氢键在线粒体疾病突变中的重要作用 _氢键

芬兰赫尔辛基大学物理系和波兰克拉科夫雅盖隆大学的研究人员发现，由运动不耐受相关的线粒体疾病突变引起的微妙氢键重排会扰乱呼吸链复合体 III 的正常功能。复合物 III 是有助于细胞产生能量 (ATP) 的关键酶之一。

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能量在细胞线粒体中以 ATP 的形式产生。称为电子传递链的途径由五种酶组成，它们通过电子和质子的复杂运动共同合成 ATP 。该链中的第三种酶是细胞色素 bc1(或复合物 III)，它催化质子泵浦以响应电子转移反应。
已知复合体 III 中的突变是导致多种线粒体疾病的原因。Patryk Kuleta 进行的光谱实验显示野生型和突变型酶之间存在一些明显差异。Kuleta 在波兰克拉科夫雅盖隆大学的 Artur Osyczka 教授研究小组工作。
赫尔辛基大学物理系博士生 Jonathan Lasham 对野生型和突变型酶采用了经典分子动力学模拟和密度泛函理论计算。计算结果不仅提供了对实验数据的新解释，而且还产生了更深入的机械见解。
将氨基酸甘氨酸变为丝氨酸的单点突变稳定了与复合物 III 的血红素基团的更强氢键。这会扰乱血红素的氧化还原电位和自旋状态，从而影响复合物 III 的野生型电子转移功能。
“这些结合的实验计算结果为线粒体酶的点突变如何导致疾病提供了详细的分子见解，并为开发未来的治疗方法提供了基础，”物理系的学院研究员和 Sigrid Jusélius 高级研究员 Vivek Sharma 总结道。在赫尔辛基大学。
实现这些结果所需的计算资源由芬兰科学计算中心 (CSC) 和 PRACE 提供。大规模分子动力学模拟是在芬兰 CSC 的 Mahti 超级计算机上进行的。
【氢键在线粒体疾病突变中的重要作用】联合实验和计算生物物理学研究的结果已发表在PNAS 上。