酶工程- 内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶的蛋白质工程研究

时间:2014-12-08

同源建模(Homology Modeling)方法在众多蛋白结构预测方法当中使用最为广泛且准确性较高。只要给出目标序列与模板蛋白,利用工业标准的快速同源建模方法,便可自动并快速产生优化的蛋白同源模型, 从而极大的方便广大生物大分子研究者及药物研发人员快速了解蛋白结构。Discovery Studio中的MODELER模块是经典的同源建模工具,可以自动完成球蛋白、跨膜蛋白和抗体分子的模建,此外还可以模拟蛋白突变。
 
来源于Symbiobacterium thermophilum的内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶的蛋白质工程研究
(Engineering the meso-Diaminopimelate Dehydrogenase from Symbiobacterium thermophilum by Site Saturation Mutagenesis for D-Phenylalanine Synthesis)
Ref:Applied and Environmental Microbiology. 2013, 79(16): 5078-5081.  IF=3.952
链接:http://aem.asm.org/content/79/16/5078.short
 
      在有机合成领域中,采用酶催化代替化学催化进行化合物的制备不仅可以满足绿色发展的需求,而且酶催化所具有的选择性可以用于化学催化不能或很难实现的手性化合物的合成。内消旋-二氨基庚二酸脱氢酶(meso-DAPDH)是一类特殊的D-氨基酸脱氢酶,催化可逆的内消旋-二氨基庚二酸的D - 手性中心氧化脱氢生成L-2-氨基-6-氧化庚酸。本位对来源于Symbiobacterium thermophilum的meso-DAPDH进行了表达纯化,通过氨基酸序列比对确定了该酶底物L- 手性周围的氨基酸残基Phe146、Thr171、Arg181和His227,并对这四个位点进行定点饱和突变,以提高该酶对大位阻底物苯基丙酮酸的还原胺化活性。其中H227V单点突变体对苯基丙酮酸的比活为2.39±0.06 U • mg-1,相对野生型提高了35.1倍。为了解释H227V突变体酶活的提高,本文对H227V突变体和野生型结构进行了分子模拟和分子动力学模拟,其中,基于Discovery Studio 3.5,采用DS MODELER构建了S. thermophilum中meso-DAPDH及其突变体的三维结构模型。基于分子动力学模拟结果表明,突变后底物CA与NADP+的烟酰胺环上的C4之间的原子距离由4.8Å缩短到3.6Å。该结果表明底物L- 手性中心周围的氨基酸残基的类型影响了底物的范围及酶的活性,但是不影响立体选择性,也就是说在保证高度的D-立体选择性的前提下,有望通过对该酶进行改造以获得具有不同底物偏好性的D-氨基酸脱氢酶。
 
图一:meso-DAPDH野生型和H227V突变体及底物亚胺复合物结构的分子动力学模拟结果
 
为什么选择Discovery Studio?
1. Discovery Studio提供一整套同源建模的工具,使用DS,可以轻松完成所有的同源建模过程,包括模板识别、序列比对、自动建模、模型的评估与优化;
2. Discovery Studio中同源建模工具可以预测多种类型生物大分子的结构,包括:球蛋白、抗体、跨膜蛋白等;
3. Discovery Studio中同源建模的核心程序是MODELER,该算法非常经典,目前已发表成百上千的学术文章,学术结果遍布各类杂志,引用率极高;
4. Discovery Studio中同源模型构建之后有多种模型评估方法,包括:PDF total energy打分、拉氏图以及Profile-3D,可以从不同角度对模型进行全面可靠的合理性评估;
5. Discovery Studio中共有四种对接程序,这四种对接算法各有优势,能够满足广大科研工作者的多种应用需求;
6. Discovery Studio中有多种对接结果的评价分析手段,包括2D/3D相互作用图分析(可以分析氢键、疏水作用、卤键等多种非键作用类型)、结合口袋表面分析、氢键热图、多种打分函数、结合能的计算等;
7. Discovery Studio中分子动力学模拟采用的是经典而强大的CHARMm计算引擎及CHARMm系列力场,可对分子进行优化;
8. Discovery Studio中分子动力学模拟结果可以进行完整便捷的模拟轨迹分析;
9. Discovery Studio中分子动力学模拟可研究对象丰富不单一,如蛋白质、核酸、多糖、多肽、药物小分子以及相应的复合物的模拟;
10. 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。