酶催化中的自动路径搜索策略：以LmCpfC为例的研究

《ChemPhysChem》：An Automatic Pathway Searching Strategy in Enzyme Catalysis: A Case Study of LmCpfC

酶催化反应机制自动探索策略研究：基于离散路径采样（DPS）方法首次系统分析了Listeria monocytogenes的coproporphyrin ferrochelatase（LmCpfC）催化Fe(II)插入cpIII的路径，通过比较Tyr12侧与Glu263、His182侧的热力学（ΔH=-42.24 vs +21.88 kcal·mol?1）和动力学（能垒7.28 vs 34.64 kcal·mol?1）参数，证实Fe(II)插入优先从Tyr12侧进行，该策略较传统能面扫描和诺德弹性带法降低能垒约50%并提高计算效率。

　　

摘要

为了减少对酶反应机制探索的人为干预，首先采用了一种基于离散路径采样（DPS）的自动路径搜索策略来探究酶催化的反应路径。以单核细胞增生李斯特菌（Listeria monocytogenes）中的粪卟啉铁螯合酶（LmCpfC）为例，该酶催化Fe(II)插入底物粪卟啉III（cpIII）的过程，这是首次对CpfC的详细机制进行计算研究。通过从cpIII的两侧搜索Fe(II)的插入路径，发现从Tyr12侧插入Fe(II)在热力学和动力学上都具有优势，这与实验观察结果一致。其焓变值为?42.24?kcal?mol^?1，障碍能为7.28?kcal?mol^?1。相比之下，从Glu263或His182侧插入Fe(II)的焓变为+21.88?kcal?mol^?1，障碍能分别为34.64?kcal?mol^?1。与势能面扫描和弹性带方法相比（Tyr12侧的障碍能分别为9.78、17.50?kcal?mol^?1，Glu263或His182侧的障碍能分别为85.09、58.26?kcal?mol^?1），DPS策略能够找到障碍能更低的反应路径，且干预程度更低。

图形摘要

首次将基于Dijkstra算法和双弹性带方法的离散路径采样策略应用于酶催化反应路径的搜索中，显示出在速度、高并行性和自动化方面的优势。将该方法应用于单核细胞增生李斯特菌的粪卟啉铁螯合酶（LmCpfC）的研究表明，从Tyr12侧插入Fe(II)的可能性更大，这与实验观察结果一致。

支持信息

作者在支持信息中引用了其他参考文献。

利益冲突

作者声明没有利益冲突。