Biopolym. Cell. 2012; 28(1):68-74.
http://dx.doi.org/10.7124/bc.00002F
Біоінформатика
Кобальт- і нікель-вмісні ферментні конструкції із послідовностей метаногенів
1Челлапанді П., 1Балачандрамохан Дж.
  1. Університет Баратидасана
    Таміл Наду, Індія

Abstract

Мета. Використати консервативний домен, отриманий із послідовностей метаногенів, для конструювання ферментів. Особливу увагу приділено металоферментам, оскільки вони мають важливе еволюційне значення. Методи. Теорія молекулярної еволюції, методи молекулярного моделювання і молекулярного докінгу. Результати. Конструювання кобальт-вмісної кобальтової хелатази і нікель-вмісного коферменту F420 нередукційної гідрогенази із консервативних доменів, оточуючих металі субстрат-зв’язувальні сайти, здійснено на основі теорії молекулярної еволюції. Зроблено припущення стосовно того, що якщо будь-який фермент містить у своєму каталітичному сайті схожий або ідентичний консервативний домен, то конструкції може бути притаманна подібна каталітична активність. Використовуючи цей підхід для створення ферментної конструкції, потрібно змоделювати ділянку, яка включає такий функціональний модуль. Даний метод забезпечує високу вірогідність одержання стабільних металоферментних конструкцій із послідовностей метаногенів через їхню низьку функціональну дивергенцію. Ферментні конструкції проявили різну реакційну специфічність і спорідненість при зв’язуванні з відповідними субстратами. Висновки. Очевидно, що будуть отримані нові знання для розуміння каталітичної спроможності, а також субстрат-специфічності ферментних конструкцій. Одержані ферментні конструкції можна застосовувати в експериментах як послідовності, що походять від метаногенної археї.
Keywords: молекулярный докінг, металоферменти, консервативні домени, молекулярна еволюція, ферментний дизайн, ферментні конструкції
Повний текст: (PDF, англійською)

References

[1] Luetz S., Giver L., Lalonde J. Engineered enzymes for chemical production. Biotechnol. Bioeng 2008 101, N 4:647– 653.
[2] Alqueres S. M. C., Almeida R. V., Clementino M. M., Vieira R. P., Almeida W. I., Cardoso A. M., Martins O. B. Exploring the biotechnological applications in the archaeal domain. Braz. J. Microbiol 2007 38, N 3:398–405.
[3] Chellapandi P., Balachandramohan J. Molecular evolution-directed approach for designing of -methylaspartate mutase from the sequences of Haloarchaea. Int. J. Chem. Mod 2011 3, N 3:143–154.
[4] Schenk S., Weston S., Anders E. Computational studies on the mode of action of metalloenzymes – quantum chemistry connects molecular biology with chemistry. Berichte des IZWR 2003 2:1–18.
[5] Chellapandi P., Balachandramohan J. Molecular evolutiondirected approach for designing archaeal formyltetrahydrofolate ligase. Turk. J. Biochem 2011 36, N 2:122–136.
[6] Thompson J. D., Gibson T. J., Plewniak F., Jeanmougin F., Higgins D. G. The CLUSTAL_X windows interface: flexible strategies for multiple sequence alignment aided by quality analysis tools. Nucleic Acids Res 1997 25, N 24:4876–4882.
[7] Tamura K., Dudley J., Nei M., Kumar S. MEGA4: Molecular Evolutionary Genetics Analysis (MEGA) software version 4.0. Mol. Biol. Evol 2007 24, N 8:1596–1599.
[8] Eswar N., John B., Mirkovic N., Fiser A., Ilyin V. A., Pieper U., Stuart A. C., Marti-Renom M. A., Madhusudhan M. S., Yerkovich B., Sali A. Tools for comparative protein structure modeling and analysis. Nucleic Acids Res 2003 31, N 13:3375–3380.
[9] Altschul S. F., Madden T. L., Schaffer A. A., Zhang J., Zhang Z., Miller W., Lipman D. J. Gapped BLAST and PSI-BLAST: a new generation of protein database search programs. Nucleic Acids Res 1997 25, N 17:3389–3402.
[10] Laskowski R. A., Watson J. D., Thornton J. M. ProFunc: a server for predicting protein function from 3D structure. Nucleic Acids Res 2005 33, Web Server issue:W89–W93.
[11] Brindley A. A., Raux E., Leech H. K., Schubert H. L., Warren M. J. A story of chelatase evolution: identification and characterization of a small 13-15-kDa «ancestral» cobaltochelatase (CbiXS) in the archaea. J. Biol. Chem 2003 278, N 25:22388– 22395.
[12] Gerlt J. A., Babbitt P. C. Divergent evolution of enzymatic function: mechanistically diverse superfamilies and functionally distinct suprafamilies. Annu. Rev. Biochem 2001 70:209– 246.
[13] Raux E., Thermes C., Heathcote P., Rambach A., Warren M. J. A role for Salmonella typhimurium cbiK in cobalamin (vitamin B12) and siroheme biosynthesis. J. Bacteriol 1997 179, N 10:3202–3212.
[14] Al-Karadaghi S., Franco R., Hansson M., Shelnutt J. A., Isaya G., Ferreira G. C. Chelatases: distort to select?. Trends Biochem. Sci 2006 31, N 3:135–142.
[15] Pisarchik A., Petri R., Schmidt-Dannert C. Probing the structural plasticity of an archaeal primordial cobaltochelatase CbiX (S). Protein Eng. Des. Sel 2007 20, N 6:257–265.
[16] Dailey H. A., Dailey T. A., Wu C. K., Medlock A. E., Wang K. F., Rose J. P., Wang B. C. Ferrochelatase at the millennium: structures, mechanisms and [2Fe-2S] clusters. Cell. Mol. Life Sci 2000 57, N 13–14:1909–1926.
[17] Leach M. R., Zhang J. W., Zamble D. B. The role of complex formation between the Escherichia coli hydrogenase accessory factors HypB and SlyD. J. Biol. Chem 2007 282, N 22:16177–16186.
[18] Pavlov M., Siegbahn P. E. M., Blomberg M. R. A., Crabtree R. H. Mechanism of H-H activation by nickel-iron hydrogenase. J. Am. Chem. Soc 1998 120, N 3:548–555.
[19] Chellapandi P. Molecular evolution of methanogens based on their metabolic facets. Front. Biol 2011.