Bakalářská práce

The study of protein unfolding utilizing molecular dynamics simulation

Veronika Szotkowská
Anotace

Enzymy z rodiny halogenalkandehalogenas mají velký potenciál nejen v oblasti životního prostředí, ale také při studiu mnoha důležitých a dosud ne zcela objasněných enzymatických vlastností, procesů a mechanismů. LinB a DhaA, modelové enzymy použity v této práci, se řadí mezi nejstudovanější halogenalkandehalogenasy s nespornou vědeckou pozorností. Tento zájem dokládá i nedávné vytvoření jejich stabilních …více

Abstract

Haloalkane dehalogenases are enzymes of great potential, not only in the environmental field, but also in the study of many important and still not completely understood enzyme properties, processes, and mechanisms. LinB and DhaA, the model enzymes studied in this thesis, are among the most studied dehalogenases with undeniable scientific attention. This interest is also demonstrated by the recent …více

Zadání práce
The basic biochemical phenomenon, protein unfolding, has recently seen a growing interest. Understanding protein unfolding from the kinetic and mechanistic point of view is essential for optimizing protein properties, like stability or solubility, utilizing methods of protein engineering. This bachelor thesis aims to analyze the unfolding of haloalkane dehalogenases LinB wild type and stabilized variant LinB116 and compare it with DhaA wild type and stabilized variant DhaA115. Comparison of stable and unstable variants can show us the effect of stabilizing mutations on overall protein resilience to high temperatures. The DhaA and LinB unfolding mechanisms will be studied using enhanced sampling molecular dynamics simulations and by the construction of Markov models of observed macrostates.
Thesis goals:
1. Literature review regarding protein unfolding, aggregation, and model proteins haloalkane dehalogenases and description of methods regarding homology modelling, molecular dynamics simulations, adaptive sampling, and the identification of aggregation-prone regions,
2. Molecular dynamics simulation of the temperature-related unfolding of haloalkane dehalogenase LinB and stable variant LinB116,
3. Analysis of the simulations using Markov state models and comparison with the haloalkane dehalogenase DhaA and its stabilized variant DhaA115,
4. Identification of aggregation-prone regions,
5. Discussion of the outcome with literature or available experimental results.
Literature:
A. M. Lesk, Introduction to protein architecture: The Structural Biology of Proteins. Oxford Univ. Press 2003
A. Hospital, J. R. Goñi, M. Orozco, and J. L. Gelpí, “Molecular dynamics simulations: Advances and applications,” Adv. Appl. Bioinforma. Chem., vol. 8, no. 1, pp. 37–47, 2015, doi: 10.2147/AABC.S70333.
V. Daggett, “Molecular dynamics simulations of the protein unfolding/folding reaction,” Acc. Chem. Res., vol. 35, no. 6, pp. 422–429, 2002, doi: 10.1021/ar0100834.
Y. I. Yang, Q. Shao, J. Zhang, L. Yang, and Y. Q. Gao, “Enhanced sampling in molecular dynamics,” J. Chem. Phys., vol. 151, no. 7, 2019, doi: 10.1063/1.5109531.
A. Kuriata, V. Iglesias, J. Pujols, M. Kurcinski, S. Kmiecik, and S. Ventura, “Aggrescan3D (A3D) 2.0: Prediction and engineering of protein solubility,” Nucleic Acids Res., vol. 47, no. W1, pp. W300–W307, 2019, doi: 10.1093/nar/gkz321.
T. Koudelakova et al., “Haloalkane dehalogenases: Biotechnological applications,” Biotechnol. J., vol. 8, no. 1, pp. 32–45, 2013, doi: 10.1002/biot.201100486.
Práce zkontrolována:
9. 1. 2023 14:27, doc. Mgr. David Bednář, Ph.D., učo 222755
Jazyk práce
angličtina angličtina
Termín obhajoby
7. 2. 2023
Práce byla úspěšně obhájena

Vedoucí

doc. Mgr. David Bednář, Ph.D., učo 222755
Model ProtIng RECETOX PřF MU

Oponent

RNDr. Petr Kulhánek, Ph.D., učo 9703
NCBR PřF MU

Konzultant

Sérgio Manuel Marques, PhD., učo 233119
LosLab ÚEB Biol PřF MU

  • Přidání souboru

    Soubor nebo složku lze nahrát pomocí tlačítka Přidat.
  • Další operace se soubory

    Podrobnosti lze zjistit označením příslušného řádku.
  • Pohled pro experty

    Pro častou práci je možné zvolit režim Více možností.
  • Vyhledávání souborů

    Vyhledávaný výraz můžete zadat přímo do adresního řádku.
  • Rychlý přístup k souborům

    Pomocí funkce Nedávné je možné se rychle vrátit k právě prohlíženým souborům. Oblíbené soubory je také možné označit Hvězdičkou.