酶工程 - 短链脱氢酶Gox2181辅酶特异性的理性改造

时间:2014-05-07

构建突变体(Build Mutant): Discovery Studio中的Build Mutants模块可以快速的构建单点或者多点突变的突变体结构,并优化突变氨基酸及周围氨基酸的结构,最后用DOPE Score评估突变体结构的合理性,方便进行快捷的选择。

 

短链脱氢酶Gox2181辅酶特异性的理性改造
(Computational design of short-chain dehydrogenase Gox2181 for altered coenzyme specificity)
Ref:Journal of Biotechnology 167 (2013) 386-392  IF=3.183
链接:
http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0168165613003350

 

      合成生物学是近年来新兴的一门学科,在低成本生产新药、材料、能源过程中起到重要作用。换言之,为了实现低成本生产,解决辅酶循环利用的问题是非常必要的。经研究表明辅酶循环利用问题可以通过改变辅酶特异性来解决。氧化葡萄糖酸杆菌中的短链脱氢酶Gox2181,以辅酶NADH作为电子供体,可以催化还原2,3-乙酰基丙酮。为了实现辅酶在合成生物学中的可重复利用,文章采用计算机辅助设计方法和定点突变试验方法,对Gox2181进行蛋白质改造,使其不仅可以NADH作为电子供体,还可以以NADPH作为电子供体,且能保持酶的原有活性。文章的具体模拟思路如下:首先基于Gox2181晶体结构判断突变位点为Q20和D43;接着采用Discovery Studio 3.5将NADPH叠合至Gox2181-NADH复合物结构中从而构建得到Gox2181-NADPH结构;再在Gox2181-NADPH结构基础上采用DS_Build Mutant设计并构建得到突变体Gox2181-D43Q和Gox2181-Q20R&D43Q结构;然后对突变体结构和原始结构进行分子动力学模拟,分析突变前后氢键的变化;此外还对突变体蛋白的稳定性进行预测。文章最后采用实验方法测试突变蛋白的辅酶特异性和酶活性。

 
图一:突变前后NADPH的2’-磷酸基团同周围残基间距离的变化。

表一:Gox2181野生型和突变体动力学常数的比较。
 

 

为什么选择Discovery Studio?
1. Discovery Studio在酶工程和酶催化研究领域可以提供一系列完整的解决方案,包括酶结构的构建、酶与底物作用机制的研究、酶对底物的筛选、酶的改造与设计以提高酶的活性/稳定性或改变底物/辅酶特异性等等,配合舒适的界面窗口,用户可以非常便捷的去完成这一系列的工作;
2. Discovery Studio可以快速的构建单点或者多点突变的突变体结构,可以进行虚拟的丙氨酸扫描和饱和突变,并优化突变氨基酸及周围氨基酸的结构,最后用DOPE Score评估突变体结构的合理性,方便进行快捷的选择;
3. Discovery Studio提供基于虚拟氨基酸突变来进行蛋白质设计的工具,可以快速高效的进行虚拟的丙氨酸扫描和饱和突变,或者其它任意突变,并在考虑温度、pH的条件下预测蛋白热稳性及蛋白亲和力这两种突变效应,方便用户在实验前测试大量的突变位点并优先选择突变位点,是强有力的蛋白质设计工具;
4. Discovery Studio中虚拟氨基酸突变可以同时考虑单点、双点、三点或多点突变;
5. Discovery Studio中虚拟氨基酸突变功能的最终结果以突变能量柱来显示,方便用户快速直观了解不同突变位点的突变效应强与弱;
6. Discovery Studio应用广泛,操作简便,图形化界面十分友好,结果易于分析。

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