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KPC 型碳青霉烯酶分子进化及与底物结合自由能分析(可编辑).doc

KPC 型碳青霉烯酶分子进化及与底物结合自由能分析(可编辑)

Tina弯弯
2017-10-21 0人阅读 举报 0 0 暂无简介

简介:本文档为《KPC 型碳青霉烯酶分子进化及与底物结合自由能分析(可编辑)doc》,可适用于初中教育领域

KPC型碳青霉烯酶分子进化及与底物结合自由能分析(可编辑)中华临床感染病杂志年月第卷第期ChinJClinInfectDis,June,Vol,No细菌耐药KPC型碳青霉烯酶分子进化及与底物结合自由能分析糜祖煌翁幸鐾秦玲【摘要】目的分析KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶的分子进化及与种β内酰胺类药物的结合自由能。方法用MEGA软件中的MinimumEvolution法分析KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶的分子进化,用ArgusLab软件中的Dock模块作这种酶与种β内酰胺类药物的分子对接,并计算酶与底物的结合自由能(G)。结果有碳青霉烯酶活性的A类β内酰胺酶在同一簇且保守性较好,无碳青霉烯酶活性的普通A类内酰胺酶则在另一簇。KPC、βKPC和KPC型碳青霉烯酶与碳青霉烯类药物结合自由能均下降,且降幅居前,它们的结合自由能比第三代头孢类抗生素更低。结合自由能较高的为氨曲南和克拉维酸。结论KPC型碳青霉烯酶对碳青霉烯类药物的催化能力高于对第三代头孢类抗生素的催化能力,对氨曲南和克拉维酸的催化活性最低。【关键词】进化,分子碳青霉烯酶分子对接内酰胺类结合自由能βMolecularevolutionandbindingfreeenergyanalysisonsubstratesofKPCcarbapenemasesMIZuhuang,WENGXingbei,QINLingDepartmentofBioinformatics,WuxiCloneGenTechInstitute,Wuxi,ChinaCorrespondingauthor:MIZuhuang,Email:mycoplasmasinacom【Abstract】ObjectiveToanalyzemolecularevolutionandbindingfreeenergiesinsubstratesofKPC,KPCandKPCcarbapenemasesMethodsMinimumEvolutionmethodinMEGAwasusedtoanalyzemolecularevolutionofKPC,KPCandKPCcarbapenemases,DockmoduleinArgusLabwasusedtoperformmoleculardockingofthesecarbapenemasestokindsoflactamsβsubstrates,andcalculatebindingfreeenergies(G)ResultsAmblerClassAlactamaseswithβcarbapenemaseactivitiesweregroupedinthesameclusterandhadgoodconservation,whileordinaryAmblerClassAlactamaseswithoutcarbapenemaseactivitiesweregroupedintheotherclusterBindingfreeβenergiesofKPC,KPCandKPCcarbapenemaseswerelowertocarbapenemantibioticsthanthethirdgenerationcephalosporins,whilebindingfreeenergiestoaztreonamandclavulanicacidwereofcomparativelyhigherlevelsConclusionCatalyticactivitiesofKPCtocarbapenemantibioticsarehigherthanthosetothethirdgenerationcephalosporins,buttheactivitiestoaztreonamandclavulanicacidarelow【Keywords】Evolution,molecularCarbapenemaseMoleculardockinglactamBindingβfreeenergyKPC型碳青霉烯酶属于A类内酰胺酶铜绿假单胞菌及不动杆菌等。为了解KPC、β(Ambler分类)。年,Yigit等首次报道了KPC及KPC型碳青霉烯酶的分子进化状况及KPC型(年更改为KPC型),截至年其对各种底物的水解能力,笔者用生物信息学技月日,美国国立生物技术信息中心(NCBI)数据术对KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶分子进库已登录至KPC型。产KPC型碳青霉烯酶的菌化及与底物结合自由能进行了分析。株已扩大到黏质沙雷菌、大肠埃希菌、阴沟肠杆菌、材料与方法DOI:cmajissnKPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶分子进作者单位:无锡市克隆遗传技术研究所生物信息学室化分析KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶及其(糜祖煌、秦玲)宁波市第一人民医院检验科(翁幸鐾)他A类内酰胺酶氨基酸序列来自美国NCBI的通信作者:糜祖煌,Email:mycoplasmasinacomβ中华临床感染病杂志年月第卷第期ChinJClinInfectDis,June,Vol,NoProtein库(wwwncbinlmnihgov)。采用MEGA软件以MinimumEvolution法计算并绘制进化图。酶与底物结合自由能分析KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶的受体分子D结构KPC型来自蛋白质结构数据库(PDB)晶体结构(登录号EL)。KPC和KPC型则在SWISSMODEL(http:swissmodelexpasyorg)作同源建模。内酰胺类药物分子D结构准备青霉β素G钠盐、氨苄西林、头孢呋辛、头孢噻肟、头孢他啶、亚胺培南、美罗培南、厄他培南、氨曲南和克拉维酸种β内酰胺类药物结构来自美国NCBI的PubChemCompound,其中头孢他啶和头孢噻肟由D结构经过能量优化转化成D结构,其余均为直接获得的D结构,去除青霉素G钠盐、头孢噻肟中的钠离子,去除头孢他啶中的水分子。分子对接工具与方法使用ArgusLab(wwwarguslabcom)软件中的Dock模块作KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶与上述种内β酰胺类药物分子对接,计算酶与底物结合自由能值(G)。结果KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶的分子进化分析KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶及其他A类内酰胺酶分子进化见图,IMI、βNMCA、SME、KPC、KPC和KPC型为具有碳青霉烯酶活性的A类内酰胺酶TEM、βLAP、SHV和LEN型则为无碳青霉烯酶活性的普通A类内酰胺酶。酶序列比较见图。β注:横线上部为有碳青霉烯酶活性的A类β内酰胺酶,下部为无碳青霉烯酶活性的普通A类内酰胺酶SxxK、SDN、βRLDRxExxLN、KT和G为A类内酰胺酶保守序列,它们构成β酶的活性中心图碳青霉烯酶序列比较KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶与β内酰胺类药物结合自由能分析结合自由能分析显示,厄他培南的结合自由能最低,而克拉维酸和氨曲南较高(表)。图为KPC型酶与厄他培南和头图KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶及孢他啶的分子对接图。其他A类β内酰胺酶分子进化分析中华临床感染病杂志年月第卷第期ChinJClinInfectDis,June,Vol,No表KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶与种讨论β内酰胺类药物对接的结合自由能(ΔG,kcalmol)蛋白质大分子的功能由结构决定,而结构由氨β内酰胺类药物KPC型KPC型KPC型基酸序列决定。由酶分子进化分析可知,IMI、厄他培南NMCA、SME、KPC、KPC和KPC型等碳青亚胺培南霉烯酶在同一簇而TEM、SHV、LAP和LEN美罗培南青霉素G钠盐型等无碳青霉烯酶活性的普通A类内酰胺酶在β氨苄西林同一簇。由酶序列比较可知,有碳青霉烯酶活性的头孢呋辛A类β内酰胺酶保守性较好。Ke等比较了头孢噻肟NMCA、SME和KPC型碳青霉烯酶的晶体结头孢他啶构,并比较了NMCA、SME和KPC型碳青霉烯克拉维酸酶与TEM、SHV型无碳青霉烯酶活性的普通A氨曲南类内酰胺酶活性中心。β酶催化反应的第一步是形成酶底物复合物,底物通常与活性位点非共价键结合。结合特异性来自底物在活性位点口袋的紧密契合,这种契合特异性很强,以至于底物化学结构上的一个小小变化都可能导致结合能力的丧失。从酶学理论可知,酶与底物结合会发生作用,结合自由能必须下降(G为负值,热力学第二定律),差额愈多,催化反应效率就越高。分子对接是依据配体与受体作用的“锁钥原理”,模拟小分子配体(本文中为内酰胺类药物)β与受体生物大分子(本文中为KPC型碳青霉烯酶)的相互作用。配体与受体相互作用是分子识别的过程,主要包括静电作用、氢键、疏水作用和范德华力等非共价键。分子对接首先产生一个填充受体分子表面的口袋,然后生成一系列推定的结合位点(活性位点)。计算时把配体分子放在受体活性位点的位置,然后按照几何互补、能量互补以及化学环境互补的原则,将配体分子投映到受体分子表面,来计算其结合自由能。由结果可知,KPC、KPC和KPC型碳青霉烯酶与厄他培南、亚胺培南和美罗培南等碳青霉烯类β内酰胺类药物分子对接后,均有结合自由能注:带状卡通图为KPC型碳青霉烯酶分子,其内下降,且降幅居前。它们的结合自由能低于头孢噻矩形框为酶的活性中心,中间空间填充图为药物分肟、头孢他啶等第三代头孢类抗生素,催化能力更子,外周的棍状结构图为酶活性中心的氨基酸,强。种酶与氨曲南的结合自由能下降,排第、第a厄他培南b头孢他啶图KPC型碳青霉烯酶与厄他培南、位,这与目前的认知相符,即A类内酰胺酶对β头孢他啶的分子对接图氨曲南水解活性较低。另一结合自由能下降排位靠

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