| 氨基酸、金属离子与ATP 的相互作用及其催化ATP 水解的研究 | |
| 周巾英 | |
| Subtype | 博士 |
| Thesis Advisor | 吕功煊 |
| 2011-11-25 | |
| Degree Grantor | 中国科学院研究生院 |
| Department | OSSO国家重点实验室 |
| Degree Discipline | 物理化学 |
| Keyword | 氨基酸 金属离子 Atp 非共价作用 催化水解 Amino Acids Metal Ions Noncovalent Interactions Catalytic Hydrolysis |
| Abstract | 本论文利用荧光、红外光谱、拉曼光谱、pH 电位滴定和液相核磁等测试和表征手段对不同金属离子、各种氨基酸和ATP 之间的相互作用及其催化ATP 水解的影响进行了一系列的研究，并取得了一些新的结果： 1. 赖氨酸、镁离子与ATP 间的相互作用的研究 研究表明赖氨酸（Lys）与ATP 的β-、γ-P 存在相互作用，而与α-P 几乎没有作用，其作用力为氢键或静电力。核磁结果进一步表明赖氨酸与ATP 通过质子化氨基和羧基与嘌呤环和磷酸链以氢键或静电力发生相互作用。在ATP-Mg2+-Lys 三元体系中，Mg2+主要与ATP 中的磷酸根基团上的氧原子进行配位，但它也能通过水分子间接地与ATP 的嘌呤环发生作用。因为Lys 含有带正电荷的氨基和带负电荷的羧基，它也可以与ATP 的嘌呤环和磷酸根相互作用，故Mg2+和Lys 间存在着竞争关系。 2. ATP -M-Arg 三元体系中的相互作用及M-Arg 对催化ATP 水解影响的研究 在ATP-Mg2+-精氨酸（Arg）三元体系中，Mg2+通过配位、阳离子（Mg2+）-π和静电力不仅间接地与嘌呤环上的N1 和N7 相互作用，而且还与β-、γ-P 上的氧原子相配位。在ATP-Zn2+-Arg 三元体系中，Zn2+与ATP 的作用位点是嘌呤环上的N1、N7 位点和α-、β-、γ-P 位点。Arg 的胍基和氨基能与ATP 的β-、γ-P 和嘌呤环相互作用，其作用力为氢键、阳离子（NH4+）-π 或静电力。Mg2+(或 Zn2+)和Arg催化ATP 水解的动力学实验表明在ATP-Mg2+-Arg 三元体系中的ATP 水解数率常数是在ATP 溶液中的5.1 倍，是在ATP-Arg 二元体系中的4.3 倍。在ATP-Arg-Zn2+三元体系中的ATP 水解数率常数比在ATP 溶液中的提高了1.13 倍，但在ATP-Zn2+二元体系中的ATP 水解速率常数比在ATP 溶液中的提高了12.14倍。这是因为Zn2+可以与Arg 中胍基上的氮原子相互作用，使Zn2+的一部分正电荷倾向于Arg，Zn2+对磷酸根上的氧原子的电子反馈效应降低了，Zn2+对磷酸根离子的亲和攻击作用力降低。31P NMR 谱图证实了磷胺过渡态物质的存在，确定了Mg2+(或Zn2+)和Arg 催化ATP 水解的反应属于加成-消除反应机理。 3. 谷氨酸、镉离子与ATP 的作用方式及其催化ATP 水解的研究 在ATP-Cd2+二元体系和ATP-Cd2+-谷氨酸（Glu）三元体系中，CdATP 和HCdGluATP 组分都是在pH=7.0 时分布达到最大值，对应生物体系内生物活性的最佳pH 值。 在pH=2-10 的研究范围内，不论是二元体系还是三元体系，ATP 与谷氨酸和Cd2+的作用位点随pH 变化而改变。在二元和三元体系中，1H NMR 光谱结果表明ATP 中的磷酸根基团和嘌呤环都可以与Cd2+和谷氨酸相互作用，但是ATP与Cd2+的作用方式和ATP 与谷氨酸的作用方式并不相同。31P NMR 光谱结果表明α-、 β-、γ-P 都能与Cd2+发生键合作用，这也与理论计算结果相一致。31P NMR的研究结果证实了谷氨酸和Cd2+催化ATP 水解反应依照加成-消除机理进行。 4. 二肽精氨酸-谷氨酸的合成以及二肽RE、Mg2+与ATP 的作用方式的研究 用液相合成法合成了二肽精氨酸-谷氨酸（RE）并用NMR 光谱法研究了RE、Mg2+与ATP 的相互作用。在ATP-RE 二元体系中，ATP 与RE 间形成的氢键加强了RE 分子内的氢键力并且RE 只与ATP 的β-、γ-P 发生作用，而与α-P 几乎不发生相互作用。在三元体系ATP-Mg2+-RE 中，ATP 的磷酸基团主要通过氧原子与镁离子相配位，RE 分子内形成的大环则与ATP 的嘌呤环相互作用。 |
| Subject Area | 模拟酶识别及催化 |
| Funding Project | 环境催化与清洁能源研究组 |
| Document Type | 学位论文 |
| Identifier | http://ir.licp.cn/handle/362003/1791 |
| Collection | 羰基合成与选择氧化国家重点实验室（OSSO） |
| Recommended Citation GB/T 7714 | 周巾英. 氨基酸、金属离子与ATP 的相互作用及其催化ATP 水解的研究[D]. 中国科学院研究生院,2011. |
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