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ランダム変異体の構造およびメカニズム解析

改善されたまたは変化した酵素機能の分子基盤を解明することは、知的な酵素工学にとって不可欠です。 ランダム変異体の構造的および機構的分析 サービスで クリエイティブ酵素 変異が構造変化と機能的結果にどのように変換されるかを解読するための包括的な実験および計算ツールのスイートを提供します。

生物物理的特性評価、構造生物学、分子モデリング、動的解析を組み合わせることで、酵素進化の構造的決定因子とメカニズムの基盤を明らかにします。この統合的な分析は、ランダム変異導入およびDNAシャッフルの結果を検証するだけでなく、次の合理的改善のラウンドを導くものでもあります。

私たちのアプローチは、変異した配列データを実用的な生化学的洞察に変換します。これは、酵素構造における原子レベルの摂動が触媒効率、基質特異性、安定性にどのように影響するかをマッピングするものです。このサービスを通じて、Creative Enzymesはクライアントが経験的成功からメカニズムの理解へと移行できるよう支援し、設計された酵素が効果的であるだけでなく、科学的に説明されることを保証します。

構造および機構分析の導入

ランダム変異導入とDNAシャッフル 広範な配列多様性を生成し、優れたまたは新しい触媒機能を持つ変異体を明らかにします。しかし、高スループットスクリーニングは有益なバリアントを特定しますが、しばしば重要な質問が未解決のまま残ります: なぜ これらの変異は機能しますか?

理解すること 構造–機能関係 酵素のバリアントの研究は、タンパク質工学戦略を洗練させるために基本的です。構造的および機構的研究は、特性の向上に対する分子の根拠を提供し、隠れたトレードオフを明らかにし、変異によって導入される可能性のあるアロステリックまたは動的効果を暴露します。

重要な洞察は以下から得られます:

  • 構造解析アミノ酸の置換が折りたたみ、二次構造、または活性部位の幾何学にどのように影響を与えるかを明らかにする。
  • メカニズム研究酵素のターンオーバーの触媒経路、反応中間体、およびエネルギー的プロファイルの解析。

クリエイティブエンザイムズでは、結晶学や円偏光二色性から分子動力学や動的同位体分析に至るまで、実験的および計算的戦略を統合し、酵素の進化の全体像を描き出します。その結果、配列の変化が構造の再配置に、さらには機能的なパフォーマンスにどのように結びつくかを示すメカニズムの物語が生まれます。

構造およびメカニズム分析:サービスと能力

私たちの構造解析およびメカニズム研究プラットフォームは、経験的および インシリコ 酵素の構造と触媒メカニズムを明らかにするためのアプローチ。クライアントは個々のモジュールを選択するか、それらを組み合わせて完全なメカニズム調査パイプラインを構築することができます。

構造特性評価

  • タンパク質精製と品質評価:最適化された発現系を使用して高純度の変異体酵素を調製し、構造研究に適した均一性を確保します。
  • 二次構造および三次構造の分析:円偏光二色性(CD)および蛍光分光法は、折りたたみおよび構造の完全性を迅速に評価します。
  • X線結晶構造解析とクライオ電子顕微鏡法:活性部位、リガンド相互作用、変異による立体構造の変化を可視化するための原子分解能での3D構造の決定。
  • 小角度X線散乱(SAXS):溶液状態における構造的柔軟性とオリゴマーの組織の分析。
  • 熱的および化学的安定性試験:示差走査熱量測定(DSC)およびサーモフルオアッセイは、変異によって引き起こされる安定性の変化を定量化します。

メカニズムの調査

  • 定常状態および前定常状態の動力学:動力学パラメータの決定KMkK私は) および一時的な中間体を用いて触媒ステップをマッピングする。
  • 同位体標識と運動学的同位体効果:反応速度決定ステップと遷移状態構造の解明。
  • 活性部位の分光プロービング:補因子、ラジカル、または触媒中間体を検出するためのUV–Vis、蛍光、EPR/NMR分光法の使用。
  • 反応経路解析:動力学データとモデリングの統合により、酵素の触媒サイクルを再構築し、変化したメカニズムを特定する。

計算構造および機構モデリング

  • ホモロジーおよびアブイニシオ構造予測:実験的構造が利用できない場合の変異体の3Dモデリング。
  • 分子ドッキングと結合エネルギー分析:基質および阻害剤の結合様式の予測。
  • 分子動力学(MD)シミュレーション:活性部位の幾何学に対する構造動態、柔軟性、および変異の影響の探求。
  • 量子力学/分子力学(QM/MM)計算:反応座標、遷移状態、およびエネルギー障壁のモデリング。
  • 比較機構マッピング:野生型酵素と改良型突然変異体を区別する構造的およびエネルギー的特徴の特定。

統合データ解釈

  • 構造、動力学、およびダイナミクスの相関を統一的なメカニズムモデルに統合する。
  • 重要な変異と機能的領域を強調した視覚マップの生成。
  • 改善の分子メカニズムを要約した包括的な報告書の配信。

サービスワークフロー

Workflow for structural and mechanistic analysis of random mutagenesis variants service

サービスの特徴

パラメータ 説明
適用酵素 すべての主要な酵素クラス、酸化還元酵素、加水分解酵素、転移酵素、リアーゼを含む
技術 X線結晶学、クライオ電子顕微鏡法、SAXS、円偏光二色性、示差走査熱量測定、動力学、同位体研究、分子動力学
計算ツール GROMACS、AMBER、Gaussian、AutoDock、PyMOL、Chimera
納品物 構造モデル、動力学データセット、メカニズムの解釈、注釈付きビジュアライゼーション
ターンアラウンドタイム 構造タイプと研究の複雑さに応じて6~10週間
オプションのアドオン 変異体構造比較、基質ドッキング、遷移状態モデリング
データ出力形式 3D座標ファイル(PDB)、運動プロット、エネルギープロファイル、機構図

問い合わせ

私たちと提携する理由

構造とメカニズムの統合的アプローチ

私たちは構造や動力学だけにとどまらず、両者を相互に関連付け、変異体の挙動に対する包括的な分子説明を構築します。

多様な分析プラットフォームにおける専門知識

私たちのチームは、結晶学、分光学、計算化学の分野での経験を持ち、複数の視点からの堅牢な解釈を保証します。

カスタマイズされた研究デザイン

すべての酵素システムは独自のものです。私たちは、あなたの酵素の特性、サイズ、補因子に応じて実験戦略をカスタマイズします。

高度な計算モデリング

私たちは、高精度のシミュレーションとQM/MMハイブリッド計算を用いて、実験結果を補完し、拡張します。

洞察に満ちたメカニズムの解釈

データの報告を超えて、私たちは変異がどのように機能的改善につながるのかを説明するメカニズム的な物語を提供します。

上流サービスとのシームレスな統合

最終的なワークフローステップとして、突然変異誘発、スクリーニング、および最適化を統合し、配列とメカニズムの関係を明確にします。

ケーススタディと実世界の応用

ケース1:ランダム変異導入によるフタル酸エステル加水分解酵素の活性と熱安定性の向上

フタル酸エステル加水分解酵素EstJ6の変異体ライブラリーは、エラーを伴うPCRを2回行うことで生成され、顕著に活性、熱安定性、および溶媒耐性が向上した変異体ET2.2が同定されました。ET2.2は、3つの置換(Thr91Met、Ala67Val、およびVal249Ile)を持ち、触媒活性が2.8倍、発現量が2.3倍、50°Cでの安定性が50%以上向上しました。動力学的およびドッキング解析により、Ser146-OHと基質カルボニル間の短縮された水素結合が触媒効率を高め、ポケットの疎水性の増加がメタノール耐性を改善することが示されました。これらの発見は、ランダム変異導入が産業用途向けの酵素性能を効果的に向上させることを示しています。

Enzymatic characterization of phthalate ester hydrolase EstJ6 wild type and mutants under solvents, metal ions, surfactants, and varied substrates図1. WTおよび変異体の酵素特性評価。(A) WTおよび変異体の活性に対する有機溶媒の影響; (B) WTおよび変異体の活性に対する金属イオンの影響; (C) WTおよび変異体の活性に対する界面活性剤の影響; (D) WTおよび変異体の基質特異性。注: A–CではDBPを基質として使用。 (Qiu) 他者., 2021)

ケース2:バイオディーゼル生産のためのメタノール安定リパーゼの工学的設計

有機溶媒における酵素触媒反応は広範な産業的可能性を提供しますが、酵素の安定性が低いためにしばしば制限されます。本研究では、あるリパーゼを用いています。 ジオバシラス・ステアロテルモフィルス T6は、ランダム変異誘発と構造に基づくコンセンサス設計を用いて、メタノール耐性を向上させるように設計されました。両方の戦略により、70%メタノール中で劇的に半減期が延びた変異体が得られました。最良のランダム変異体であるQ185Lは、23倍の安定性向上を示しましたが、コンセンサス変異体H86Y/A269Tは、66倍の高い安定性、向上した熱安定性、およびバイオディーゼルの収量を2倍にしました。構造モデリングにより、これらの変異が蓋の閉鎖と水素結合の形成を促進し、産業用バイオ触媒としての酵素の堅牢性を全体的に向上させたことが明らかになりました。

Stability of lipase T6 and its variants in increasing methanol and ethanol concentrations図2. メタノール(A)およびエタノール(B)溶液中でのインキュベーション後の精製リパーゼT6および変異体A269T、Q185L、Q185L/A269T、H86Y/A269Tの特異的活性。 (Dror) 他者., 2014)

よくある質問

  • Q: 精製された酵素サンプルを提供する必要がありますか?

    A: 必ずしもそうではありません。必要に応じて、発現および精製をサービスの一部として行うことができます。
  • Q: どの酵素の結晶構造も決定できますか?

    A: ほとんどの酵素は適していますが、結晶化の実現可能性はサイズと柔軟性に依存します。結晶化が難しい場合は、クライオ電子顕微鏡法(cryo-EM)や計算モデリングの代替手段を提供しています。
  • Q: あなたのメカニズムレポートはどのくらい詳細ですか?

    私たちの報告書には、構造的な数値、運動プロット、分子モデル、および変異と機能を結びつける解釈的な解説が含まれています。
  • Q: 実験データが不完全または利用できない場合はどうなりますか?

    A: 部分的な実験データと計算シミュレーションを組み合わせて、ハイブリッドモデリングを行い、完全なメカニズムの全体像を構築することができます。
  • Q: 突然変異体と野生型の構造を比較できますか?

    A: はい。比較分析は私たちのワークフローの中心であり、重要な立体構造の違いとそれらの機能的な影響を特定します。
  • Q: 酵素–基質または酵素–阻害剤複合体を分析しますか?

    A: もちろんです。結合相互作用と触媒ジオメトリを可視化するために、ドッキングおよび共結晶化研究を行います。
  • Q: 機械的研究は多サブユニット酵素に適用可能ですか?

    A: はい。私たちは定期的にホモおよびヘテロオリゴマー酵素を分析し、界面変異とアロステリックコミュニケーションを評価しています。
  • Q: 計算結果と実験結果はどのように統合されますか?

    A: 実験データはモデルを検証し制約を与え、一方でシミュレーションは実験結果を解釈し拡張します—一貫したメカニズムの理解を確保します。
  • Q: 構造データはどのような形式で提供していますか?

    A: 私たちは、座標ファイル(PDB)、分子視覚化セッション、および出版または内部使用のための注釈付き図を提供します。
  • Q: 私のデータは機密として保持されますか?

    A: はい。すべてのプロジェクトデータ、構造、および結果は、厳格な機密保持および非開示プロトコルの下で保護されています。

参考文献:

  1. ドロール A、シェメシュ E、ダヤン N、フィッシュマン A。ランダム変異導入と構造に基づくコンセンサスによるタンパク質工学 ジオバシラス・ステアロテルモフィルス メタノール中での安定性向上のためのリパーゼT6。 応用環境微生物学2014年;80(4):1515-1527。doi:10.1128/AEM.03371-13
  2. 秋 J、楊 H、邵 Y、 他者ランダム変異導入によるフタル酸エステル分解ハイドロラーゼの活性と熱安定性の向上。 生態毒性学と環境安全2021年; 209: 111795. doi:10.1016/j.ecoenv.2020.111795

研究および産業用途にのみご使用ください。個人医療用途には適していません。一部の食品グレード製品は、食品および関連用途における処方開発に適しています。

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