A comparative QM/MM study of the reaction mechanism of the Hepatitis C virus NS3/NS4A protease with the three main natural substrates NS5A/5B, NS4B/5A and NS4A/4B

文献情報

出版日 2010-06-03
DOI 10.1039/C002116D
インパクトファクター 3.676
著者

Alejandro Rodríguez, Carolina Oliva, Miguel González


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要旨

The reaction mechanism of the NS3/NS4A protease with the NS4B/5A and NS4A/4B natural substrates has been investigated using the QM/MM (quantum mechanics/molecular mechanics) approach, and some calculations have been performed on the reaction with the NS5A/5B natural substrate. This study widely extends a previous contribution of our group on the reaction mechanism with the NS5A/5B substrate, the main goal here being to understand the differences found between the reaction mechanism of each natural substrate and the role played by the enzymatic residues in the catalytic cycle. This knowledge will ultimately help in developing new NS3/NS4A protease inhibitors. The two first steps of the mechanism have been considered: Acylation and breaking of the peptide bond, with emphasis on the former one (rate limiting process). Energy and free energy profiles for both steps have been calculated at the AM1/MM level and corrected by means of MP2 ab initio calculations, being evident the importance of correlation energy. Acylation is the rate limiting step in all cases and occurs through a tetracoordinated intermediate, as previously suggested for other serine proteases. Specificities in the NS4B/5A mechanism can be attributed to the presence of a Proline residue in the substrate P2 position. The analysis of structures and energies confirm the importance of the oxyanion hole in the electrostatic stabilization of the tetracoordinated intermediate. Finally, the role of other residues, e.g., Arg-155 and Asp-79, has been explained, and the viability of Arg-155 mutants and its resistance to some protease inhibitors has been understood thanks to virtual mutation studies.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
CiteScore: 5.5
自己引用率: 10.3%
年間論文数: 3036

Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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