Catalysis of ATP hydrolysis by the chaperone protein HSP70

Moleküler şaperon proteinleri yeni sentezlenmiş proteinlerin doğal yapılarına katlanmalarında onlara yardımcı olur. Şaperon proteinlerinin çoğu aynı zamanda ısı-şok proteinidir. Bu proteinler stres koşullarında denatüre olmuş proteinlerin yeniden katlanmasına yardım etmede görev almaktadır. Hsp70 de bu proteinlerden bir tanesidir. Bu çalışmada Hsp70'in ATP hidroliz mekanizması QM/MM ONIOM methoduyla QM bölge için M06-2X, MM bölge için AMBER kuvvet alanı kullanılarak incelenmiştir. Grubumuzda daha önceden yapılan moleküler dinamik simülasyonlarına dayanarak D201'in protonasyon durumlarına göre iki ana model düşünülmüştür. Önceki çalışmalarda hidroliz için kritik bir aminoasit olduğu bulunan K70'in üzerinde özellikle durulmuştur. K70'in asit-baz katalizine girip girmediği de araştırılmıştır. Bununla birlikte, asit-baz katalizinde rol oynayabileceği düşünülen başka aminoasitlerle de asit-baz katalizi reaksiyonlarını ifade eden modeller hazırlanmıştır. Asit adayı olarak D194 ve Mg2+ ile K+ arasında bulunan bir su, baz olarak ise E171 seçilmiştir. Kristallografik çalışmalarda ATP'ye koordine olmuş bir Mg2+ iyonunun beta-fostat grubu ile etkileştiği gözlemlenmiştir. Literatürde bu iyonun beta ile gamma-fosfatın arasına kaymasıyla reaksiyonun başlayabileceği öne sürülmüştür. Bu durum da test edilmiştir. Sonuçlanan çalışmalarda, D201'in nötral olduğu yapılarda ATP hidroliz mekanizmasının nükleofilik suyun doğrudan saldırısıyla gerçekleştiği görülmüştür. Bununla birlikte asit-baz katalizi içeren çalışmalar enerjetik olarak uygun sonuçlar vermemişlerdir. Mg2+ iyonunun iki fosfat grubu arasına kaymasının reaksiyonu başlatması da mümkün görünmemektedir. Diğer yandan, D201'in iyonize olduğu durumlardaki yapılarda Pi'ın E171'e veya yakındaki bir su molekülüne proton verme eğiliminde olduğu görülmektedir. Bu durum E171'in ürün oluşumundan sonra proton alabileceğine işaret etmektedir. Ortamdan bir proton silindiğinde ise Mg2+ iyonunun iki fosfat grubu arasına kaymasının enerjetik olarak uygun bir durum olduğu gözlemlenmiştir.