通过完善组合QM/MM计算方法,建立了固氮酶和其它生物相关体系的QM/MM计算模型,开展了生物相关体系的计算模拟研究。基于组合QM/MM计算和密度泛函理论计算,预测了固氮酶辅酶的结构征及其与N2和CO相互作用的性质。QM/MM计算结果表明,N和O为中心原子的优化辅酶结构均和实验接近,因此,考虑到蛋白质环境效应后,氧原子作为中心配体的可能性不能排除。QM计算预测的氧化还原势、辅酶与底物相互作用性质、及其与相关实验结果的比较, 进一步支持中心O原子存在的可能性。QM计算显示辅酶Fe2和Fe6位为底物的优势吸附位,而QM/MM计算表明只有Fe6作为底物结合位在能量上更有利,且中心原子为O的辅酶活性态相对于氧化过程呈现出相对高的稳定性。目前的研究表明,对于含多金属核的金属酶体系,预测的结构和酶与底物相互作用性质不仅与方法的选择密切相关,蛋白质环境也十分重要,这些结果为进一步的理论计算与模拟研究奠定了基础,有助于揭示固氮酶催化还原分子氮成氨的机理。
英文主题词Nitrogenase; Biological nitrogen fixation;QM/MM calculations; Structure of FeMoco