금속이온을 매개로한 활성 단백질의 구조 연구

Abstract

Part Ⅱ. Mycobacterium Tuberculosis Adenylate Kinase 변이체의 구조 연구

Adenylate kinase(AK)는 ATP와 AMP사이에서 가역적 고에너지 인산화 작용을 촉매하여 ADP를 생성하는 효소(Mg‧ ATP + AMP ⟷ Mg‧ 2ADP)로서 에너지 물질대사와 nucleotide 합성에 관여한다. 진핵세포의 AK1과 Mycobacterium tuberculosis의 AKmt는 일차구조에서 높은 homology를 보이나, 활성에서는 AKmt가 AK1에 비해 촉매활성도가 10% 정도로 보고되고 있다.34,35 AK1의 하전을 띤 아미노산이 효소활성 및 기질 친화도에 영향을 미친것으로 예상하여 AK1과 부분적으로 동일한 아미노산 서열을 갖도록, AKmt의 ATP binding domain 중 Ala[11]을 serine으로 변형시키고, LID domain 중 Glu[122]을 lysine으로 변형시킨 결과 활성도가 증가되었다. 이러한 활성의 차이를 유발시킨 구조적 차이와 금속이온 Mg2+의 기능을 알아보고자 HyperChem 8.0의 Amber역장을 이용해 3546개의 물분자로 용매화시킨 AKmtDM 과 AKmt의 분자동역학 모의실험을 진행하였다. AKmt의 경우 촉매 cycle동안 Lid domain과 AMP binding domain의 구조적 재배치가 일어나 open 형태에서 close 형태로의 변화가 발생하며 Lid domain이나 AMP binding domain의 움직임은 촉매활성의 변화에 영향을 미친다. 분자동역학 모의실험 결과, Mg2+ ion은 ADP의 β-phosphates에 접하며 2배위를 형성하는 각 β-phosphates 의 O2B와 2개의 물 분자에 의해 배위되었고, Lid domain, AMPbd와 2ADP가 형성하는 수소결합 결과 AKmt보다 AKmtDM이 상대적으로 더 open된 형태를 형성했다. 즉 AkmtDM의 Lid domain, AMPbd가 ATP와 AMP생성을 위해 2ADP와 수소결합을 형성할 때 AKmt보다 상대적으로 더 open된 형태를 이룸으로써 촉매활성이 높아진다는 것을 확인할 수 있었다.