Naslov Evaluacija aktivnih mjesta enzima i usporedba sa kataliticki aktivnim peptidima koji kataliziraju hidrolizu estera
Naslov (engleski) Evaluation of active sites of enzymes and their comparison to catalytically active peptides involved in ester hydrolysis
Autor Marko Babić
Mentor Daniela Kalafatović (mentor)
Član povjerenstva Jelena Ban (predsjednik povjerenstva)
Član povjerenstva Željko Svedružić (član povjerenstva)
Član povjerenstva Daniela Kalafatović (član povjerenstva)
Ustanova koja je dodijelila akademski / stručni stupanj Sveučilište u Rijeci (Fakultet biotehnologije i razvoja lijekova) Rijeka
Datum i država obrane 2021-09-29, Hrvatska
Znanstveno / umjetničko područje, polje i grana BIOTEHNIČKE ZNANOSTI Biotehnologija Bioinformatika
Sažetak Rational design of proteins and peptides is a growing field that requires knowledge of protein function down to the amino acid level. Understanding protein geometry and amino acid composition is crucial for understanding molecular and supramolecular chemistry in protein design. In this thesis, the focus is put on active sites of natural enzymes and the drivers of catalytic function in said active sites. The analysis of natural enzyme active sites was done with the purpose of having a set of criteria for building synthetic peptides with identical catalytic function and to broaden enzyme understanding. A data set was built to analyze enzymes from the EC 3.1. (Hydrolases acting on ester bonds) subclass looking at both amino acid content and geometry of active site residues. Patterns in existing data were searched by statistically analyzing 96 esterases. In this process, 22 enzymes with known catalytic triads were selected for further evaluation. Based on the primary structure of the selected enzymes, the composition profiles were created for: (1) the full sequence, (2) the “long active site” including the residues between the first and the last active amino acid, (3) the “short active site” containing only active residues and (4) the “catalytic loop” which looked at 4 residues from each side of the sequence from the catalytic residues. To analyze the dataset two approaches were used. The first approach was based on composition and chemical property analysis. The second approach consisted in using crystal structure PDB files obtained via X-ray, only considering a resolution below 3,0 Å and in measuring the residue geometries in PyMol. The results showed that the distances within which natural enzymes function are less than 1Å in variation and that the angles conform within a 10% variation in the interquartile range compared to the average angle. Moreover, the qualitative amino acid analysis showed an increase of non-polar and a decrease in basic, hydroxylic and polar residues near the catalytically active residues. This suggests a strict functional geometry for the optimal enzymatic activity as well as a specific local amino acid content tolerated in active sites. These findings will allow the development of algorithms for prediction and optimization of enzyme functions and of new theoretical models of modular peptide design.
Sažetak (hrvatski) Racionalni dizajn proteina i peptida je polje koje zahtijeva razumijevanje funkcije proteina do razine aminokiselina. Ovo znanje obuhvaća razumijevanje geometrije i sastava aktivnih aminokiselinskih ostataka. Ovaj rad će se fokusirati na aktivna mjesta prirodnih enzima i pokretače katalitičke funkcije u njima. Izvršena analiza ima za svrhu razradu seta kriterija za izgradnju sintetičkih peptida s istom katalitičkom funkcijom, te općenito produbljivanje razumijevanja enzima. Izgrađen je skup podataka EC 3.1. podklase (hidrolaze esterskih veza) kako bi se analizirao sastav i geometrija aminokiselina aktivnog mjesta. Uzorci u podatcima istraženi su analizom 96 esteraza. Tijekom tog procesa, 22 enzima izdvojeno je na kriteriju posjedovanja katalitičke trijade za daljnju analizu. Temeljeno na primarnoj sekvenci odabranih enzima stvoreni su profili sastava za (1) cijelu sekvencu enzima, (2) “dugo aktivno mjesto” koje je uključivalo sve aminokiseline od prvog do zadnjeg aktivnog bočnog lanca, (3) “kratko aktivno mjesto” koje je sadržavalo isključivo bočne lance katalitički aktivnih aminokiselina i (4) “katalitičku petlju” koja je sadržavala 4 aminokiseline sa svake strane aktivnog bočnog lanca. Korištena su dva pristupa od kojih su prvim analizirani sastavi i kemijska svojstva dok su se u drugom koristile kristalne strukture PDB datoteka dobivenih X-zrakama rezolucija ispod 3,0 Å kako bi se izmjerile geometrije bočnih lanaca. Rezultati su pokazali kako su udaljenosti aktivnih bočnih lanaca unutar kojih prirodni enzimi vrše funkciju manji od 1Å variacije te kutevi između njih ne variraju više od 10% od prosječnog kuta aktivne aminokiseline u svom interkvartalnom rasponu. Nadalje, kvantitativna analiza aminokiselina blizu aktivnih bočnih lanaca pokazuje povećanje non-polarnih i smanjenje u bazičnim, hidroksilnim i polarnim aminokiselinama. Ovi rezultati prikazuju strogu funkcionalnu geometriju za optimalnu enzimatsku aktivnost, kao i postojanje specifičnog aminokiselinskog sastava koji aktivna mjesta toleriraju. Ovo istraživanje može potencijalno razviti algoritme za predviđanje i optimizaciju enzimatskih funkcija i nove teoretske modele za modularni dizajn peptida.
Ključne riječi
Active site
catalytic triad
catalytic loop
long active site
short active site
Ključne riječi (hrvatski)
Dugo aktivno mjesto
kratko aktivno mjesto
katalitička petlja
trijada
esteraze
Jezik engleski
URN:NBN urn:nbn:hr:193:230088
Projekt Šifra: UIP-2019-04-7999 Naziv: Dizajn katalitički aktivnih peptida i peptidnih nanostruktura Naziv: Design of short catalytic peptides and peptide assemblies Kratica: DeShPet Voditelj: Daniela Kalafatović Pravna nadležnost: Hrvatska Financijer: HRZZ Linija financiranja: UIP
Studijski program Naziv: Istraživanje i razvoj lijekova Vrsta studija: sveučilišni Stupanj studija: diplomski Akademski / stručni naziv: magistar/magistra istraživanja i razvoja lijekova (mag. pharm. inv.)
Vrsta resursa Tekst
Način izrade datoteke Izvorno digitalna
Prava pristupa Otvoreni pristup Datum isteka embarga: 2022-09-29
Uvjeti korištenja
Datum i vrijeme pohrane 2021-09-29 13:17:16