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摘 要

葡萄糖氧化酶(黑曲霉葡萄糖氧化酶)是一种重要的生物催化剂,并且在食品和医疗行业中具有重要的应用。本文从pdb数据库中获取到来自黑曲霉的葡萄糖氧化酶（5nit.pdb）。使用Autodock、ADT(Autodocktools)构建酶和底物的复合物的模型，使用Gromacs进行分子动力学模拟采用的是Amber99SB力场用Acpype构建小分子力场文件，利用pymol视图软件和gromacs自带的分析功能对三种温度的数据进行对比分析。分别在273k、300k、330k经过RMSD分析和氢键分析后得到温度越高体系内黑曲霉葡萄糖氧化酶的结构变化越大且越不稳定，同时温度的变化会对黑区酶葡萄糖氧化酶的关键残基有提高活性和降低起稳定性的影响如110号残基THR和512号残基ARG。

关键词：葡萄糖氧化酶 分子动力学 温度

Molecular dynamics simulation of Aspergillus niger glucose oxidase at different temperatures

Abstract

1Glucose oxidase (Aspergillus niger glucose oxidase) is an important biocatalyst and has important applications in the food and medical industries. In this paper, the glucose oxidase (5nit.pdb) from Aspergillus niger was obtained from the pdb database. Use Autodock, ADT (Autodocktools) to build a model of the enzyme and substrate complex, use Gromacs for molecular dynamics simulation, use the Amber99SB force field, use Acpype to build a small molecule force field file, use pymol view software and gromacs' own analysis The function compares and analyzes the data of three temperatures. After RMSD analysis and hydrogen bonding analysis at 273k, 300k, and 330k, respectively, the higher the temperature, the greater the structural change and the more unstable the structure of Aspergillus niger glucose oxidase, and the temperature change will be the key to the black zone enzyme glucose oxidase. Residues have the effect of increasing activity and decreasing stability such as residue 110 THR and residue 512 ARG.

Key Words: Glucose oxidase; Molecular dynamics; Temperature

目录

摘 要 I

Abstract II

第一章 绪论 4

1.1 葡萄糖氧化酶的简介 4

1.2 葡萄糖氧化酶的研究进展 5

1.3分子动力学 6

1.3.1分子动力学简介 6

1.3.2 分子动力学模拟的基本原理 6

1.3.3 力场 7

1.3.4 Gromacs介绍 7

1.4 本课题的研究内容 7

第二章 黑曲霉葡萄糖氧化酶分子动力学模拟 8

2.1 模型构建 8

2.2 分子动力学模拟 9

2.2.1 获取力场文件 9

2.2.2 加入溶剂 10

2.2.3 添加离子 11

2.2.4 能量最小化 11

2.2.5 平衡 12

2.2.6. MD模拟 14

第三章 分析 16

3.1 体系稳定程度分析 16

3.2 不同温度对底物复合物构象影响分析 17

3.2.1 温度对黑曲霉葡萄糖氧化酶的构象影响分析 17

3.2.2 温度对底物葡萄糖的构象影响分析 18

3.2.3温度对FAD辅因子的构象影响分析 19

3.2.4 构象分析结论 19

3.3 不同温度下关键残基和底物相互作用分析 20

第四章 结论 23

参考文献 24

第一章 绪论

1.1 葡萄糖氧化酶的简介

黑区霉葡萄糖氧化酶是一种黄酶，催化β-d-葡萄糖氧化为δ-葡萄糖酸内酯，并将分子氧还原为过氧化氢，并不会与α-d-葡萄糖反应^[1-3]。GOx在食品和医疗行业中具有重要的应用^[4]。已经生产出使用GOx作为催化剂的微型酶燃料电池的原型^[5]。在许多生物中,例如昆虫和真菌中都发现了GOx，这些都表明黑曲霉葡萄糖氧化酶是一个活跃的研究领域^[8-10]。

黑曲霉葡萄糖氧化酶是一个同型二聚体包含黄素辅因子,每一个单体的重量大概是80 kDa,且每个单体是依靠二硫键相连,所以GOx分子量一般在130-175 kDa左右,黑曲霉和青霉中的GOx分子量大概是160 kDa^[11]。其中每个单体中都有一个非共价结合但紧密相连的FAD辅因子,主要有两个完全不一样的部分组成其中一个单体，这两个区域有很大的不同，比如其中一个底物复合物结构它是由一个反平行β折叠结构与底物葡萄糖结合而成的，其中反平行β折叠结构是由四个α-螺旋合在一起支撑的，这与另外一个区域有很大的不同^[12]。

黑曲霉葡萄糖氧化酶最适ph为5.0-6.0，黑曲霉来源的葡萄糖氧化酶在40摄氏度到60摄氏度为为最适温度^[21]。

下图1-1是来自黑曲霉的GOx，在PDB中名为5 nit.pdb。

图1-1 黑曲霉葡萄糖氧化酶

1.2 葡萄糖氧化酶的研究进展

葡萄糖氧化酶的应用前景非常广阔，特点是能与β-D-葡萄糖发生特异性反应，这也是葡萄糖氧化酶为什么能在各个领域有广泛应用，所以本文就是研究温度对葡萄糖氧化酶的催化作用的影响。

大部分研究研究得出黑曲霉葡萄糖氧化酶的催化反应的反应中心实在它的辅酶FAD附近，但是靠近辅酶FAD的残基比较少对于黑曲霉葡萄糖氧化酶中只有三个残基是比较靠近辅酶FAD的分别是Glu416、His563、HIS520。这三个残基有互相之间都有联系对于His563 和Glu416来说它们之间的联系比较紧密，这两个残基之间是通过一个强有力的氢键固定进而通过这个坚韧的氢键成为了一个不分彼此的复合体。通过前人研究可知黑曲霉葡萄糖氧化酶的催化反应中底物葡萄糖中的氢是转移到黑区酶葡萄糖氧化酶中失去氢原子后形成葡萄糖酸内酯，氢原子到达黑曲霉葡萄糖氧化酶中与氧分子形成过氧化氢^[25]。

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