MARQUES, Sérgio Manuel, Zuzana DUNAJOVÁ, Zbyněk PROKOP, Radka CHALOUPKOVÁ, Jan BREZOVSKÝ a Jiří DAMBORSKÝ. Catalytic Cycle of Haloalkane Dehalogenases Toward Unnatural Substrates Explored by Computational Modeling. Online. JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING. DC USA: AMER CHEMICAL SOC, 2017, roč. 57, č. 8, s. 1970-1989. ISSN 1549-9596. Dostupné z: https://dx.doi.org/10.1021/acs.jcim.7b00070. [citováno 2024-04-24]
Další formáty:   BibTeX LaTeX RIS
Základní údaje
Originální název Catalytic Cycle of Haloalkane Dehalogenases Toward Unnatural Substrates Explored by Computational Modeling
Autoři MARQUES, Sérgio Manuel (620 Portugalsko, domácí), Zuzana DUNAJOVÁ (703 Slovensko, domácí), Zbyněk PROKOP (203 Česká republika, domácí), Radka CHALOUPKOVÁ (203 Česká republika, domácí), Jan BREZOVSKÝ (203 Česká republika, domácí) a Jiří DAMBORSKÝ (203 Česká republika, garant, domácí)
Vydání JOURNAL OF CHEMICAL INFORMATION AND MODELING, DC USA, AMER CHEMICAL SOC, 2017, 1549-9596.
Další údaje
Originální jazyk angličtina
Typ výsledku Článek v odborném periodiku
Obor 10201 Computer sciences, information science, bioinformatics
Stát vydavatele Spojené státy
Utajení není předmětem státního či obchodního tajemství
WWW URL
Impakt faktor Impact factor: 3.804
Kód RIV RIV/00216224:14310/17:00095517
Organizační jednotka Přírodovědecká fakulta
Doi http://dx.doi.org/10.1021/acs.jcim.7b00070
UT WoS 000408790100022
Klíčová slova anglicky MOLECULAR-DYNAMICS SIMULATIONS; FORCE-FIELD; DIRECTED EVOLUTION; SYNTHETIC PATHWAY; PRODUCT RELEASE; MECHANISM; KINETICS; LINB; BIODEGRADATION; PARAMETERS
Štítky NZ, rivok
Změnil Změnila: Ing. Nicole Zrilić, učo 240776. Změněno: 29. 3. 2018 23:17.
Anotace
The anthropogenic toxic compound 1,2,3-trichloropropane is poorly degradable by natural enzymes. We have previously constructed the haloalkane dehalogenase DhaA31 by focused directed evolution (Pavlova, M. et al. Nat. Chem. Biol. 2009, 5, 727-733), which is 32 times more active than the wild-type enzyme and is currently the most active variant known against that substrate. Recent evidence has shown that the structural basis responsible for the higher activity of DhaA31 was poorly understood. Here we have undertaken a comprehensive computational study of the main steps involved in the biocatalytic hydrolysis of 1,2,3-trichloropropane to decipher the structural basis for such enhancements. Using molecular dynamics and quantum mechanics approaches we have surveyed (i) the substrate binding, (ii) the formation of the reactive complex, (iii) the chemical step, and (iv) the release of the products. We showed that the binding of the substrate and its transport through the molecular tunnel to the active site is a relatively fast process. The cleavage of the carbon halogen bond was previously identified as the rate-limiting step in the wild-type. Here we demonstrate that this step was enhanced in DhaA31 due to a significantly higher number of reactive configurations of the substrate and a decrease of the energy barrier to the S(N)2 reaction. C176Y and V245F were identified as the key mutations responsible for most of those improvements. The release of the alcohol product was found to be the rate-limiting step in DhaA31 primarily due to the C176Y mutation. Mutational dissection of DhaA31 and kinetic analysis of the intermediate mutants confirmed the theoretical observations. Overall, our comprehensive computational approach has unveiled mechanistic details of the catalytic cycle which will enable a balanced design of more efficient enzymes. This approach is applicable to deepen the biochemical knowledge of a large number of other systems and may contribute to robust strategies in the development of new biocatalysts.
Návaznosti
GAP503/12/0572, projekt VaVNázev: Konstrukce syntetické metabolické dráhy pro degradaci důležitého environmentálního polutantu proteinovým a metabolickým inženýrstvím
Investor: Grantová agentura ČR, Konstrukce syntetické metabolické dráhy pro degradaci důležitého environmentlního polutantu proteinovým a metabolickým inženýrstvím
LH14027, projekt VaVNázev: Nové koncepty a nástroje pro racionální design enzymů
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Nové koncepty a nástroje pro racionální design enzymů
LM2015047, projekt VaVNázev: Česká národní infrastruktura pro biologická data (Akronym: ELIXIR-CZ)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Česká národní infrastruktura pro biologická data
LM2015051, projekt VaVNázev: Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (Akronym: RECETOX RI)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Výzkumná infrastruktura RECETOX
LM2015055, projekt VaVNázev: Centrum pro systémovou biologii (Akronym: C4SYS)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, The national infrastructure C4SYS - Centre for Systems Biology
LO1214, projekt VaVNázev: Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí (Akronym: RECETOX)
Investor: Ministerstvo školství, mládeže a tělovýchovy ČR, Centrum pro výzkum toxických látek v prostředí
MUNI/M/1888/2014, interní kód MUNázev: Pokročilé hybridní metody studia transportních procesů v proteinech a jejich využití v designu biokatalyzátorů
Investor: Masarykova univerzita, Pokročilé hybridní metody studia transportních procesů v proteinech a jejich využití v designu biokatalyzátorů, INTERDISCIPLINARY - Mezioborové výzkumné projekty
4SGA8519, interní kód MUNázev: Rational design and engineering of enzyme gates (Akronym: BIOGATE)
Investor: Jihomoravský kraj, Rational design and engineering of enzyme gates, Granty pro zahraniční vědce
VytisknoutZobrazeno: 24. 4. 2024 10:35