基于统计能量分析的酶催化机理探究:以丝氨酸水解酶为例

王莹莹 于洋

引用本文: 王莹莹, 于洋. 基于统计能量分析的酶催化机理探究:以丝氨酸水解酶为例[J]. 大学化学, 2026, 41(9): 373-381. doi: 10.12461/PKU.DXHX202508066 shu
Citation:  Yingying Wang,  Yang Yu. 基于统计能量分析的酶催化机理探究:以丝氨酸水解酶为例[J]. University Chemistry, 2026, 41(9): 373-381. doi: 10.12461/PKU.DXHX202508066 shu

基于统计能量分析的酶催化机理探究:以丝氨酸水解酶为例

    通讯作者: 于洋,E-mail:yangyu1@bit.edu.cn
  • 基金项目:

    国家自然科学基金(22578032)

摘要: 随着以AlphaFold为代表的人工智能方法和结构生物信息学工具的普及,如何在生物化学教学中培养学生利用蛋白质结构大数据开展定量分析的能力成为新的挑战。本文构建了一个以丝氨酸水解酶为模型的教学案例,将统计力学原理、氨基酸残基旋转异构体库、玻尔兹曼概率-能量关系及酶催化过渡态理论有机结合,指导学生通过分析丝氨酸水解酶不同状态(无配体状态、底物类似物、过渡态类似物)蛋白质结构中催化残基的二面角分布,计算构象偏好对应的统计能量,并由统计能量变化推算酶催化加速倍数。本案例不仅强化了学生的数据库检索、统计分析与编程能力,还加深了对“基态去稳定化”这一酶催化机制的理解,为未来参与蛋白质设计与计算酶工程研究打下了基础。

English

    1. [1]

      王悦, 彭蜀晋, 周媛, 张丹, 游晓莉. 大学化学, 2011, 26(5), 88.

    2. [2]

      张弘, 王慧洁, 鲁睿捷, 兰家靖, 陈林洁, 何小柏. 生物工程学报, 2024, 40(5), 1406.

    3. [3]

      田杰, 王志鹏, 马新雨, 蒋振雄, 许兵. 大学化学, 2019, 34(2), 81.

    4. [4]

      汪世华, 王文勇, 黄益洲, 林琳, 沙莉. 福建农业学报, 2007, 22(4), 4.

    5. [5]

      张一飞, 丁于敬, 佘傲. 华东理工大学学报(自然科学版), 2025, 51(3), 291.

    6. [6]

      S.K. Burley, H.M. Berman, G.J. Kleywegt, J.L. Markley, H. Nakamura, S. Velankar, Methods Mol. Biol. 2017, 1607, 627.S.K. Burley, H.M. Berman, G.J. Kleywegt, J.L. Markley, H. Nakamura, S. Velankar, Methods Mol. Biol. 2017, 1607, 627.

    7. [7]

      S. Du, R.C. Kretsch, J. Parres-Gold, E. Pieri, V.W.D. Cruzeiro, M. Zhu, M.M. Pinney, F. Yabukarski, J.P. Schwans, T.J. Martínez, et al., Science 2025, 387(6735), eado5068.S. Du, R.C. Kretsch, J. Parres-Gold, E. Pieri, V.W.D. Cruzeiro, M. Zhu, M.M. Pinney, F. Yabukarski, J.P. Schwans, T.J. Martínez, et al., Science 2025, 387(6735), eado5068.

    8. [8]

      A. Lauko, S.J. Pellock, K.H. Sumida, I. Anishchenko, D. Juergens, W. Ahern, J. Jeung, A. Shida, A. Hunt, I. Kalvet, et al. Science 2025, 388(6744), eadu2454.A. Lauko, S.J. Pellock, K.H. Sumida, I. Anishchenko, D. Juergens, W. Ahern, J. Jeung, A. Shida, A. Hunt, I. Kalvet, et al. Science 2025, 388(6744), eadu2454.

    9. [9]

      R.L. Dunbrack, M. Karplus, J. Mol. Biol. 1993, 230(2), 543.R.L. Dunbrack, M. Karplus, J. Mol. Biol. 1993, 230(2), 543.

    10. [10]

      M.V. Shapovalov, R.L. Dunbrack, Structure 2011, 19(6), 844.M.V. Shapovalov, R.L. Dunbrack, Structure 2011, 19(6), 844.

    11. [11]

      高盘良, 赵新生. 大学化学, 1993, 8(4), 1.

    12. [12]

      Y. Yu, Study of Enzyme Catalytic Mechanism Based on Statistical Energy Analysis Using Serine Hydrolases as an Example. V2. Science Data Bank. [2025-11-05]. https://doi.org/10.57760/sciencedb.29042Y. Yu, Study of Enzyme Catalytic Mechanism Based on Statistical Energy Analysis Using Serine Hydrolases as an Example. V2. Science Data Bank. [2025-11-05]. https://doi.org/10.57760/sciencedb.29042

    13. [13]

      R.F. Alford, A. Leaver-Fay, J.R. Jeliazkov, M.J. O’Meara, F.P. DiMaio, H. Park, M.V. Shapovalov, P.D. Renfrew, V.K. Mulligan, K. Kappel, et al. J. Chem. Theory Comput. 2017, 13(6), 3031.R.F. Alford, A. Leaver-Fay, J.R. Jeliazkov, M.J. O’Meara, F.P. DiMaio, H. Park, M.V. Shapovalov, P.D. Renfrew, V.K. Mulligan, K. Kappel, et al. J. Chem. Theory Comput. 2017, 13(6), 3031.

    14. [14]

      B. Huang, Y. Xu, X. Hu, Y. Liu, S. Liao, J. Zhang, C. Huang, J. Hong, Q. Chen, H. Liu, Nature 2022, 602(7897), 523.B. Huang, Y. Xu, X. Hu, Y. Liu, S. Liao, J. Zhang, C. Huang, J. Hong, Q. Chen, H. Liu, Nature 2022, 602(7897), 523.

    15. [15]

      操帆, 缪阳洋, 张璐, 刘海燕, 陈耀晞. 合成生物学, 2021, No. 2, 15.

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  • 发布日期:  2025-11-12
  • 收稿日期:  2025-08-19
  • 修回日期:  2025-09-30
通讯作者: 陈斌, bchen63@163.com
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    沈阳化工大学材料科学与工程学院 沈阳 110142

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