مقایسه ساختار سه ایزوآنزیم گلوکوآمیلاز به‌منظور تعیین عوامل نشان‌دهنده پایداری گرمایی پروتئین‌ها با استفاده از شبیه‌سازی دینامیک مولکولی

نوع مقاله : پژوهشی اصیل

نویسندگان

1 دانشگاه شهرکرد، دانشکده علوم، گروه زیست شناسی

2 گروه سلولی مولکولی، دانشکده شیمی، دانشگاه کاشان، کاشان ، ایران

3 گروه سلولی و مولکولی دانشکده شیمی دانشگاه کاشان کاشان ایران

چکیده
گلوکوآمیلاز یک آنزیم مهم اقتصادی به دلیل توانایی‌اش درهیدرولیز نشاسته و پلیمرهای بتا دی‌گلوکز است. درک عوامل مؤثر در گرمادوستی یا سرمادوستی آنزیم گلوکوآمیلاز درتولیدایزوآنزیم‌هایی با مقاومت گرمایی یا سرمایی بالا ضروری است. دراین پژوهش، اثر دما روی تغییرات ساختاری هریک از ایزوآنزیم‌های گلوکوآمیلاز معتدل دوست، گرمادوست و سرمادوست بوسیله روش شبیه‌سازی دینامیک مولکولی بررسی شد. درکل ۲۴۰ نانوثانیه شبیه‌سازی برای سه ایزوآنزیم گلوکوآمیلاز در چهار دمای ۳۰۰، ۳۵۰، ۴۰۰ و ۴۵۰ کلوین انجام گرفت. تغییرات پارامترهای ساختاری در هرسه ایزوآنزیم مقایسه شد و مشخص گردید که از بین عوامل قابل محاسبه در شبیه‌سازی دینامیک مولکولی، انرژی الکتروستاتیک پروتئین با آب، انرژی واندروالسی بین پروتئین و آب، انرژی آزاد حلالیت(∆Gsolvation)، پارامترناپایداری، سطح دردسترس حلال غیرقطبی و سطح دردسترس کل بهترو دقیق‌تر می‌توانند برای پیشگویی تغییرات پایداری گرمایی یک پروتئین در اثر افزایش دما به‌وسیله شبیه‌سازی دینامیک مولکولی استفاده شوند.

کلیدواژه‌ها

موضوعات


[1] Pavezzi, F. C.,Gomes, E., andSilva, R. (2008) Production andcharacterization of glucoamylase from fungus aspergillus awamori expressed in yeast saccharomyces cerevisiae using different carbon sources. Braz. J Microbiol.39,108-114.
[2] Hyun, H. H., and Zeikus, J. G. (1985) General biochemical characterization of thermostable pullulanase and glucoamylase from clostridium thermohydrosulfuricum. Am. Soc Microbiol. 49,1168-1173.
[3] Sauer, J., Sigurskjold, B. W., Christensen, U., Frandsen, T. P., Mirgorodskaya, E.,Harrison, M., Roepstorff, P., andSvensson, B. (2000) Glucoamylase: structure/function relationships, and protein engineering. Biochim. Biophys Acta. 1543,275-293.
[4] Campos, L., and Felix, C. R. (1995) Purification and characterization of a glucoamylasefrom Humicola grisea. Am. Soc Microbiol. 61, 2436-2438.
[5] Jebor, M. A., Ali, Z. M., and Hassan, B. A.(2014) Purification and characterization of the glucoamylase from Aspergillus niger. Int. J Curr Microbiol App Sci.3,63-75.
[6] Daniel, A. M., Fuchs, E., Liu, Y., and Ford, C. (2008) Directed evolution of Aspergillus niger glucoamylase to increase thermostability. Microbiol. Biotechnol. 1,523-531.
[7] Liu, H-L., and Wang, W-C.(2003) Protein engineering to improve the thermostability ofglucoamylase from Aspergillus awamori based on moleculardynamics simulations. Protein. Eng.16,19-25.
[8] Kovacic, F., Mandrysch, A., Poojari, C., Strodel, B., andJaeger, K-E. (2016)Structural features determining thermal adaptation of esterases. Protein. Eng De Sel.29,65-76.
[9] Liu,Y., Meng, Z., Shi, R., Zhan, L., Hu, W., Xiang, H., and Xie, Q. (2015) Effects of temperature and additives on the thermal stability of glucoamylase from Aspergillus niger. J. Microbiol Biotechnol.25, 33-43.
[10] Zeiske, T.,Stafford, K. A., andPalmer, A. G. (2016) Thermostability of enzymes from molecular dynamics simulations. J. Chem Theory Comput. 12, 2489–2492.
[11] http://uniprot.org
[12] Chen, J., Zhang, Y. Q., Zhao, C. Q. A. N., Li, C. Q., Zhou, Q. X., andLi, D. C. (2007)Cloning of gene encoding thermostable glucoamylase from Chaetomium thermophilum and its expression in Pichia pastoris. J. Appl Microbiol.103,2277-2284.
[13] Notredame, C. A., Higgins, D. G., Heringa, J. (2000) T-Coffee: A novel method for fast and accurate multiple sequence alignment.J. Mol Biol.302, 205-217.
[14] Altschul, S. F., Gish, W., Miller, W., Myers, E. W., Lipman, D. J. (1990) Basic local alignment search tool. J. Mol Biol. 215, 403-410.
[15] States, D. J., Gish, W. (1994) Combined use of sequence similarity and codon bias for coding region identification. J. Comput Biol. 1, 39-50.
[16] Marti-Renom, M. A., Stuart, A. C., Fiser, A., Sanchez, R., Melo, F., and Sali, A.(2000) Comparative protein structure modeling of genes and genomes.Annu. Rev Biophys Biomol Struct.29, 291-325.
[17] Klepeis, J. L., Lindorff-Larsen, K., Dror, R. O., and Shaw, D. E. (2009)Long-timescale molecular dynamics simulations of proteinstructure and function. Curr. Opin Struct Biol.19,120-127.
[18] Abdulazeez, S. (2019) Molecular simulation studies on B-cell lymphoma/leukaemia 11A. (BCL11A). Am. J Transl. Res. 11, 3689-3697.
[19] Goswami, C., Jayraman, M., Bakthavachalam, T., Sethi, G., Krishna, R. (2017) Homology modeling, molecular dynamics simulation and essential dynamics on anopheles gambiae D7r1. Int. J Biochim. Biophys.5, 65-77.
[20] Van Der Spoel D, Lindahl E, Hess B, Groenhof G, Mark AE and Berendsen HJC GROMACS: fast, flexible, and free. J. Comput. Chem. 2005; 26:1701-1718.
[21] Berendsen HJC, Van der Spoel D and Van Drunen R. GROMACS: A message-passing parallel molecular dynamics implementation. Comput. Phys. Commun.1995; 91:43-56.
[22] Chong, L. T., Duan, Y., Wang, L., Massova, I., and Kollman, P. A. (1999) Molecular dynamics and free-energy calculations applied to affinity maturation in antibody 48G7. Biophys. 96, 14330-14335.
[23] Baker, N. A., Sept, D., Joseph, S., Holst, M. J., andMcCammon, J. A. (2001) Electrostatics of nanosystems: application to microtubules and the ribosome. chem. biophys.98, 10037-10041.