Impacts of QM region sizes and conformation numbers on modelling enzyme reactions: a case study of polyethylene terephthalate hydrolase

文献情報

出版日 2023-10-24
DOI 10.1039/D3CP04519F
インパクトファクター 3.676
著者

Mingna Zheng, Yanwei Li, Qingzhu Zhang, Wenxing Wang


原文を見る

要旨

A quantum mechanics/molecular mechanics (QM/MM) approach is a broadly used tool in computational enzymology. Treating the QM region with a high-level DFT method is one of the important branches. Here, taking leaf-branch compost cutinase-catalyzed polyethylene terephthalate depolymerization as an example, the convergence behavior of energy barriers as well as key structural and charge features with respect to the size of the QM region (up to 1000 atoms) is systematically investigated. BP86/6-31G(d)//CHARMM and M06-2X/6-311G(d,p)//CHARMM level of theories were applied for geometry optimizations and single-point energy calculations, respectively. Six independent enzyme conformations for all the four catalytic steps (steps (i)–(iv)) were considered. Most of the twenty-four cases show that at least 500 QM atoms are needed while only two rare cases show that ∼100 QM atoms are sufficient for convergence when only a single conformation was considered. This explains why most previous studies showed that 500 or more QM atoms are required while a few others showed that ∼100 QM atoms are sufficient for DFT/MM calculations. More importantly, average energy barriers and key structural/charge features from six conformations show an accelerated convergence than that in a single conformation. For instance, to reach energy barrier convergence (within 2.0 kcal mol−1) for step (ii), only ∼100 QM atoms are required if six conformations are considered while 500 or more QM atoms are needed with a single conformation. The convergence is accelerated to be more rapid if hundreds and thousands of conformations were considered, which aligns with previous findings that only several dozens of QM atoms are required for convergence with semi-empirical QM/MM MD simulations.

関連文献

Hydrogen storage mechanism and diffusion in metal–organic frameworks

Mauro Boero

2019-01-03 Paper

DOI: 10.1039/C8CP07467D

Symmetry-breaking induced large piezoelectricity in Janus tellurene materials

Yu Chen, Junyi Liu, Jiabing Yu

2018-11-16 Paper

DOI: 10.1039/C8CP04669G

Understanding methane/carbon dioxide partitioning in clay nano- and meso-pores with constant reservoir composition molecular dynamics modeling

Narasimhan Loganathan, Geoffrey M. Bowers, Brice F. Ngouana Wakou, Andrey G. Kalinichev

2019-03-07 Paper

DOI: 10.1039/C9CP00851A

Time-resolved multirotational dynamics of single solution-phase tau proteins reveals details of conformational variation

Alexander K. Foote, Lydia H. Manger, Michael R. Holden, Martin Margittai, Randall H. Goldsmith

2018-12-17 Paper

DOI: 10.1039/C8CP06971A

Crossover in the inelastic electron tunneling spectra of conjugated molecules with direct Au–C links

Enrique Montes, Giuseppe Foti, Héctor Vázquez

2019-01-08 Paper

DOI: 10.1039/C8CP06290K

First-principles prediction of phonon-mediated superconductivity in XBC (X = Mg, Ca, Sr, Ba)

Enamul Haque, M. Anwar Hossain, Catherine Stampfl

2019-04-02 Paper

DOI: 10.1039/C8CP07634K

The effect of Fe vacancies and Cu adhesion on the magnetic properties of Fe3GeTe2

Jia Liu, Anping Wang, Kaisong Pu, Shaozheng Zhang, Terence Musho, Liang Chen

2019-03-12 Paper

DOI: 10.1039/C9CP00151D

Fluorescence correlation spectroscopy for multiple-site equilibrium binding: a case of doxorubicin–DNA interaction

Andrzej Poniewierski, Krzysztof Sozański, Ying Zhou, Anna Brzozowska-Elliott, Robert Holyst

2019-01-08 Paper

DOI: 10.1039/C8CP06752J

こちらもおすすめ

化合物よくある質問

6- bromo-1-cyclopropyl-1H-benzimidazoleの市場動向や研究トレンドはどうですか?

6- bromo-1-cyclopropyl-1H-benzimidazoleは、抗炎症、抗ウイルス作用を持つことが報告されており、新薬開発の研究対象として注目...

1416713-53-56-Bromo-1-cyclopropy...
化合物よくある質問

環氧プロpanol-d5を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

取り扱う際には、防護眼鏡と手袋を使用し、ドラフトチャンバー内で操作することを推奨します。漏洩時には適切な手順で処理し、安全データシートを常に参照してください。

1246819-20-4Glycidol-d5
化合物よくある質問

2,2’-ジメチル-3,3’-ビピリジンはどのように合成されますか?

2,2’-ジメチル-3,3’-ビピリジンは、ピリジンと2-メチルアクリルアミドを有機合成反応で合成します。この反応では、ピリジンと2-メチルアクリルアミドを含有...

86156-55-02,2’-Dimethyl-3,3’-b...
化合物よくある質問

6-甲基ピリジン-2-ボリック酸の主な用途は何ですか?

6-甲基ピリジン-2-ボリック酸は、合成化学、医薬品合成、以及研究用途などに広く使用され、特に組換えDNA技術や分子生物学の研究において重要な役割を果たします。

372963-50-3(6-Methyl-2-pyridiny...
化合物よくある質問

(R)-3-(1-甲基-2-氧環己基)プロpano酸メチルは安全ですか?

(R)-3-(1-甲基-2-氧環己基)プロpano酸メチルは一定の安全性がありますが、直接的な皮膚接触や吸入は避けるべきです。使用する際は適切な個々の安全データ...

94089-47-1methyl 3-[(1R)-1-met...
化合物よくある質問

ketorolacはどのように保存すればよいですか?

ketorolacは、密封して遮光容器に保管し、直射日光や高温を避けて保存してください。温度は常温で保存し、湿度をなるべく低く保つことが推奨されます。

74103-06-3rac Ketorolac
化合物よくある質問

L-2,3-二氨基丙酸二盐酸盐を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

L-2,3-二氨基丙酸二盐酸盐は腐食性が強く、皮膚や粘膜に刺激を与える可能性があります。取り扱う際は、防塵マスク、ゴーグル、手袋を使用し、適切な排気設備を使用し...

19777-68-5(S)-2,3-Diaminopropa...
化合物よくある質問

2-(4-溴ピリジン-2-基)乙腈の物理化学的性質は何ですか?

2-(4-溴ピリジン-2-基)乙腈のCAS番号は312325-73-8です。主に結晶形態で存在し、分子量は159.01 g/molです。この化合物は水に溶けやす...

312325-73-8(4-Bromo-2-pyridinyl...
化合物よくある質問

3-フローロ-[1,1-ベンジレン]-3,4-ジカルボン酸を取り扱う際の実験室安全事項は何ですか?

この化合物は毒性は低いですが、直接的な接触や吸入に注意が必要です。PPE(個人防護具)を着用し、ドラフトチャンバーを使用して操作することを推奨します。また、漏洩...

1261915-32-53'-Fluoro-[1,1'-biph...
化合物よくある質問

3-(1-氧代-1,3-二氢-2H-2-异吲哚)丙酸の主な用途は何ですか?

3-(1-氧代-1,3-二氢-2H-2-异吲哚)丙酸は、薬理学研究や医薬品製造において広く用いられる化合物です。また、工業的な用途でも一部の化学反応の触媒や助剤...

83747-30-23-(1-Oxo-1,3-dihydro...

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.

おすすめ化合物

おすすめサプライヤー

免責事項
このページに表示される学術雑誌情報は、参考および研究目的のみを目的としています。当社は雑誌出版社とは提携しておらず、投稿の取り扱いも行っておりません。出版に関するお問い合わせは、各雑誌出版社に直接ご連絡ください。
表示されている情報に誤りがある場合は、support@chemtradehub.com までご連絡ください。迅速に確認し、対応いたします。