计算生物学 - 基于球形马拉色菌脂肪酶SMG1晶体结构研究结构功能关系和底物专一性

时间:2014-10-22

分子对接(molecular docking是基于结构药物设计的核心模拟手段,依据受体与配体作用时的几何匹配和能量匹配过程,模拟受体-配体相互作用,预测两者间最佳的结合模式和结合亲和力。采用分子对接模拟技术,科研人员可以进行基于结构的药物虚拟筛选,药物分子的结构改造,药靶相互作用的机理研究等工作,从而大大提高实验效率。在Discovery Studio这一分子模拟的综合平台中,共有四种对接程序,包含LibdockLigandFitCDOCKERFlexibleDocking,这四种对接算法各有优势,能够满足广大科研工作者的多种应用需求,为其提供配体受体间相互识别的“利器”。

同源建模(Homology Modeling方法在众多蛋白结构预测方法当中使用最为广泛且准确性较高。只要给出目标序列与模板蛋白,利用工业标准的快速同源建模方法,便可自动并快速产生优化的蛋白同源模型, 从而极大的方便广大生物大分子研究者及药物研发人员快速了解蛋白结构。Discovery Studio中的MODELER模块是经典的同源建模工具,可以自动完成球蛋白、跨膜蛋白和抗体分子的模建,此外还可以模拟蛋白突变。

 

基于球形马拉色菌脂肪酶SMG1晶体结构研究结构功能关系和底物专一性

Crystal structure of a mono- and diacylglycerol lipase from Malassezia globosa

reveals a novel lid conformation and insights into the substrate specificity

RefJournal of Structural Biology 178 (2012) 363369  IF=3.369

链接:http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1047847712000846

 

      脂肪酶可以催化天然底物油脂水解,是重要的工业酶制剂品种之一,广泛应用于油脂加工、食品、医药、皮革、日化、造纸等工业。许多脂肪酶家族成员的结构信息都已得到很好的研究,它们都包含一个典型的α/β水解内核和一个保守的催化三联体。此外脂肪酶结构中通常都会有一个盖子结构在疏水活性位点的顶部,隔开水环境,当脂肪酶进入脂-水界面,该盖子结构可以从闭合构象变化至敞开构象。本文报道了球形马拉色菌中LIP1(SMG1)的晶体结构,该结构处于闭合构象,且盖子结构处于一种新型的loop构象,而非通常的螺旋构象。而且,大部分脂肪酶都倾向于催化水解甘油三酯,二该SMG1则是极少数只选择性催化甘油单酯和甘油二酯的真菌脂肪酶家族成员。到目前为止,该底物专一性机理仍然未知。为了研究其底物结合特性,本文基于Discovery Studio 3.0,采用DS MODELER同源建模技术构建了一个敞开式构象的SMG1结构模型。基于该模型,文章发现催化位点相邻处有两个较大的疏水残基,以及盖子结构N末端的铰链区,都对甘油三酯的结合构成了较大的空间位阻。此外,文章还采用DS Libdock分子对接技术,在该敞开式构象模型基础上研究了脂肪酸的结合特性。SMG1这种独特的结构特性也为更好地理解其底物专一性和进一步研究该酶功能及其脂类代谢提供了平台。
 


 

图一:SMG1开放式构象模型。(A)SMG1结合口袋以表面示意,辛酸的对接结果以棍状示意,盖子以黄色螺旋示意;(B)开放式SMG1结构(绿色)同T. lanuginosa脂肪酶结构(蓝色)的叠合,底物以蓝色棍状示意。

 

为什么选择Discovery Studio
1.  Discovery Studio提供一整套同源建模的工具,使用DS,可以轻松完成所有的同源建模过程,包括模板识别、序列比对、自动建模、模型的评估与优化;
2.  Discovery Studio中同源建模工具可以预测多种类型生物大分子的结构,包括:球蛋白、抗体、跨膜蛋白等;
3.  Discovery Studio中同源建模的核心程序是MODELER,该算法非常经典,目前已发表成百上千的学术文章,学术结果遍布各类杂志,引用率极高;
4.  Discovery Studio中同源模型构建之后有多种模型评估方法,包括:PDF total energy打分、拉氏图以及Profile-3D,可以从不同角度对模型进行全面可靠的合理性评估;
5.  Discovery Studio中共有四种对接程序,这四种对接算法各有优势,能够满足广大科研工作者的多种应用需求;
6.  Discovery Studio中有多种对接结果的评价分析手段,包括2D/3D相互作用图分析(可以分析氢键、疏水作用、卤键等多种非键作用类型)、结合口袋表面分析、氢键热图、多种打分函数、结合能的计算等;
7.  Discovery Studio应用广泛,操作简便,图形化界面十分友好,结果易于分析。