計算で設計された (逆) アルドラーゼの進化軌跡に沿った酵素機構の最適化
Cathleen Zeymer1, Reinhard Zschoche1, Donald Hilvert1
1Laboratory of Organic Chemistry, ETH Zürich , 8093 Zürich, Switzerland.
Journal of the American Chemical Society
|August 8, 2017
まとめ
計算による酵素設計により,低活性 (レトロアルドラーゼ) が生成された. 実験室での進化は,速度を制限するステップを変更し,改善されたプロトン転送のための触媒テトラッドを導入することによって,その性能を大幅に向上させました.
科学分野:
- 生物触媒と酵素工学
- コンピュータ生物学
- タンパク質の進化
背景:
- デノボ生物触媒は,計算設計と実験的な最適化を使用して作成されます.
- 最初計算で設計された (逆) アルドラーゼRA95は,控えめな活性を示した.
- 広範な実験室での進化により,β-ヒドロキシケトン合成と分裂におけるRA95の活性が10倍改善されました.
研究 の 目的:
- 計算で設計された (レトロ) アルドラーゼRA95の進化軌道を調査する.
- RA95の変種の反応経路における速度制限のステップを特定する.
- 研究室での進化の過程で 蓄積された変異が 運動メカニズムにどのように影響するかを理解する.
主な方法:
- 代表的なRA95変異体の運動分析
- 多段階の反応経路の個々のステップを検知する.
- 自然アルドラーゼの運動データと構造データとの比較
主要な成果:
- 速度を制限するステップは,設計された酵素におけるC−C結合分裂から,進化した変種における製品放出へと移行した.
- シーフ塩基とエナミンの中間物質の相互変換は,高度に活性な変種において最も遅いステップとなった.
- 遅い段階の触媒テトラッドはライシン反応性と陽子のシャッフルを強化し,シフ塩基形成と水解を加速した.
結論:
- 研究室での進化により,計算で設計された (逆) アルドラーゼRA95の運動メカニズムが著しく最適化されました.
- 進化した酵素で観察された活性化と速度制限のステップの変化には,触媒テトラッドが不可欠です.
- 発見は,計算による酵素設計と実験室での進化戦略の精製のための洞察を提供します.
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