类似过渡态的酰基酶构象可区分A类β-内酰胺酶的碳青霉烯酶活性

碳青霉烯类是活性最强的β-内酰胺类抗生素，是治疗革兰阴性菌所致医疗相关感染的关键药物，并且能够抵抗大多数β-内酰胺酶的水解；然而，产生对其具有水解活性的酶正日益增多，使碳青霉烯类受到越来越大的威胁。在已确认的四种β-内酰胺酶亚类中，A类酶（活性位点丝氨酸酶，通过共价酰基酶中间体水解β-内酰胺）分布最为广泛。尽管此类酶中的大多数能够与碳青霉烯类反应形成持久性较强的酰基酶复合物，但其中仍有若干种具有碳青霉烯水解活性（即碳青霉烯酶活性）。本研究利用相应酰基酶复合物和四面体中间体（TI）的分子动力学（MD）模拟，考察了一组A类β-内酰胺酶中这些差异的基础。模拟结果揭示了所测试酶的催化活性谱中存在多种相关特征，包括碳青霉烯酰基酶羰基更广泛的相互作用，以及定位于脱酰基反应位点、通常具有更长寿命的活性位点水分子。对动态轨迹的分析表明，碳青霉烯酶在酰基酶复合物与TI之间的均方根波动（RMSF）差异较小，且这种差异并不局限于活性位点，这说明碳青霉烯酶中的酰基酶复合物已为反应预先组织，而在被碳青霉烯类抑制的酶中则并非如此。同样，对酰基酶复合物和TI动态进行主成分分析（PCA）显示，碳青霉烯酶中这两种状态之间具有更大的重叠，进一步证明了酰基酶复合物的预组织化。此类模拟有望成为一种有效的计算分析方法，以相对适中的计算成本识别具有碳青霉烯酶活性的酶。

碳青霉烯类是活性最强的β-内酰胺类抗生素，是治疗革兰氏阴性菌所致医疗相关感染的关键药物，并且能够逃避大多数β-内酰胺酶的水解作用；然而，能够水解碳青霉烯类的酶不断出现，使其日益受到威胁。在已知的四类β-内酰胺酶中，A类酶（活性位点丝氨酸酶，通过共价酰基酶中间体水解β-内酰胺）分布最为广泛。尽管此类酶中的大多数与碳青霉烯类反应后会形成持久的酰基酶复合物，但其中仍有一些具有水解碳青霉烯类的活性（即碳青霉烯酶）。在本研究中，我们利用相应酰基酶复合物和四面体中间体（TI）的分子动力学（MD）模拟，考察了一组A类β-内酰胺酶中导致这些差异的基础机制。模拟结果揭示了在所测试的各种酶中与催化活性相关的多个特征，包括碳青霉烯酰基酶羰基更广泛的相互作用，以及通常位于有利于脱酰基化位置的活性位点水分子具有更长的存在时间。对动态轨迹的分析显示，碳青霉烯酶在酰基酶与TI之间的均方根波动（RMSF）差异较小，且这种差异并不限于活性位点，这表明酰基酶复合物在碳青霉烯酶中已预先组织成有利于反应的构象，而在被碳青霉烯类抑制的酶中则并非如此。同样，对酰基酶和TI动态过程进行主成分分析（PCA）显示，碳青霉烯酶中两种状态之间具有更高程度的重叠，从而进一步证明了酰基酶的预组织化。这类模拟或可作为一种有效的计算分析方法，以相对适中的计算成本鉴定具有碳青霉烯酶活性的酶。

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🏷️ A类β-内酰胺酶 碳青霉烯酶 分子动力学模拟 酰基酶中间体 过渡态预组织化