Computational insights into the mutations of an omega-transaminase using evolutionary footprints
Evrimsel ayak izleri kullanarak bir omega-transaminaz mutasyonlarına ilişkin hesaplamalı anlayışlar
- Tez No: 827497
- Danışmanlar: PROF. DR. NİHAN ÇELEBİ ÖLÇÜM, PROF. DR. TÜRKAN HALİLOĞLU
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Kimya Mühendisliği, Chemical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2023
- Dil: İngilizce
- Üniversite: Yeditepe Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Kimya Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
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 omega transaminazın 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
- Computational insights into the impact of pH and post-translational modifications on conformational dynamics of mtra of mycobacterium tuberculosis
pH ve post-translasyonel modifikasyonların mycobacterıum tuberculosıs mtra proteinine etkilerinin hesaplamalı olarak incelenmesi
HACER NUR EKŞİ
Yüksek Lisans
İngilizce
2026
Biyofizikİstanbul Medipol ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. ÖZGE ŞENSOY
- Structural bioinformatics analysis of the candidate tumor suppressor protein CTCF
Aday tümör baskılayıcı protein CTCF'in yapısal biyoenformatik analizi
SİNEM DARWISH
Yüksek Lisans
İngilizce
2021
Genetikİstanbul Medipol ÜniversitesiBiyomedikal Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ KIVANÇ KÖK
- Molecular genetic assessment of immune modulators in eosinophils and t cells both in silico and in vitro utilizing photoacoustic imaging approaches
Fotoakustik görüntüleme yaklaşımlarını kullanarak eozinofiller ve t hücrelerinde bağışıklık modülatörlerinin in siliko ve in vitro moleküler genetik değerlendirmesi
ZÜLAL ÇELİK
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Allerji ve İmmünolojiİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
PROF. DR. CEREN ÇIRACI MUĞAN
- Molecular dynamics simulations of chk2 kinase domain mutants
CHK2 kı̇naz domain mutantlarının moleküler dı̇namı̇k sı̇mülasyonları
EBRU TUNCAY
Yüksek Lisans
İngilizce
2025
Genetikİstanbul Teknik ÜniversitesiMoleküler Biyoloji-Genetik ve Biyoteknoloji Ana Bilim Dalı (disiplinlerarası)
DOÇ. DR. MERT GÜR
- Hemolitik anemide COP II yolağı genlerinin fonksiyonel analizleri
COP II pathway genes' functional analyses in hemolytic anaemia
SÜMEYYE KOCAAĞA
Yüksek Lisans
Türkçe
2025
Hematolojiİstanbul ÜniversitesiGenetik Ana Bilim Dalı
PROF. DR. MÜGE SAYİTOĞLU