Semiempirical Molecular Orbital Calculation for the Redox Property of C-Terminal Active Site　Sequence of Human Thioredoxin Reductase

Semiempirical molecular orbital calculation (MOPAC) was used to estimate the enthalpy difference (ΔH) between the reduce and oxidized states of the C-terminal rebox center of human thioredoxin reductase. Heat of formation was computed by WinMOPAC 3.5Pro for the model peptides, N-Acetyl-Ser-Ile-Leu-Gly-X1-X2-Gly, whose-X1-X2-sequence was-Cys SeCys-(natural sequence), -SeCys-Cys-(reverse sequence), -Cys-Cys, and-SeCys-SeCys-. Calculation by Hamiltonian AM1 and PM3 agreed that the oxidized state with selenosulfide bonds and a diselenide bond were more favoralbe than their reduced states. Only the peptide that contained-Cys-Cys-sequence was shown to have lower enthalpy when the two Cys were in the reduced form. It has been reported that substitution of SeCys498 to Cys results in the mujtant TrxRs retaining only about 1% of the enzyme activity. The results of computational estimation supported the experimental hypothesis that the inactivation by SeCys498Cys mutation was due to the unfavorable formation of disulfide bond between Cys497-Cys498.

ヒトのチオレドキシン還元酵素（TrxR）のカルボキシル末端配列の酸化還元に伴うエンタルピー変化を計算した。半経験的分子軌道計算 WinMOPAC 3.5Pro を用いてモデルペプチド、N-Ac-Ser-Ile-Leu-Gln-Ala-Gly-X1-X2-Gly の生成熱を算出した。X1,X2のアミノ酸配列は-SeCys-Cys、 -Cys-SeCys-、 -SeCys-SeCys-、 -Cys-Cys- のいずれかで、それぞれ酸化状態と還元状態を計算し、そのエンタルピー差を求めた。ハミルトニアン AM1 と PM3は同じ傾向の計算結果を示し、セレノスルフィドまたはジセレニドを形成するペプチドは酸化状態でより安定化するのに対して-Cys-Cys-の配列を持つペプチドは還元型の方が安定的であることを示した。ほ乳類の TrxR の SeCys498 を Cys に置換すると酵素活性が1%程度にまで低下することが報告されている。これは、変異酵素が -Cys497-Cys498- 間で酸化的架橋を形成しにくいからと考察されていたが、今回の分子軌道計算の結果は、この仮説を支持している。