t i o n a la n dt h e6 311 + + G ( 2 d ，2 p )b a s i ss e t C o n s i d e r i n gt h er e d u c t i o no ft h ea c t i
15、 v a t i o nf l e ee n e r g yd u et ot h eq u a n t u mt u n n e l i n ge f f e c t ，t h er e s u l ti si ne x c e l l e n ta g r e e m e n tw i t ht h ee x p e r i m e n t a lv a l u eo f11 3 k c a l m o l , a n db e t t e rt h a nt h er e s u l to fp u r eQ M M Me n e r g yc a l c u l a t i o n(
16、9 6 k c a U m 0 1 ) o nt h es a m es y s t e m I ts h o w st h a tt h eQ T C Pi sag o o dw a yf o rc a l c u l a t et h eh i g h - l e v e lQ M M Mf l e ee n e r g ga n dt h eB H L Y Pf u n c t i o n a li sb e t t e rf o rt h ec a l c u l a t i o n sw h i c hi si n c l u d i n gt h eH - t r a n s f e rr e a c t i o I LK e yW o r d s ：Q M M M ，F r e eE n e r g yP e r t u r b a t i o n , M A D H ，H - t r a n s f e rI Vp 山大学化学与化学工程学院0 7 级硕
