A molecular dynamics and quantum mechanical investigation of intermolecular interaction and electron-transfer mechanism between copper-containing nitrite reductase and redox partner pseudoazurin

文献情報

出版日 2023-02-07
DOI 10.1039/D2CP05534A
インパクトファクター 3.676
著者

Xin Li, Hang Zou


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要旨

Much of biological electron transfer occurs between proteins. These molecular processes usually involve molecular recognition and intermolecular electron transfer (inter-ET). The inter-ET reaction between copper-containing nitrite reductase (CuNiR) and partner protein pseudoazurin (PAz) is the first step in denitrification, which is affected by intermolecular association. However, the transient interaction between CuNiR and PAz and the indistinct inter-ET pathway pose challenges for people to understand the biological functions of the CuNiR–PAz complex. Thus, molecular dynamics simulation and quantum mechanical calculation were used to investigate the question in this study. The interaction of the interface residues was determined through hydrogen bonds, root-mean-square deviation, root-mean-square fluctuation, the dynamics cross-correlation matrix, and molecular mechanics Poisson–Boltzmann surface area of molecular dynamics simulations. The interactions among the residues Glu89, Gly200, Asp205, Asn91, Glu204, Thr92, and Met141 on CuNiR and the residues Lys109, Ala15, Lys10, Asn9, Ile110, Met84, and Met16 on PAz are responsible for the stabilization of the complex. The binding free energy is up to −25.33 kcal mol−1. We compared the wild-type and mutant (M84A) interfacial optimized complex models at the CAM-B3LYP level with Grimme dispersion corrections (GD3) to confirm Met84 as a relay station for promoting the inter-ET. Additionally, to test whether Met84 may combine with the adjacent Met141 to form a special two-center, three-electron (S∴S)+ structure to promote the inter-ET, QM/MM was further performed to discuss the possibility of generating an electron stepping stone. Our study will promote a deep understanding of the stable protein–protein interaction, and the identified inter-residue interaction will be theoretical guidance for enhancing the catalytic activity of CuNiR in denitrification.

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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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