Binding interaction of glyphosate with glyphosate oxidoreductase and C-P lyase: Molecular docking and molecular dynamics simulation studies.
J Hazard Mater · 2021 · 409:124927 · PMID 33450511 · 등급6 세포·모델 모델링연구 · 물질과 작용기전 > AMPA·분해 · AMPA
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글리포세이트의 광범위한 사용은 생물체에 위협이 된다. 미생물 균주는 효소의 도움을 받아 대조적인 대사 경로를 통해 글리포세이트를 분해할 수 있다. 글리포세이트 산화환원효소(GOX)와 C-P 리아아제는 미생물 내에서 글리포세이트 및 그 중간 대사산물인 아미노메틸포스폰산(AMPA)의 생분해에 핵심적인 효소이다. 글리포세이트의 미생물 분해는 보고된 바 있으나, 근본적인 분자 메커니즘은 아직 불분명하다. 따라서 본 연구에서는 분자 도킹 및 분자 동역학(MD) 시뮬레이션을 이용하여 GOX와 C-P 리아아제가 글리포세이트 및 AMPA와 상호작용하는 메커니즘을 조사하였다. 그 결과, 수성 용액에서 글리포세이트는 수소 결합뿐만 아니라 소수성 및 반데르발스 상호작용을 통해 GOX와 C-P 리아아제의 활성 부위에 접촉하여 안정성을 유지하는 것으로 나타났다. 글리포세이트와 AMPA가 활성 부위에 존재할 경우, GOX와 C-P 리아아제의 구조 변화를 유의미하게 변화시킨다. MD 시뮬레이션 결과는 GOX 및 C-P 리아아제 복합체가 촉매 반응 동안 안정적임을 확인하였다. 본 연구는 글리포세이트의 생물학적 정화에 있어 GOX와 C-P 리아아제의 발현 및 기능에 대한 분자 수준의 이해를 제공한다.ORIGINAL ABSTRACT
Widespread application of glyphosate poses a threat to living organisms. Microbial strains are able to degrade glyphosate via contrasting metabolic pathways with the help of enzymes. Glyphosate oxidoreductase (GOX) and C-P lyase are the key enzymes for the biodegradation of glyphosate and its intermediate metabolite aminomethylphosphonic acid (AMPA) in microbes. The microbial degradation of glyphosate has been reported, but the underlying molecular mechanism is still unclear. Therefore, in this study, the interaction mechanism of GOX and C-P lyase with glyphosate and AMPA were investigated by using molecular docking and molecular dynamics (MD) simulations. The results indicate that glyphosate contacts with the active site of GOX and C-P lyase by hydrogen bonds as well as hydrophobic and van der Waals interactions in aqueous solution to maintain its stability. The presence of glyphosate and AMPA in the active site significantly changes the conformation of GOX and C-P lyase. The results of the MD simulations confirm that GOX and C-P lyase complexes are stable during the catalytic reaction. This study offers a molecular level of understanding of the expression and function of GOX and C-P lyase for the bioremediation of glyphosate.| 저자 | Bhatt, P.; Joshi, T.; Bhatt, K.; Zhang, W.; Huang, Y.; Chen, S. |
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| 저널 | Journal of hazardous materials |
| 권·호·쪽 | 409, 124927 |
| PMID | 33450511 |
| DOI | 10.1016/j.jhazmat.2020.124927 |
| MeSH | Glycine; Herbicides; Lyases; Molecular Docking Simulation; Molecular Dynamics Simulation; Organophosphonates; Oxidoreductases; Glyphosate |