The rational design of a novel biocatalyst using the heme-nitric oxide/oxygen binding protein
Hem-nitrik oksit/oksijen bağlayıcı proteinini kullanarak yeni bir biyokatalizörün rasyonel tasarımı
- Tez No: 492588
- Danışmanlar: Assist. Prof. Dr. GÜLİSTAN MEŞE ÖZÇİVİCİ, Assist. Prof. Dr. NUR BAŞAK SÜRMELİ
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Biyomühendislik, Genetik, Bioengineering, Genetics
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2017
- Dil: İngilizce
- Üniversite: İzmir Yüksek Teknoloji Enstitüsü
- Enstitü: Mühendislik ve Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Moleküler Biyoloji ve Genetik Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: 74
Özet
Rekombinant DNA teknolojileri ve protein tasarımındaki son gelişmeler, biyokatalizörlerin ilaç ve zirai kimyasalların üretiminde kimyasal katalizörlere alternatif olarak kullanılmasına olanak tanıdı. Biyokatalizörler özellikle enzimlerde gözlenen yüksek regio- ve enantio seçimliliklerinden dolayı saf ürünlerin sentezlenmesinde kullanılmaktadır. Biyokatalizörler ayrıca çevre dostudur. Hemoproteinler hem prostetik grubunu içerirler ve biyolojik sistemlerde çeşitli roller üstlenenilir ve biyokatalizör olabilirler. Hem-Nitrik Oksit/Oksijen bağlanan (H-NOK) proteinler nitrik oksit (NO) algılayıcı çözünür guanilat siklaz (sGC) proteini ile homoloji göstermeleriyle kesfedilmişlerdir. Bu projede Thermoanaerobacter tencogenesis (TtH-NOK)'in metil-akseptör kemotaksi proteininin H-NOK bölgesi, rasyonel tasarım kullanılarak modifiye edildi. Dört TtH-NOXKvaryantını klonlandı, eksprese edildi, saflaştırıldı ve mutasyonların proteinin spektroskopik ve katalitik özellikleri üzerindeki etkileri incelendi. Her bir varyant daha sonra hidrojen peroksidin (H2O2) bozunması ve 2, 2'-azino-bis(3-etilbenztiazolin-6-sülfonk asit) (ABTS)'in oksidasyonu gibi tepkimeler ile test edildi. Doğal TtH-NOK H2O2 bozunmasını ve ABTS oksidasyonunu düşük verim ile kataliz etti. Bununla birlikte Y140H mutant en verimli peroksidaz ve oksidaz aktivitelerini gösterdi. Y140H distal mutantı doğal enzimle karşılaştırıldığında katalizde beş kat artış sergiledi. Diğer mutantlar; H102Y, H102C ve Y140A TtH-NOK ilgili reaksiyonlar için iyi katalizörler değillerdi. Bu yüzden, mutasyonlar reaksiyon hızlarında ve hem kofaktörünün elektronik özelliklerinde değişim gösterdiler. Mutasyonlar ayrıca heme proteininin moleküler mekanizmasını etkilediler. Bu sonuçlar proksimal ve distal cepteki amino asitlerin kataliz için önemli olduğunu gösterdi. Bununla birlikte distal tyrosinin histidine mutasyonu enzimin katalitik aktivitesini önemli ölçüde arttırdı. Bu gözlemler hemoproteinlerin fizyolojik rollerini anlamaya katkıda bulunacaktır. Bu proje yeni biyokatalizlerin keşfine ve gelecekte yeni biyokatalizörlerin tasarlanmasına yardım edecektir.
Özet (Çeviri)
Recent advances in recombinant DNA technology and protein design have led to the application of biocatalysis as an alternative to chemical catalysis in the synthesis of enantiopure products due to high regio- and enantioselectivity. Hemeproteins are proteins with a heme prosthetic group that play diverse roles in biological systems, making them good candidates for biocatalysis. The Heme-nitric oxide/oxygen binding (H-NOX) protein was identified by homology to the soluble guanylate cyclases. Here, the H-NOX domain from the methyl-accepting chemotaxis protein, Thermoanaerobacter tencogenesis (TtH-NOX), was tuned into a biocatalyst using rational design. Four variants of TtH-NOX were cloned, purified and characterized. Each variant was then tested for their catalase and peroxidase activities. The wild type TtH-NOX inefficiently catalyzed the hydrogen peroxide decomposition (catalase activity) and 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid (ABTS) oxidation (peroxidase activity). However, the Y140H mutant exhibited an efficient five-fold increase in catalase and peroxidase activities as compared to the wild type. The other mutants, H102Y, H102C and Y140A TtH-NOX, were not good catalysts for both reactions. Therefore, the mutations resulted in changes in reaction rates and electronic properties of the heme group. The mutations affected the molecular mechanism of the hemeprotein, showing that both the proximal and distal pocket residues are vital for catalysis. However, the mutation of the distal tyrosine to histidine of TtH-NOX has significantly improved its catalytic activities. These observations contribute to the understanding of the physiological roles of hemeproteins. This project could also lead to discovery of novel biocatalysts and aid in the design of future biocatalysts.
Benzer Tezler
- Biomedical application of an enzymatically synthesized biopolyester
Enzimatik olarak sentezlenmiş bir biyopoliesterin biyomedikal uygulaması
ŞENOL BEYAZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Biyoteknolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiKimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. FATOŞ YÜKSEL GÜVENİLİR
- Engineering a novel CYP119 with high biocatalytic efficiency by optimization of protein interactions and electron transfer
Protein etkileşimlerinin ve elektron transferinin optimizasyonu yoluyla yüksek biyokatalitik verime sahip yeni bir CYP119 mühendisliği
AKBOTA KAKIMOVA
Doktora
İngilizce
2024
Biyomühendislikİzmir Yüksek Teknoloji EnstitüsüBiyoteknoloji ve Biyomühendislik Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NUR BAŞAK SÜRMELİ ERALTUĞ
DOÇ. DR. SİNAN GÜVEN
- Protein engineering applications on novel hAGEst enzyme for changing substrate specificity
Özgün hAGEst enziminin substrat özgüllüğünün değiştirilmesine yönelik protein mühendisliği uygulamaları
EREN BÜYÜKYAVUZ
Yüksek Lisans
İngilizce
2019
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN GÜL KARAGÜLER
- Protein engineering applications of novel esterase enzyme using rational design and directed evolution approaches
Rasyonel tasarım ve yönlendirilmiş evrim yaklaşımlarıyla yeni esteraz enziminin protein mühendisliği uygulamaları
ŞEYMA YILMAZ KÜPOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2022
Biyomühendislikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı
PROF. DR. NEVİN GÜL KARAGÜLER
- Development of novel biocatalysts for industrial applications
Endüstriyel uygulamalar için yeni biyokatalizörlerin geliştirilmesi
BARIŞ BİNAY
Doktora
İngilizce
2012
Biyomühendislikİstanbul Teknik Üniversitesiİleri Teknolojiler Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. NEVİN GÜL KARAGÜLER
PROF. NICHOLAS JAMES TURNER