Binding mechanism of uranyl to transferrin implicated by density functional theory study

Meng Wang; Wanjian Ding; Dongqi Wang

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Binding mechanism of uranyl to transferrin implicated by density functional theory study

机译：密度泛函理论研究暗示了铀酰与转铁蛋白的结合机理

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Transferrins have been proposed to be responsible for the in vivo transportation of uranyl. In this work, the binding mechanism of uranyl to transferrin has been studied using density functional theory method. Three possible stepwise pathways have been investigated and compared, differing in the sequence of the three residues to bind with uranyl, i.e. Tyr* → Tyr* → Asp* (YYD) and Tyr* → Asp* → Tyr* (YDY) and Asp* → Tyr* → Tyr* (DYY). Compared with the activation energies and the reaction heat of these three possible mechanisms, it is concluded that the YYD pathway is a more plausible description for the binding of uranyl. According to the calculations, the binding process is described as a ligand exchange process assisted by the hydrolysis of uranyl tricarbonate complex, and the role of carbonate ligand which determines the optimal pathway is identified. The QTAIM analysis was used to compare the bond nature of uranyl complexes in its free form and its complex with the amino acid residues. The results are expected to benefit our understanding of the uptake of uranyl by serum transferrins, and have implications on protein engineering and the development of decorporation agents towards improved binding kinetics and thermodynamics of uranyl in a specific pH range.

机译：已经提出转铁蛋白负责铀酰的体内运输。在这项工作中，已使用密度泛函理论方法研究了铀酰与转铁蛋白的结合机理。已研究并比较了三种可能的逐步途径，它们与尿嘧啶结合的三个残基的序列不同，分别是： ie Tyr *→Tyr *→Asp *（YYD）和Tyr *→Asp *→Tyr *（YDY）和Asp *→Tyr *→Tyr *（DYY）。与这三种可能的机制的活化能和反应热相比，可以得出结论，YYD途径对于铀酰的结合是更合理的描述。根据计算，结合过程被描述为由三碳酸铀酰酯水解物协助的配体交换过程，并且确定了确定最佳途径的碳酸酯配体的作用。使用QTAIM分析比较了游离形式的铀酰复合物及其与氨基酸残基的复合物的键合性质。预期结果将有益于我们对血清转铁蛋白对铀酰的吸收的理解，并且对蛋白质工程和解离剂的开发具有影响，以改善在特定pH范围内铀酰的结合动力学和热力学。 展开▼

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来源
《RSC Advances》 |2017年第7期|共9页

作者
Meng Wang; Wanjian Ding; Dongqi Wang;
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中图分类化学;

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