Badania teoretyczne nad wpływem mutacji H204A na reakcję katalizowaną przez sulfurylazę ATP ( Saccharomyces cerevisiae)

Streszczenie:Sulfurylaza ATP (ATPS) jest szeroko rozpowszechnionym enzymem w świecie organizmów żywych. Przeprowadza aktywację nieorganicznego siarczanu(VI). W katalizowanej reakcji ATP z SO42- powstaje: adenozyno 5’-fosfosiarczan (APS) i pirofosforan (PPi). Jest to pierwszy etap redukcji siarczanu przeprowadzanego w szlakach: asymilacyjnym i dysymilacyjnym. W bazie PDB znajduje się rozwiązana struktura dysymilacyjnego ATPS z Saccharomyces cerevisiae ( kod PDB: 1G8H). Na tej strukturze krystalograficznej bazują zaproponowane struktury modelu enzymu w kompleksie z: substratami, produktami oraz reagentami w stanie przejściowym. Struktury te zostały zoptymalizowane metodami kwantowo mechanicznymi. Celem tej pracy było zbadanie roli His204 występującej w kieszeni wiążącej na katalizowaną reakcję. Stworzono w tym celu model klastrowy centrum aktywnego poddanego mutacji H204A ( histydynę zastąpiono alaniną). Użytą metodą kwantowo mechaniczną była metoda teorii funkcjonału gęstości (DFT:B3LYP-D3). W otrzymanych wynikach dla reakcji tworzenia APS model H204A miał znacząco wyższą barierę reakcji w stosunku do modelu dzikiego, jednakże nie aż tak dużą jak sugerują to wyniki eksperymentalne. Z drugiej strony udało się potwierdzić wyniki eksperymentalne dla reakcji odwrotnej: tworzenia siarczanu(VI) i ATP z APS i PPi, w tym wypadku enzym poddany mutacji H204A nie jest w stanie sprawnie katalizować reakcji.

Abstract:The ATP sulfurylase (ATPS) is widespread enzyme in world of living organisms. In catalyzed reaction: adenosine 5’-phosphosulfate (APS) and pyrophosphate (PPi) are formed from ATP and SO42. This reaction activates inorganic sulfate(VI), this is the first step of sulfate(VI) reduction catalyzed in: assymilatory and dissimilatory pathway. In the PDB database there is a solved structure of dissimilatory ATPS from Saccharomyces cerevisiae (PDB code: 1G8H). There are proposed structerers of the enzyme model (wild type, WT) in the complex with: substrates, products and reactants in transition state. Those structures were optimalized by quantum mechanic methods. The aim of this work was to examine the role of His204 (present in the binding pocket) on the catalyzed reaction. Created for this purpose a claster model of the reaction center with H204A mutation ( the histidine was switch to alanine). The quantum mechanic method of density functional theory(DFT:B3LYP-D3) was used to obtain optimized structures. The obtained results sugest that H204A model have higher reaction barier than WT model, but the experimental data show that this reaction barier for H204A mutant is much higher than presented in this study. In other hand, the same results as in the experimental data have been achived for reverse recation: the creation of ATP and SO42- from PPi and APS.