嗜酸氧化亞鐵硫桿菌的核糖-＊5-磷酸異構(gòu)酶的同源建模研究

陳鋒菊,劉元東,高 健,孫遠(yuǎn)東

(1.湖南科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,湖南湘潭411201; 2.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410083)

嗜酸氧化亞鐵硫桿菌的核糖-＊5-磷酸異構(gòu)酶的同源建模研究

陳鋒菊1,劉元東2,高 健1,孫遠(yuǎn)東1

(1.湖南科技大學(xué)生命科學(xué)學(xué)院,湖南湘潭411201; 2.中南大學(xué)資源加工與生物工程學(xué)院,湖南長(zhǎng)沙410083)

采用同源建模技術(shù)和分子動(dòng)力學(xué)模擬方法,構(gòu)建了嗜酸氧化亞鐵硫桿菌Acidithiobacillus ferrooxidans (A.f)的核糖-5-磷酸異構(gòu)酶(rpiA)基因編碼的蛋白質(zhì)三維分子結(jié)構(gòu)模型。將結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行綁定位點(diǎn)搜索并與底物核糖-5-磷酸(R5P)進(jìn)行柔性分子對(duì)接,結(jié)果顯示,R5P被招募到A.ferrooxidans的RpiA的活性位點(diǎn)并隨后被激活;殘基Asp81,Thr31,Lys121,Ser30,Glu103,Asp84,Lys94,Asp118,Lys7,Gly97,Gly29,Gly95, Thr28和H2O對(duì)底物綁定或催化起重要作用,其中,Gly97,Gly29,Gly95和Thr28是新識(shí)別的殘基,它們?cè)谄渌矬w的RpiA中相當(dāng)保守但未被發(fā)現(xiàn)。

嗜酸氧化亞鐵硫桿菌;核糖-5-磷酸異構(gòu)酶;結(jié)構(gòu)模型;分子對(duì)接;核糖-5-磷酸

核糖-5-磷酸異構(gòu)酶(RpiA)是一個(gè)在戊糖途徑和二氧化碳固定的開爾文循環(huán)中必需的酶[7],它催化核糖-5-磷酸(R5P)轉(zhuǎn)變成核酮糖-5-磷酸[8]。至少60個(gè)物種中的Rpi A已被測(cè)序,大量的生物包括大腸桿菌和菠菜的RpiA已被克隆[9-10]。在結(jié)構(gòu)方面,大腸桿菌中的15 nm精度結(jié)構(gòu)和帶抑制劑的12.5 nm精度結(jié)構(gòu)以及V ibrio vulnificusYJ106中帶抑制劑和底物的RpiA的20 nm晶體結(jié)構(gòu)均已被X射線解析[11-12]。

嗜酸氧化亞鐵硫桿菌ATCC 23270菌株的基因組序列中包含一個(gè)rpiA基因,它可能編碼RpiA,從而在其二氧化碳固定中發(fā)揮重要作用。但到目前為止,關(guān)于此細(xì)菌中rpiA基因編碼的蛋白質(zhì)的實(shí)驗(yàn)和理論研究工作還未見報(bào)道,其三維結(jié)構(gòu)仍待解析。此外,直接獲取酶與底物復(fù)合物的結(jié)構(gòu)信息存在困難,因底物與酶反應(yīng)瞬間可得產(chǎn)物,而結(jié)構(gòu)解析如X射線晶體學(xué)通常需要好幾個(gè)小時(shí)。有文獻(xiàn)報(bào)道,基于計(jì)算機(jī)計(jì)算的同源建模和分子對(duì)接是蛋白質(zhì)三維結(jié)構(gòu)構(gòu)建和考察底物和酶相互作用的有效方法[13]。關(guān)于RpiA的詳細(xì)三維結(jié)構(gòu),它和底物相互作用信息和據(jù)此識(shí)別的關(guān)鍵殘基,對(duì)指導(dǎo)定點(diǎn)突變實(shí)驗(yàn)和理解它在這個(gè)具有獨(dú)特生理的細(xì)菌中的催化機(jī)理和功能,都是極其必需的。

本研究中,通過同源建模技術(shù)和分子動(dòng)力學(xué)模擬,一個(gè)來(lái)自嗜酸氧化亞鐵硫桿菌的RpiA蛋白質(zhì)(afRpiA,被此rpiA基因所編碼)的完整三維分子結(jié)構(gòu)被構(gòu)建、優(yōu)化和測(cè)評(píng)。獲得的結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步用于搜索綁定位點(diǎn),跟底物核糖-5-磷酸(R5P)進(jìn)行柔性分子對(duì)接,并據(jù)此偵識(shí)其關(guān)鍵殘基。

1 計(jì)算與方法

蛋白afRpiA的初始氨基酸序列來(lái)源于基因組研究協(xié)會(huì)的嗜酸氧化亞鐵硫桿菌ATCC 23270菌株的基因組序列。所有的模擬工作通過由Accelrys公司開發(fā)的Insight II軟件包來(lái)完成[14],此軟件包運(yùn)行于裝有紅帽Linux操作系統(tǒng)的戴爾Precision 470工作站上。

1.1 三維分子模型構(gòu)建

蛋白質(zhì)afRpiA的初始分子結(jié)構(gòu)模型通過Homology模塊建立[15]。首先,通過序列相似性搜索程序BLAST從蛋白質(zhì)數(shù)據(jù)銀行(PDB)尋找相關(guān)的蛋白質(zhì)模板。然后,用Modeler程序構(gòu)建afRpi A的初始三維分子結(jié)構(gòu)。

分子結(jié)構(gòu)模型的優(yōu)化通過Discover_3模塊來(lái)完成。在此過程中,一個(gè)以模建的afRpi A分子結(jié)構(gòu)模型的質(zhì)量中心為半徑再包裹一層2 nm厚水分子的顯式溶劑模型被采用。首先,對(duì)此全結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行800步共軛梯度最小化;然后,運(yùn)行120 ps的298 K常溫分子動(dòng)力學(xué)模擬;最后,一個(gè)共軛梯度能量最小化被執(zhí)行直到均方根梯度能低于42λ/ cm。模擬中選用一致價(jià)鍵力場(chǎng)(CVFF),最終的分子結(jié)構(gòu)模型通過Profile-3D和ProStat程序來(lái)評(píng)測(cè)[16-17]。

1.2 綁定位點(diǎn)分析

為了考察蛋白afRpiA和底物R5P的相互作用,綁定口袋定義包含距離0.6 nm的所有殘基。通過使用Binding-Sites模塊來(lái)定位孔洞的方法找出所有可能的綁定口袋。然后結(jié)合搜索信息以及RpiA家族的保守殘基和別的afRpiA類似物的試驗(yàn)結(jié)果來(lái)預(yù)測(cè)afRpiA對(duì)R5P的綁定位點(diǎn)。分析結(jié)果用于指導(dǎo)后面的分子對(duì)接實(shí)驗(yàn)。

1.3 把輔因子和底物對(duì)接入綁定口袋

底物R5P的三維結(jié)構(gòu)通過Builder程序來(lái)建立,它的幾何進(jìn)一步通過Discover_3程序來(lái)優(yōu)化。為了探尋蛋白afRpiA和底物R5P之間的相互作用模式,通過Affinity程序?qū)λ鼈冞M(jìn)行自動(dòng)分子對(duì)接。

首先,在上面識(shí)別位點(diǎn)的指導(dǎo)下,把底物R5P對(duì)接入afRpiA的綁定口袋中。在此過程中,基于整體復(fù)合物的能量通過Affinity程序自動(dòng)找到配體和受體的最好綁定結(jié)構(gòu)。復(fù)合物的勢(shì)能函數(shù)通過使用CVFF力場(chǎng)來(lái)賦值,單胞多極方法被用于處理非鍵相互作用。為了考慮溶劑效果,將配體-酶復(fù)合物浸入一個(gè)以它們?yōu)橹行牡陌霃綖? nm的水球中。最后,根據(jù)相互作用能結(jié)合幾何匹配質(zhì)量的標(biāo)準(zhǔn)來(lái)選取酶和底物的對(duì)接復(fù)合物。

2 結(jié)果與討論

2.1 嗜酸氧化亞鐵硫桿菌的Rpi A的結(jié)構(gòu)模建

蛋白afRpiA搜索PDB數(shù)據(jù)庫(kù)的結(jié)果表明,一個(gè)來(lái)自大腸桿菌Rpi A的晶體結(jié)構(gòu)(PDB代號(hào)為1KS2)的序列跟它有較好的序列一致性(57.34%)[11],因此1KS2被選擇作為模板構(gòu)建afRpiA蛋白的三維結(jié)構(gòu)?；?KS2的結(jié)構(gòu),通過同源建模過程,獲得了afRpiA的初始結(jié)構(gòu)。目標(biāo)蛋白和模板蛋白的序列比對(duì)如圖1所示。

圖1 afRpiA跟1KS2的序列比對(duì)Fig.1 Sequence alignment of afRpiA and 1KS2

這個(gè)初始結(jié)構(gòu)被進(jìn)一步優(yōu)化。在分子動(dòng)力學(xué)模擬過程中,勢(shì)能在最初的50 ps內(nèi)迅速下降,然后以兩步間較低的偏離下降,在60 ps時(shí)動(dòng)力學(xué)模擬趨于平衡(圖2)。因此,選取120 ps的分子構(gòu)型去進(jìn)一步優(yōu)化作為最終三維分子結(jié)構(gòu)。

圖2 120 ps內(nèi)afRpiA的分子動(dòng)力學(xué)的總勢(shì)能變化(總勢(shì)能是0.1 ps間隔內(nèi)的平均)Fig.2 The change of total potential energy of afRp iA's molecular dynamics during 120 picosecond (The total potential energy is the average of intervals of 0.1 picosecond)

當(dāng)最終的結(jié)構(gòu)通過ProStat程序來(lái)評(píng)測(cè)時(shí),模型中89.3%的骨架Φ-Ψ角落在Ramachandran核心區(qū),而對(duì)比于1P3W,骨架Φ-Ψ角的百分比是86.5%;當(dāng)用于表明顯著性差異的截?cái)嘀等∠喈?dāng)于參考值6個(gè)標(biāo)準(zhǔn)方差時(shí),模建蛋白中沒有顯著差異的結(jié)構(gòu)特征被觀察到。當(dāng)用Profile-3D評(píng)測(cè)此蛋白時(shí),其自兼容分?jǐn)?shù)為94.83,高于Profile-3D最低評(píng)分?jǐn)?shù)(44.73),接近于Profile-3D最高評(píng)分?jǐn)?shù)(99.40),模建結(jié)構(gòu)中的每個(gè)殘基的兼容性分?jǐn)?shù)均大于0,對(duì)應(yīng)于可接受的側(cè)鏈環(huán)境。Profile-3D和ProStat的評(píng)測(cè)結(jié)果表明,蛋白afRpiA的模建結(jié)構(gòu)是可靠的。

Fig.3圖(有正T 3h 的e模兼 te型容s t性reaf分s Ru p數(shù)l t is A的o的f殘m基o Pd r表oe fl明i l ae其f-R 3D被piA檢合測(cè)理b y折結(jié) P疊r果of ) ile-3D (the residueswith positive compatibility score demostrated the reasonable folding)

來(lái)自極端微生物A.ferrooxidansATCC 23270的RpiA蛋白單聚體由219個(gè)氨基酸組成,計(jì)算的相對(duì)分子質(zhì)量為23.38×103。模建的單聚體afRpi A包含3個(gè)β折疊片層,上面又堆積了6個(gè)α螺旋(圖4)。這與Kim等[12]研究得到的V ibrio vulnificus YJ106的RpiA單聚體的結(jié)構(gòu)一致。右片層包含6個(gè)平行β折疊條帶,第7個(gè)條帶反平行存在;開始的4個(gè)條帶起于一個(gè)Ross mann折疊的典型模式,此片層最終被序列中的2個(gè)條帶所結(jié)束,3個(gè)α螺旋從溶劑中掩埋了片層的凹面。中間的片層在結(jié)構(gòu)中作為一個(gè)中心,由4個(gè)安排進(jìn)一個(gè)混合片層的條帶組成。一個(gè)α螺旋被插進(jìn)右片層和中間片層之間。左片層由4個(gè)反平行條帶組成,帶有2個(gè)α螺旋保護(hù)它的外表面。整個(gè)結(jié)構(gòu)能被劃分為一個(gè)小結(jié)構(gòu)域和一個(gè)大結(jié)構(gòu)域。小結(jié)構(gòu)域由N端1-67殘基組成,大結(jié)構(gòu)域包含殘基68-219。此蛋白的整體結(jié)構(gòu)有著Rpi A蛋白的典型特征。

圖4 afRpiA的最終三維結(jié)構(gòu)和可能的綁定位點(diǎn)(可能的綁定口袋通過在其所在空間填以交叉線來(lái)表示并分別標(biāo)注數(shù)字1和2)Fig.4 The finally three-d imensional structure and possible binding sites of afRpiA (the possible bindingpocketwas expressed by filling cross-line in the space and marked by 1 and 2 respectively)

2.2 識(shí)別R5P的綁定區(qū)域

來(lái)自E.coli的RpiA蛋白有一個(gè)底物綁定口袋,此口袋涉及底物催化[11]。在口袋中,存在一些至關(guān)重要的殘基:Asp81,通過從羥基的氧原子上接受一個(gè)質(zhì)子而起開環(huán)作用;Glu103,是一個(gè)必需的催化堿基;Lys94,幫助穩(wěn)定底物中間物; Lys7,Ser30,Thr31和Lys121,在錨定R5P的磷酸基中發(fā)揮重要作用。這些來(lái)自E.coli的RpiA蛋白的殘基分別對(duì)應(yīng)于afRpi A中的Asp81,Glu103, Lys94,Lys7,Ser30,Thr31和Lys121殘基。A.ferrooxidans和其它生物源的RpiA的序列比對(duì)(圖5)表明,這些殘基在來(lái)自其它各種生物源的Rpi A中也高度保守。

圖5 A.ferrooxidans和其它生物源的Rpi A的部分序列比對(duì)(在所有序列中都保守的殘基標(biāo)記＊;只在部分序列中保守的殘基視保守程度標(biāo)記:或.)Fig.5 Partial sequence alignment ofA.ferrooxidans and other sources'RpiA (the conservative residues in all sequences were marked by＊; those only in part sequences were marked by:or.by their conservative degree)

模建結(jié)構(gòu)的綁定位點(diǎn)搜索結(jié)果顯示afRpiA中有2個(gè)孔洞(圖4)。有趣的是,上面提到的保守殘基位于位點(diǎn)1中。此外,afRpi A和1P3W在序列和結(jié)構(gòu)方面都很好地保守,它們的生物功能也應(yīng)一樣。于是,結(jié)合此搜索信息以及RpiA家族的保守殘基和別的afRpiA類似物的試驗(yàn)結(jié)果,位點(diǎn)1被選為對(duì)接底物R5P的最佳綁定位點(diǎn)。此位點(diǎn)由16個(gè)殘基(Thr28,Gly29,Ser30,Thr31,Thr32, Asp81,Gly82,Ala83,Asp84,Lys94,Gly95,Gly96, Gly97,Ala99,Glu103和Lys121)組成。

2.3 afRpiA和R5P的相互作用

核糖-5-磷酸天然存在線性醛醣型式(開鏈)或呋喃糖型式(五元環(huán))。開鏈型式在溶液中相當(dāng)稀少,異構(gòu)需要開鏈型式的糖。有動(dòng)力學(xué)證據(jù)表明RpiA必須綁定到一個(gè)或更多的呋喃糖型式,此呋喃糖型式的環(huán)在原位表達(dá)中被提出是打開的,這可能是在提供催化支持的酶的幫助下實(shí)現(xiàn)的[9-10]。本研究中的底物對(duì)接主要針對(duì)呋喃型式R5P和RpiA的米氏復(fù)合物的形成。R5P-RpiA復(fù)合物的三維綁定構(gòu)型見圖6(a)。圖6(a)顯示, R5P被錨定在綁定口袋中心。

圖6 R5P-afRpiA復(fù)合物的分子對(duì)接及氫鍵相互作用Fig.6 Molecular docking of R5P-afRpiA Complex and the their hydrogen bond interaction (a)R5P-afRpiA復(fù)合物的三維分子對(duì)接結(jié)構(gòu);(b)R5P和afR-piA的氫鍵相互作用(氫鍵用虛線表示) (a)Three-dimensional structure ofmolecular docking of R5P-afRpiA Complex;(b)The hydrogen bond interaction of R5Pand afRpiA (Hydrogen bond expressed with dotted line)

眾所周知,氫鍵在生物分子的結(jié)構(gòu)和功能中發(fā)揮重要作用,特別在酶的催化和底物綁定中。圖6 (b)和表1顯示,afRpi A和R5P之間形成了7個(gè)氫鍵。3個(gè)氫鍵被形成于R5P的磷酸基的氧原子和殘基Thr31,Ser30和Lys121的側(cè)鏈之間。另3個(gè)氫鍵產(chǎn)生于R5P的C1-羥基的氫原子和Asp81,R5P的C2氫原子和Glu103,R5P的C3-羥基的氧原子和Asp84之間。此外,還有1個(gè)氫鍵位于環(huán)氧原子和水分子之間。這些氫鍵相互作用加強(qiáng)了底物-酶復(fù)合物的穩(wěn)定性。

表1 R5P和RpiA綁定位點(diǎn)殘基間的氫鍵Table 1 The hydrogen bonds of R5Pand RpiA's residues binding sites

為確定組成模型綁定口袋的關(guān)鍵殘基,計(jì)算了R5P跟酶中的每個(gè)單獨(dú)氨基酸的相互作用能。通過R5P跟afRpi A中每個(gè)氨基酸殘基的總相互作用能來(lái)識(shí)別模型中的顯著綁定位點(diǎn)殘基,并通過相互作用能的排序來(lái)推測(cè)每個(gè)殘基的相對(duì)重要性。與基于跟底物距離的識(shí)別方法相比,此方法能清楚地顯示每個(gè)殘基的相對(duì)重要性。

由表2可知,底物R5P跟afRpiA具有一個(gè)非常適合的相互作用能。其中,靜電能,范德華力能和總相互作用能分別是-55.294 4,-39.758 2和-95.052 6 kJ/mol。相互作用能僅僅對(duì)應(yīng)于綁定自由能的焓貢獻(xiàn)。結(jié)果表明,在這種情況下,靜電能和范德華力對(duì)決定底物的綁定取向很重要,巨大的吸附相互作用能對(duì)有效地招募底物R5P很有幫助。殘基Asp81和R5P之間的總相互作用能(Etotal)是-15.897 0 kJ/mol,其中主要的相互作用能是靜電能(Eele=-9.336 6 kJ/mol)。殘基Lys121,Glu103,Asp84,Lys94,Asp118,Lys7和H2O具有跟Asp81類似的行為,與R5P的主要相互作用能也是靜電能;殘基Gly97,Thr28與R5P的相互作用能主要是范德華力能;殘基Thr31, Ser30,Gly29和Gly95跟R5P的相互作用能中,范德華力能和靜電能大體相當(dāng)。通過相互作用能分析,殘基Asp81,Thr31,Lys121,Ser30,Glu103, Asp84,Lys94,Asp118,Lys7,Gly97,Gly29,Gly95, Thr28和H2O與R5P的總相互作用能對(duì)比于其它殘基較為突出,因此這些殘基可被推測(cè)為R5P的重要錨定殘基,并對(duì)底物的相互作用具有重要貢獻(xiàn)。顯然,基于總相互作用能和/或氫鍵固定,殘基Asp81,Thr31,Lys121,Ser30,Glu103,Asp84, Lys94,Asp118和Lys7的結(jié)果跟大腸桿菌中的Rpi A的實(shí)驗(yàn)事實(shí)十分一致。但是根據(jù)相互作用能, Gly97,Gly29,Gly95和Thr28是新識(shí)別的重要?dú)埢?它們?cè)趤?lái)自其他各種生物體的RpiA中恰好保守(圖5),但以前一直沒被發(fā)現(xiàn)過。

表2 R5P跟單獨(dú)殘基間的靜電能(Eele),范德華力能(Evdw)和總能(Etotal) (|Etotal|>0.600 0 kJ mol-1的殘基按能量大小列出)Table 2 The electrostatic energy(Eele),the Van der Waals force and energy(Evdw)and the total energy(Etotal) (the residues of|Etotal|over 0.600 0 kJ mol-1 are listed by their energy size)

在底物反應(yīng)的初始步(圖7),呋喃糖型式的R5P進(jìn)入活性口袋形成米氏復(fù)合物。然后,Asp81通過從R5P中的C1-羥基的氧原子接受一個(gè)質(zhì)子進(jìn)行開環(huán)。這一步最有可能的質(zhì)子供體是水,在O4的適當(dāng)面十分有利于接觸溶劑,一旦環(huán)被打開,磷酸可能仍然留在相同的位置,在O4中找到的羥基將會(huì)找到一個(gè)好的機(jī)會(huì)跟殘基28主鏈上的羰基氧形成氫鍵。底物靠近O1和O2的部分,則必須重新進(jìn)行輕微的調(diào)整以適應(yīng)此化學(xué)改變。突變結(jié)果和位置表明,Glu103將是必需的催化堿基,Asp81將在下一步催化中把它的質(zhì)子返回給底物,Lys94正好位于幫助穩(wěn)定中間物的位置。上面的對(duì)接結(jié)果表明,水分子和Asp81非?？拷黂5P,并跟它有較強(qiáng)的氫鍵固定和非常大的相互作用能(圖6、表1和表2),它們跟底物反應(yīng)機(jī)理的初始過程十分一致(圖7)。

圖7 底物反應(yīng)的初始步驟Fig.7 The initial step of substrate reaction

3 結(jié) 論

1)嗜酸氧化亞鐵硫桿菌的rpiA基因編碼的蛋白質(zhì)的可靠三維分子結(jié)構(gòu)模型被構(gòu)建。由模建的結(jié)構(gòu)和跟R5P相互作用的信息,可在三維空間層次確認(rèn)此基因編碼了RpiA。

2)通過與底物的分子對(duì)接,R5P能被有效地招募到A.ferrooxidans的RpiA的活性位點(diǎn)中并隨后被激活。殘基Asp81,Thr31,Lys121,Ser30, Glu103,Asp84,Lys94,Asp118,Lys7,Gly97, Gly29,Gly95,Thr28和H2O對(duì)此蛋白的底物綁定或催化起著重要作用。

[1] RAWL I NGS D E,KUSANO T.Molecular genetics of Thiobacillus ferrooxidans[J].Microbiological Reviews, 1994,58(1):39-55.

[2] BAKER B J,BANFIELD J F.Microbial communities in acid mine drainage[J].FEMS Microbiology Ecology, 2003,44(2):139-152.

[3] TUOV I NEN O H,N IEMELA S I,GYLLENBERG H G. Tolerance ofThiobacillus ferrooxidationsto some metals [J].Antonie van Leeuwenhoek,1971,37(4):489-496.

[4] BANERJEE P C.Genetics of metal resistance in acidophilic prokaryotes of acidic mine environments[J].Indian journal of Experimental Biology,2004,42(1):9-25.

[5] QUATR I N IR,APPI A A C,DEN IS Y,et al.Insights into the iron and sulfur energetic metabolism ofAcidithiobacillus ferrooxidansby microarray transcriptome profiling [J].Hydrometallurgy,2006,83(1/4):263-272.

[6] APPI A A C,QUATR I N IR,DEN IS Y,et al.Microarray and bioinfor matic analyses suggest models for carbon metabolis m in the autotroph Acidithiobacillus ferrooxidans [J].Hydrometallurgy.2006,83(1/4):273-280.

[7] ROSA L.Interaction between exogenous ribose 5-phosphate and the Benson-Calvin cycle in intact spinach chloroplasts[J].Plant Science Letters,1979,16(2/3): 211-218.

[8] ANDERSON L E.Ribose-5-phosphate isomerase and ribulose-5-phosphate kinase show apparent specificity for a specific ribulose 5-phosphate species[J].FEBSLetters, 1987,212(1/9):45-48.

[9] SORENSEN K I,HOVE J B.Ribose catabolism ofEscherichia coli:characterization of the rpiB gene encoding ribose phosphate isomeraseB and of the rpiR gene,which is involved in regulation of rpiB expression[J].Journal ofBacteriology,1996,178(4):1003-1011.

[10] JUNG C H,HART MAN F C,LU T Y,et al.D-Ribose-5-phosphate isomerase from spinach:heterologous overexpression,purification,characterization,and site-directed mutagenesis of the recombinant enzyme[J].Archives of Biochemistry and Biophysics,2000,73(2): 409-417.

[11] ZHANG R,ANDERSON C E,SAVCHENKO A,et al. Structure ofEscherichia coliRibose-5-phosphate Isomerase:a ubiquitous enzyme of the pentose phosphate pathway and the Calvin cycle[J].Structure,2003,11 (1):31-42

[12] KI M T G,K WON T H,M I N K,et al.Crystal Structures of Substrate and Inhibitor Complexes of Ribose 5-PhosphateIsomerase A fromV ibrio vulnificusYJ016 [J].Mol Cells,2009,27(1):99-103.

[13] EISENHABER F,PERSSON B,ARGOS P.Protein structure prediction:recognition of primary,secondary, andtertiarystructural features fromaminoacid sequence[J].Critical Reviews in Biochemistry and MolecularBiology,1995,30(1):1-94.

[14] I NSIGHT II,version 2005[CP].San Diego:Accelrys Inc,2005.

[15] BLUNDELL TL,SI BANDA B L,STERNBERG M J E, et al.Knowledge-based prediction of protein structures and the design of novel molecules[J].Nature,1987, 326(6111):347-352.

[16] LUTHY R,BOW IE J U,EISENBERG D.Assessment of protein models with three-dimensional profiles[J]. Nature,1992,356(6364):83-85.

[17] MORR IS A L,MACATHUR M W,HUTCH I NSON E G,et al.Stereochemical quality of protein structure coordinates[J].Proteins,1992,12(4):345-364.

HomologyM odeling of RpiA fromAcidithiobacillus ferrooxidans

CHEN Fengju1,L IU Yuandong2,GAO Jian1,SUN Yuandong1
(1.School ofLife Science,Hunan University of Science and Technology,Xiangtan 411201,China; 2.School of Resources Processing and Bioengineering,Central South University,Changsha 410083,China)

A three-dimensional protein molecular structure,which was encoded by the gene Ribose-5-phosphate isomerase A(RpiA)fromAcidithiobacillus ferrooxidans,was constructed by the homologymodeling technique and molecular-dynamics si mulation.The obtained structure was applied to search binding sites and carry out flexible docking with the substrate ribose-5-phosphate(R5P).The results showed that the substrate R5P can be effectively recruited into the active pocket and be activated immediately;the residues ofAsp81,Thr31,Lys121,Ser30,Glu103,Asp84,Lys94,Asp118,Lys7,Gly97, Gly29,Gly95,Thr28 and H2O play a critical role in the binding or catalysis of R5P.Among the above residues,Gly97,Gly29,Gly95,Thr28 are fitly conserved in Rpi A from all kinds of sources but have not been detected before.

ribose-5-phosphate isomerase A(Rpi A);Acidithiobacillus ferrooxidans;structural model; molecular docking;ribose-5-phosphate(R5P)

Q936

A

0529-6579(2010)04-0093-06

嗜酸氧化亞鐵硫桿菌屬革蘭氏陰性化能自養(yǎng)細(xì)菌,它在礦物加工工業(yè)中被用于從各種硫化礦物中提取有價(jià)金屬,如銅,鉛,鋅,鈾,金和鎳等[1],是應(yīng)用最廣泛的細(xì)菌之一。它所生存的環(huán)境極端酸性和有毒性[2]。人們可能十分驚奇,生命如何能在這種極端環(huán)境中存在。事實(shí)上,生命不僅能在這種有毒的環(huán)境中生存[3-4],而且能夠利用這種條件,通過氧化亞鐵離子和還原態(tài)硫化物獲取生長(zhǎng)所需要的能量,還能把那些不溶性的硫化物轉(zhuǎn)變成可溶性的硫酸鹽[5]。該特性常被工業(yè)上利用來(lái)從礦石中提取金屬。與此同時(shí),它還能通過固定大氣中的二氧化碳為其自身細(xì)胞提供碳源[6],其二氧化碳的利用可能限制細(xì)菌的生長(zhǎng)并進(jìn)而影響生物浸出操作的效率。因此,研究該生物的二氧化碳固定系統(tǒng)在基礎(chǔ)和應(yīng)用等方面具有十分重要的意義。

2009-05-30

湖南省自然科學(xué)基金資助項(xiàng)目(B10819)

陳鋒菊(1973年生),女,碩士;E-mail:chenfengju526@163.com