Biopolym. Cell. 2012; 28(1):68-74.
Биоинформатика
Кобальт- и никель-содержащие ферментные конструкции из последовательностей метаногенов
1Челлапанди П., 1Балачандрамохан Дж.
  1. Университет Баратидасана
    Тамил Наду, Индия

Abstract

Цель. Использовать консервативный домен, полученный из последовательностей метаногенов, для конструирования ферментов. Особое внимание уделено металлоферментам, поскольку они имеют важное эволюционное значение. Методы. Теория молекулярной эволюции, методы молекулярного моделирования и молекулярного докинга. Результаты. Конструирование кобальт-содержащей кобальтовой хелатазы и никель-содержащего кофермента F420 нередукционной гидрогеназы из консервативных доменов, окружающих металли субстрат-связывающие сайты, осуществлено на основе теории молекулярной эволюции. Сделано предположение о том, что если какой-либо фермент содержит в своем каталитическом сайте похожий или идентичный консервативный домен, то конструкция может обладать подобной каталитической активностью. Используя этот подход для создания ферментной конструкции, нужно моделировать участок, включающий такой функциональный модуль. Данный метод обеспечивает высокую вероятность получения стабильных металлоферментных конструкций из последовательностей метаногенов вследствие их низкой функциональной дивергенции. Ферментные конструкции проявляют различную реакционную специфичность и сродство при связывании с соответствующими субстратами. Выводы. Вероятно, будут получены новые знания для понимания каталитической способности, а также субстрат-специфичности ферментных конструкций. Полученные ферментные конструкции можно использовать в экспериментах как последовательности, происходящие от метаногенной археи.
Keywords: молекулярный докинг, металлоферменты, консервативные домены, молекулярная эволюция, ферментный дизайн, ферментные конструкции

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.