利用分子模擬尋找醯亞水解酵素之受質

Abstract

醯亞胺水解酵素 (hydantoinase) 是一個廣效性的解毒酵素，能催化含有醯亞胺官能基的化合物，在哺乳類動物的生理上是代謝 uracil 和 thymine 的第二個酵素，然而其特異性與催化機制一直不很了解，尤其是不同來源的醯亞胺水解酵素更有著顯著的差異，其中對於受質的範圍及辨認的機制仍然有許多的疑問。 在此我們將利用GEMDOCK電腦模擬的方式尋找醯亞胺水解酵素的受質及抑制劑，並以生化實驗進行驗證；此外，我們也分析GEMDOCK的結果及酵素實驗的結果，以了解受質與醯亞胺水解酵素作用的重要特徵。 GEMDOCK 選籂出數個新的受質及抑制劑，其中 5＇-hydantoin acetic acid 具有一個電荷(charge)的環外取代基，經由生化實驗測量，我們證實5＇-hydantoin acetic acid磪實可被醯亞胺水解酵素水解。過去的文獻報導皆指出，醯亞胺水解酵素所能水解的受質其環外取代基需為疏水性 (hydrophobic)。這是第一次發現醯亞胺水解酵素可水解具有電荷取代基的受質，除此之外我們亦證實多個抑制劑的抑制能力。 進一步的分析結果，我們可將活性中心 (active site) 分為二個部份，一個部份負責與受質環上原子作用，另一部份則是負責與受質環外取代基 (5＇-excocylic substituted) 鍵結。 我們發現酵素對於受質的環外取代基的長度，大小，及親水性(hydrophobicity) 具有明顯的選擇性，而這種選擇性受酵素在受質結合區域的胺基酸大小，極性及空間排列方式等影響。 GEMDOCK 的模擬結果顯示，本實験中的醯亞胺水解酵素 (Agrobacterium radiobacter)在環外取代基的辨認區域由 D93、 F150、Y153、 M156及 N157 所組成，相較於其它來源之醯亞胺水解酵素，有較多的極性分子，因此可以接受除疏水性取代基外的受質，如本次實驗中所找出的 5-hydantoin acetic acid 及 allantoin。