مطالعات مدلسازي مولكولي بر آنزيم استات كيناز باكتريايي، بررسي جايگاه فعال در جهت طراحي مهاركننده

A Molecular Modeling Study on Bacterial Acetate Kinases : Characterization of Active Site with the Aim of Inhibitor Design

استات كيناز آنزيمي است كه توزيع گسترده اي در ميان باكتريها و آركيوباكتريها دارد، و عمل فسفريله كردن استات را عهده دار است. اهميت اين آنزيم را مي توان با توجه به اين موضوع در نظر گرفت كه استيل كوآنزيم آ ، پيش ماده رايج سنتز اسيد چرب است، و بنابراين رشد اوليه سلول با تكيه بر فعال سازي استات طي فرآيند فسفري شدن درون سلول انجام مي شود. علي رغم اهميت زياد اين آنزيم در متابوليسم باكتريها مطالعات ساختاري بسيار محدودي در مورد آن انجام گرفته است. براي دست يابي به اطلاعاتي در مورد رابطه بين ساختار و عملكرد اين آنزيم ، با استفاده از روشهاي كامپيوتري ( بيوانفورماتيك ) ابتدا ساختار سه بعدي استات كيناز براي 22 ارگانيسم مختلف ساخته شد. استات كيناز Methanosarcina thermophila كه تنها آنزيم با ساختار سه بعدي شناخته شده است، به عنوان الگو براي طراحي كليه اين ساختارها مورد استفاده قرار گرفت . از آنجا كه ترادف تواليهاي آنزيمهاي طراحي شده با استفاده ازBlast و ClustalW نشان داده بود كه آنزيمهاي مورد بررسي از 53 تا 76 درصد شباهت با آنزيم الگو را دارا مي باشد، استفاده از اين ساختار به عنوان الگو قابل توجيه است. به طور ميانگين حدود 50 مدل براي توالي استات كيناز هر يك از باكتريها ساخته شد. و بهترين مدلها با نرم افزار Chimera مقايسه شدند .RMSD حاصل از مقايسه C? ساختارهاي مختلفA?46/. به دست آمد كه نشانگر شباهت بسيار فراوان ساختارهاست. جايگاه اتصال استات نيز در همه مدلها يكسان بوده و تنها در چند مورداستثنا ? به جاي Asn (126 در Methanosarcina )، His قرار مي گيرد. مقايسه ساختار استات كينازها نشان مي دهد كه شباهت ساختاري بسيار زيادي ميان آنزيم استات كيناز باكتريهاي گرم مثبت و گرم منفي و همچنين ميكروارگانيسم هاي يوكاريوتي وجود دارد، هدف از اين مطالعات بررسي ساختار سه بعدي آنزيمهاي مختلف خانواده استات كيناز و به دست آوردن اطلاعاتي در مورد تشابه ها و اختلافات ساختار كلي اين آنزيمها و نحوه قرارگيري اسيدهاي آمينه جايگاه اتصال استات مي باشد كه در طراحي مهاركننده هاي اين جايگاه ودر نهايت مهار آنزيم به كار گرفته خواهد شد .

Acetate kinase, an enzyme widely distributed in the bacterial and archaeal domains, catalyzes the phosphorylation of acetate. Acetyl phosphate is a precursor of acetyl coenzyme A and a potential regulator of bacterial signal-transduction. To gain some insight into the structure-function relationship of this enzyme, A variety of Gram-positive and Gram-negative bacterial acetate kinases, as well as a fungal and an algal sequences were chosen and three-dimensional structures were generated for each sequence. Only one structure (Methanosarcina thermophila) has been elucidated so far by X-ray crystallography, which was used as a template. These 22 sequences presented between 53 and 76% similarity with that of the template enzyme. An average of 50 models were generated and refined for each sequence with the use of MODELLER 9v2, and checked with Procheck and Errat programs. The best models were then compared using the Chimera software. The obtained structures presented a fold similar to that of the template enzyme, with an average RMSD (Root Mean Square Deviation) of 0.46 A? only small differences could be detected mainly in the N-terminal part, far away from the active site. These occur in the connecting segments of beta-sheets 3 and 4 or 4 and 5, or in the loop positioned after helix 1 . The acetate binding pocket is completely identical between all models, with the exception of some proteins possessing a His residue instead of Asn (126 in Methanosarcina).This structural comparison of various acetate kinases showing a highly conserved fold ,could be of use in the design of this enzyme inhibitors, acting on a broad range of microorganisms.