《硫胺素依賴酶催化機理的理論研究》是依託山東大學，由劉永軍擔任項目負責人的面上項目。
基本介紹
- 中文名：硫胺素依賴酶催化機理的理論研究
- 項目類別：面上項目
- 項目負責人：劉永軍
- 依託單位：山東大學
中文摘要,結題摘要,
中文摘要
硫胺素依賴酶以硫胺素焦磷酸為輔酶參與生物體內的多種合成與代謝過程，能催化多種類型的反應，主要包括C-C鍵的斷裂和生成過程。儘管目前已經得到了部分依賴酶及反應中間體的晶體結構，但關於其催化機理及殘基突變影響規律的理論研究相對滯後。本項目擬以三種最具代表性的依賴酶即丙酮酸脫羧酶、乙醯羥基酸合成酶和轉酮醇酶為主要研究對象，綜合運用量子力學、分子力學和分子動力學模擬方法對其催化機理進行系統的理論研究，探討活性區殘基與輔酶、底物、金屬離子之間的作用本質，弄清輔酶在活性中心的活化機制；通過對催化循環過程的系統研究弄清決定酶催化活性的關鍵結構因素，揭示酶催化反應的本質和殘基突變的影響規律，提供此類依賴酶結構與活性關係的重要信息。本項目研究結果將為進一步的實驗研究和套用開發奠定理論基礎。
結題摘要
硫胺素B1依賴酶參與生物體內的多種合成與代謝過程，能催化多種類型的反應。它們不僅是許多藥物的作用靶點，而且在有機合成、藥物中間體合成、手性催化等方面具有潛在的套用前景。目前關於其催化反應機理的認識仍比較膚淺，主要靠得到的部分晶體結構和部分不完整的動力學實驗數據進行推測。針對硫胺素B1依賴酶當時的國內外研究現狀，本項目提出以幾類最具代表性的依賴酶如丙酮酸脫羧酶、乙醯羥基酸合成酶和轉酮醇酶為研究模型，套用理論化學方法對硫胺素依賴酶的催化機理進行系統研究。項目於2011年8月獲批准。在項目執行期間，主持人領導的課題組按研究計畫對轉酮醇酶、磷酸轉酮醇酶、丙酮酸脫羧酶、丙酮酸脫氫酶、丙酮酸脫氫酶多酶複合物的催化機制進行了系統研究。此外，主持人還時刻關注該研究領域的國內外動態，針對乙醯羥基酸合成酶已經有人研究的具體情況以及新報導的一些晶體結構，增加了對乙醛酸醛連線酶、苯甲醛裂解酶及酵母氨酸脫氫酶等的研究。通過深入細緻的研究，大大加深了對ThDP依賴酶的反應機理的認識，取得一系列的研究成果，包括：（1）明確了ThDP依賴酶活性中心的結構特點以及輔酶ThDP的活化構象及活化機制；（2）系統地給出了幾類代表性酶催化過程的具體細節，確定了各步基元反應中所涉及的中間體和過渡態的幾何結構、電子結構和能量關係；（3）明確了決定這些酶催化反應速度的關鍵步驟和主要影響因素；（4）找出了活性口袋的殘基對催化反應的立體選擇性和區域選擇性影響規律。通過四年的艱苦努力，超額完成了預定的研究目標和任務，相關研究數據為深入理解此類依賴酶結構與活性關係提供了重要信息，研究結果為進一步的實驗研究和套用開發奠定了必要的理論基礎。項目執行期間，在國內外有較高影響的刊物上發表SCI研究論文44篇，其中在影響因子9.0以上的刊物發表論文3篇 (J. Am. Chem. Soc.1篇，ACS Catalysis 2篇)，3.0以上的刊物上發表論文20餘篇（包括Phys. Chem. Chem. Phys., Biochemistry, Org. Biomol. Chem., Biochim. Biophys. Acta, RSC Advances等），培養博士生7人，碩士生5人。此外，還邀請國外專家講學6人次，參加國際交流會議2人次，國內學術會議15人次。
