QSAR-аналіз впливу іонів металів на активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465

Abstract

Проблематика. Каталітична активність ензимів, що є їх найважливішою характеристикою, може суттєво змінюватися під впливом ефекторів, наприклад іонів металів, і є предметом спеціальних досліджень, що важливі для біохімії, біотехнології, медицини та інших галузей науки. Зазвичай активність ензимів за наявності металів оцінюють за зміною швидкості ферментативної реакції. Однак проведення подібних експериментальних досліджень, особливо для нових ензимів, як у випадку з пептидазою Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465, потребує значних ресурсів і розгорнутих кіне­тичних досліджень. Тому доцільним є застосування методів комп’ютерної хімії, базовою задачею якої є пошук залежності “структура–властивість”, для побудови моделі, що матиме змогу з високою вірогідністю оцінити вплив іонів металів на активність пептидази. Мета. Розробка QSAR-моделей для аналізу і прогнозування впливу іонів металів на активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465. Методика реалізації. Вплив іонів металів вивчали, визначаючи протеолітичну активність пептидази після сумісної інкубації впродовж 30 хв у 0,0167 M буферного розчину трис-HCl (рН 7,5, 37 °С). Кінцева концентрація хлоридів металів Li+; Na+; K+; Cs+; Cu2+; Be2+; Mg2+; Ca2+; Sr2+; Ba2+; Zn2+; Cd2+; Hg2+; Cr3+; Mn2+; Co2+; Ni2+ у буферному розчині становила 4 ммоль/дм3. Для пошуку кількісного зв’язку “структура–властивість” використовували довідкові дані про властивості іонів металів та методи тренд-вектора і випадкового лісу. Результати. Дослідження впливу іонів металів на протеолітичну активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465 показало, що деякі іони металів (Li +, Mn2+ і Co2+) активували пептидазу, а інші (Cu2 +, Be2+, Cd2+, Hg2+, Cr3+) інгібували активність ензиму. Нелінійними методами тренд-вектора та випадкового лісу побудовано адекватні статистичні моделі без помилок класифікації та помилок прогнозу класу активності для тестового набору. Обидві моделі показують, що найважливішими характеристиками іонів металів, які мають вплив на активність ензиму, є електронегативність (ENPol), перший потенціал іонізації (IP1), ентропія іонів у водному розчині (S) та енергія спорідненості до електрона (Eae). Висновки. Методи QSAR-аналізу в сукупності з нелінійними методами тренд-вектора та випадкового лісу дають змогу адекватно описати вплив іонів металів на активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465 за рахунок дескрипторів, що відображають певний баланс їхніх електронодонорних і електроноакцепторих властивостей (електронегативність, перший потенціал іонізації, енергія спорідненості до електрона) та ступінь структурованості гідратної оболонки (ентропія сольватації іонів). Обидва статистичних методи дають близькі значення важливості дескрипторів, але тільки метод тренд-вектора дає змогу проаналізувати напрям впливу конкретних характеристик іонів.

Keywords

• пептидаза Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465
• іони металів
• QSAR-аналіз
• випадковий ліс
• тренд-вектор
• активність ензиму