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Allosteric Proteins-ATCase01:19

Allosteric Proteins-ATCase

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Binding sites linkages can regulate a protein's function.  For example, enzyme activity is often regulated through a feedback mechanism where the end product of the biochemical process serves as an inhibitor.
Aspartate transcarbamoylase (ATCase) is a cytosolic enzyme that catalyzes the condensation of L-aspartate and carbamoyl phosphate to  N-carbamoyl-L-aspartate. This reaction is the first step in pyrimidine biosynthesis. UTP and CTP, the end products of the pyrimidine synthesis...
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Ligand Binding and Linkage00:49

Ligand Binding and Linkage

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Allosteric proteins have more than one ligand binding site; the binding of a ligand to any of these sites influences the binding of ligands to the other sites. When a protein is allosteric, its binding sites are called coupled or linked.  In the case of enzymes, the site that binds to the substrate is known as the active site and the other site is known as the regulatory site. When a ligand binds to the regulatory site, this leads to conformational changes in the protein that can influence...
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Induced-fit Model01:13

Induced-fit Model

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Most chemical reactions in cells require enzymes—biological catalysts that speed up the reaction without being consumed or permanently changed. They reduce the activation energy needed to convert the reactants into products. Enzymes are proteins, that usually work by binding to a substrate—a reactant molecule that they act upon.
Enzymes exhibit substrate specificity, meaning that they can only bind to certain substrates. This is mainly determined by the shape and chemical...
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Enzymes02:34

Enzymes

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Inside living organisms, enzymes act as catalysts for many biochemical reactions involved in cellular metabolism. The role of enzymes is to reduce the activation energies of biochemical reactions by forming complexes with its substrates. The lowering of activation energies favor an increase in the rates of biochemical reactions.
Enzyme deficiencies can often translate into life-threatening diseases. For example, a genetic abnormality resulting in the deficiency of the enzyme G6PD...
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  • 1Department of Chemistry, University of Basel, Basel, Switzerland. rosario.vanella@unibas.ch.

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PubMed
まとめ

酵素近接シーケンシング（EP-Seq）は、変異がD-アミノ酸オキシダーゼ（DAOx）の基質特異性をどのように変化させるかを解読する。これにより、高度に選択的な酵素を設計するための戦略が明らかになる。

キーワード:
酵素工学基質特異性生体触媒変異網羅的スクリーニング

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科学分野:

  • 酵素学
  • タンパク質工学
  • 生体触媒

背景:

  • 酵素の基質特異性は重要であるが、分子レベルでの理解と工学は困難である。
  • Rhodotorula gracilis由来のD-アミノ酸オキシダーゼ（DAOx）は、特異性の研究のためのモデル多能性酵素として機能する。

研究 の 目的:

  • 変異がDAOxの基質選択性にどのように影響するかを体系的にマッピングすること。
  • 特異性決定のメカニズムを特定し、酵素工学をガイドすること。

主な方法:

  • 酵素近接シーケンシング（EP-Seq）を利用して、約40,000の配列-表現型のペアを生成した。
  • 性質の異なる5つのD-アミノ酸基質に対して、約6,500のDAOxバリアントを評価した。

主要な成果:

  • 酵素構造全体に分布する基質特異的な変異を同定した。
  • 活性部位の変異は特異性を強くシフトさせるが活性は低下させる一方、遠位の変異は活性損失を最小限に抑えながら特異性を微妙に調節することがわかった。
  • 特異性に影響を与えるアロステリックホットスポットを発見し、排他的な特異性または大きな（最大230倍）好みの変化を持つバリアントを特徴づけた。

結論:

  • 大規模なバリアントプロファイリングを用いた酵素特異性の解読のための強力なフレームワークを確立した。
  • 相補的な変異の組み合わせが、合理的な生体触媒設計のための基質識別を強化することを示した。
  • AIガイド酵素工学を進歩させるための基礎的なデータセットを提供した。