生理条件下酶催化中溶剂流动效应的建模

本文提出一个随机模型，用于描述生理条件下显式有效溶剂中酶催化反应的动力学。将具有吸收边界的球壳内扩散粒子的解析计算首通时间密度，与显式模拟得到的密度相结合，以获得酶系统总反应循环时间的整体概率密度。该方法用于研究糖酵解步骤之一——磷酸甘油酸激酶-ADP-双磷酸甘油酸体系中磷酰基的催化转移。酶-底物结合与反应的直接模拟采用蛋白质的弹性网络模型进行，溶剂运动则由包含流体动力学效应的多粒子碰撞动力学描述。我们研究了溶剂-酶耦合通过显式分子间相互作用发生的体系，以及通过将蛋白质和底物纳入多粒子碰撞步骤来考虑该耦合的体系，并与无流体动力学耦合的模拟进行比较。结果表明，酶周围溶剂粒子的流动促进了酶与结合底物的大尺度铰链运动，并对酶附近底物的底物结合概率密度形状和平均时间尺度、结合后酶的闭合以及整个循环完成的总时间有显著影响。