عنوان
اثر جهش‌هاي پيش‌بيني‌شده در نقطه داغ عملكردي بر پايداري، حلاليت و كارايي كاتاليزوري آنزيم‌هاي پروتئاز، آميلاز و فيتاز
نويسنده اصلي
حجازي، فاطمه السادات
محل تحصيل
اصفهان : دانشگاه صنعتي اصفهان
رشته تحصيلي
كشاورزي
مقطع تحصيلي
كارشناسي ارشد
چكيده
آنزيم‌هاي صنعتي مانند پروتئاز، آميلاز و فيتاز به عنوان كاتاليزورهاي زيستي نقش كليدي در فرآيندهاي صنعتي ايفا مي‌كنند، اما پايداري و كارايي آن‌ها تحت شرايط سخت صنعتي اغلب محدود است. در اين پژوهش، با استفاده از روش‌هاي بيوانفورماتيكي پيشرفته، جهش‌هاي هدفمندي در نقاط داغ عملكردي اين آنزيم‌ها طراحي شد تا ويژگي‌هاي آنزيمي از جمله پايداري حرارتي، حلاليت و فعاليت كاتاليزوري بهبود يابد. ابتدا توالي‌ها و ساختارهاي سه‌بعدي آنزيم‌هاي هدف از پايگاه‌هاي داده RCSB و UniProt استخراج شد و با استفاده از الگوريتم CD-HIT توالي‌هاي تكراري حذف گرديدند. سپس با تحليل شبكه تشابه توالي(SSN) و ترسيم ماتريس تشابه، گروه‌هاي عملكردي مرتبط شناسايي شدند. براي شناسايي دقيق نقاط داغ، از ابزار HotSpot Wizard 3.0 استفاده شد كه با بررسي فاكتور B و محاسبه انرژي آزاد گيبس (ΔΔG)، اسيدآمينه‌هاي كليدي در پايداري و عملكرد آنزيم‌ها را مشخص كرد. مدل‌سازي ساختار سه‌بعدي پروتئين‌هاي جهش‌يافته با نرم‌افزار AlphaFold2 انجام گرفت و كيفيت ساختارها با شاخص‌هاي pLDDT و PAE ارزيابي شد. داكينگ مولكولي با استفاده از AutoDock Vina و شبيه‌سازي مولكولي با استفاده از GROMACS به منظور بررسي پايداري ساختاز آنزيم انجام شد. در اين مطالعه 9 نقطه داغ عملكردي در آميلاز و 7 نقطه داغ در فيتاز شناسايي شد كه بيشتر در نواحي كاتاليتيك و اتصال به سوبسترا قرار داشتند. در آنزيم آميلاز، اسيدهاي آمينه كليدي شامل Glu251، Asp373 و Arg443 بودند كه در حفظ ساختار دوم پروتئين و برهمكنش با سوبسترا نقش حياتي ايفا مي‌كردند. به ويژه، جايگاه Glu251 در تشكيل پيوندهاي هيدروژني با سوبسترا و Arg443 در ايجاد برهمكنش‌هاي الكترواستاتيك مؤثر بودند. در فيتاز، اسيدهاي آمينه Lys48، Asp230 و Phe323 به عنوان نقاط داغ شناسايي شدند كه Lys48 در مركز فعال آنزيم و Asp230 در پايداري ساختاري در pH اسيدي نقش كليدي داشتند. شبيه‌سازي ديناميك مولكولي نشان داد جهش Glu251Lys در آميلار و Lys48Pro در فيتاز به ترتيب منجر به كاهش 15% و 14% در نوسانات ساختاري(RMSD) شدند. همچنين، اين جهش‌ها بهبود قابل توجهي در انرژي اتصال آنزيم به سوبسترا ايجاد كردند، به طوري كه انرژي اتصال در آميلاز جهش يافته از( 5/6-) به( 9/6- )كيلوكالري بر مول و در فيتاز از( 3/6- ) به( 7-)كيلوكالري بر مول رسيد. اين نتايج نشان مي‌دهد كه هدف قرار دادن اين نقاط داغ مي‌تواند استراتژي مؤثري براي بهينه‌سازي آنزيم‌هاي صنعتي باشد.
شماره ركورد
234594
گرايش رشته تحصيلي
بيوتكنولوژي
دانشكده
مهندسي كشاورزي
دانشگاه
دانشگاه صنعتي اصفهان