Insight into the redox partner interaction mechanism in cytochrome P450BM‐3 using molecular dynamics simulations

化学 血红素 分子动力学 电子转移 黄素组 氧化还原 辅因子 黄素单核苷酸 电子传输链 立体化学 结晶学 计算化学 光化学 生物化学 有机化学
作者
Rajni Verma,Ulrich Schwaneberg,Danilo Roccatano
出处
期刊:Biopolymers [Wiley]
卷期号:101 (3): 197-209 被引量:21
标识
DOI:10.1002/bip.22301
摘要

Flavocytochrome P450BM-3 is a soluble bacterial reductase composed of two flavin (FAD/FMN) and one HEME domains. In this article, we have performed molecular dynamics simulations on both the isolated FMN and HEME domains and their crystallographic complex, with the aim to study their binding modes and to garner insight into the interdomain electron transfer (ET) mechanism. The results evidenced an interdomain conformational rearrangement that reduces the average distance between the FMN and HEME cofactors from 1.81 nm, in the crystal structure, to an average value of 1.41±0.09 nm along the simulation. This modification is in agreement with previously proposed hypotheses suggesting that the crystallographic FMN/HEME complex is not in the optimal arrangement for favorable ET rate under physiological conditions. The calculation of the transfer rate along the simulation, using the Pathways Path method, demonstrated the occurrence of seven ET pathways between the two redox centers, with three of them providing ET rates (KET ) comparable with the experimental one. The sampled ET pathways comprise the amino acids N319, L322, F390, K391, P392, F393, A399, C400, and Q403 of the HEME domain and M490 of the FMN domain. The values of KET closer to the experiment were found along the pathways FMN(C7)→F390→K391→P392→HEME(Fe) and FMN(C8)→M490→F393→HEME(Fe). Finally, the analysis of the collective modes of the protein complex evidences a clear correlation of the first two essential modes with the activation of the most effective ET pathways along the trajectory.
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