Geri Dön

Computational insights into the mutations of an omega-transaminase using evolutionary footprints

Evrimsel ayak izleri kullanarak bir omega-transaminaz mutasyonlarına ilişkin hesaplamalı anlayışlar

PDF İndir

  1. Tez No: 827497
  2. Yazar: HANDE ABEŞ
  3. Danışmanlar: PROF. DR. NİHAN ÇELEBİ ÖLÇÜM, PROF. DR. TÜRKAN HALİLOĞLU
  4. Tez Türü: Yüksek Lisans
  5. Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
  6. Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
  7. Yıl: 2023
  8. Dil: İngilizce
  9. Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
  10. Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
  11. Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
  12. Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
  13. Sayfa Sayısı: 133

Özet

Transaminazlar, enantiopür kiral aminlerin üretimi için oldukça dikkate değer enzimler haline gelmiştir. Kiral aminler, farmasötiklerin ve çeşitli ince kimyasalların üretiminde ara ürünler olarak büyük önem taşır. Bununla birlikte, transaminazların sınırlı aktivitesi, sıklıkla biyokataliz uygulamalarında zorluk teşkil etmektedir. Bu nedenle geliştirilmiş aktiviteye ve endüstriyel proses koşullarında etkin bir şekilde işlev görme yeteneğine sahip yeni enzimler geliştirmek çok önemli bir konu haline gelmiştir. Çeşitli çalışmalar, enzimlerin aktif bölgesindeki mutasyonlar yoluyla yeni varyantların geliştirilmesine odaklansa da, aktif bölgeden uzaktaki mutasyonların gelişmiş katalitik özellikler sağlanmasına katkısı yeterince anlaşılamamıştır. Bu etki hakkında fikir edinmek, daha yüksek katalitik aktivitelere sahip yeni enzimlerin tasarımına yardımcı olacaktır. Ayrıca, doğal evrim açısından, aktif bölgeden uzaktaki mutasyonların, aktif bölgelerin fonksiyonlarını ve stabilitesini nasıl etkilediği de hala bir sır perdesi ardındadır. Bu çalışmada, hesapsal yaklaşımlarla bir omegatransaminazın doğal evrimi sırasında gerçekleşen mutasyonların etkileri hakkında bir anlayış geliştirmek amaçlanmaktadır. Belirtilen amaca ulaşmak için, modern bir 4-aminobutirat transaminaz ve gelişmiş katalitik aktiviteyle birlikte substrat seçiciliğinde daha geniş bir yelpazeye sahip olan dört atasal varyant çalışmalarda kullanılmak üzere seçildi. Bu ailenin evrimi sırasında meydana gelen tüm mutasyonlar, enzimlerin aktif bölgelerinin dışında yer almaktadır. Bu sebeple, dinamik domain arayüzlerinde meydana gelen mutasyonların etkileri, mutasyonların sınıflandırılması ve substrat seçiciliği yanında katalitik aktivite için önemli olanların tespit edilmesi amacıyla mercek altına alındı. Varyantların fonksiyonel kollektif hareketleri Gaussian Ağ Modeli (GNM) ve Anizotropik Ağ Modeli (ANM) hesaplama yöntemleri kullanılarak değerlendirildi. Çapraz korelasyon fark bölgelerindeki ve menteşe noktalarına yakın mutasyonların, aktivite ve seçicilik değişikliklerine neden olan aktif bölgelere yakın döngülerin dinamikleri üzerinde önemli bir etkiye sahip olduğu ortaya çıktı. Moleküler dinamik simülasyon sonuçları, tüm varyantlarda aktif bölge içerisindeki etkileşimlerinin korunduğunu doğruladı ve ayrıca varyantların termo-toleranslarını belirleyen global davranışındaki yapısal değişikliklerin anlaşılmasını sağladı.

Özet (Çeviri)

Transaminases have become highly remarkable enzymes for manufacturing enantiopure chiral amines. These chiral amines hold great significance as intermediates in the production of pharmaceuticals and various fine chemicals. Nonetheless, the restricted activity of transaminases frequently presents a challenge in their application for biocatalysis. Consequently, developing novel enzymes with enhanced activity and the ability to function effectively in industrial process conditions has become a crucial matter. Although a variety of studies focus on the development of new variants by mutations in the active site of the enzymes, it remains unclear how beneficial the mutations far from the active site confer improved catalytic properties. Getting an insight into this issue would aid the design of new enzymes with higher catalytic activities. Moreover, for natural evolution perspective, it is also shrouded in mystery how mutations far from the active site affect the active sites' functions and also stability. In this study, the objective is to develop an understanding on the effects of mutations realized during the natural evolution of an omega-transaminase, using computational tools. To achieve the stated purpose, a modern-day 4-aminobutyrate transaminase, and its three ancestral variants having improved catalytic activity and substrate promiscuity were chosen to study. All mutations that occurred during their evolution of this family were outside the active sites of the enzymes. Thus, effects of the mutations that occurred at the dynamic domain interfaces were put under the scope so that mutations could be classified and the important ones for the catalytic activity in addition to substrate selectivity could be identified. Functional collective motions of the variants were evaluated by using computational methods, Gaussian Network Model (GNM) and Anisotropic Network Model (ANM). It was revealed that the mutations at cross-correlation difference regions and close to hinge points have significant influence on the loop dynamics near the active sites resulting in the activity and selectivity changes. Molecular dynamic simulations results led to verification of the conservation of active site interactions in all variants, as well as understanding of the structural changes in the global behavior of the variants determining their thermotolerances.

Benzer Tezler

  1. Tez No

    687354

    Structural bioinformatics analysis of the candidate tumor suppressor protein CTCF

    Aday tümör baskılayıcı protein CTCF'in yapısal biyoenformatik analizi

    SİNEM DARWISH

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2021

    Biyoistatistikİstanbul Medipol Üniversitesi

    Biyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DR. ÖĞR. ÜYESİ KIVANÇ KÖK

  2. Tez No

    837070

    Takım çalışması esaslı çok-ürünlü demontaj hatlarının tasarımı ve planlanması: Optimizasyon modeli ve çözüm algoritmaları

    Design and planning of multi-manned multi-product disassembly lines: A generi̇c optimization model and solution algorithms

    FATMA BETÜL YENİ

    Doktora

    Türkçe

    Türkçe

    2023

    Endüstri ve Endüstri Mühendisliğiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Endüstri Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. EMRE ÇEVİKCAN

  3. Tez No

    276942

    A genetic algorithm with oscillating simulated annealing for 2D HP model

    2D HP modeli için dalgalanan benzetilmiş tavlama ile birleşmiş genetik algoritma

    ÖMER KIRKAĞAÇLIOĞLU

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2010

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKoç Üniversitesi

    Bilgisayar Bilimleri ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı

    DOÇ. DR. CEYDA OĞUZ

  4. Tez No

    610371

    Protein engineering applications on industrially important enzymes

    Endüstriyel öneme sahip enzimlerin protein mühendisliği uygulamaları

    GÜLŞAH ÖZGÜN

    Doktora

    İngilizce

    İngilizce

    2019

    Biyoteknolojiİstanbul Teknik Üniversitesi

    Moleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. NEVİN GÜL KARAGÜLER

  5. Tez No

    768391

    In silico and in vitro analysis of CLOCK gene SNPs from 1000 genome project

    1000 genom projesinde yer alan CLOCK geni tek nükleotid polimorfizmlerinin in silico ve in vitro analizleri

    SEDEN NADİRE EFENTI

    Yüksek Lisans

    İngilizce

    İngilizce

    2022

    Bilgisayar Mühendisliği Bilimleri-Bilgisayar ve KontrolKoç Üniversitesi

    Hesaplamalı Bilimler ve Mühendislik Ana Bilim Dalı

    PROF. DR. İBRAHİM HALİL KAVAKLI

Geri Dön