Изучение in silico структурных особенностей липаз из различных продуцентов как потенциальных агентов для иммобилизации на заряженных и гидрофобных носителях
Аннотация
Липаза – гидролитический фермент, получаемый из многих организмов, таких как животные, растения, грибы и бактерии. Она осуществляет расщепление триглицеридов до моноглицеридов и жирных кислот, при этом обладает широкой субстратной специфичностью. Липазы применяются в пищевой промышленности и других сферах человеческой деятельности. Характерная особенность многих липаз – явление поверхностной активации, обуславливающее свойственную им зависимость скорости каталитической реакции от концентрации и агрегатного состояния субстрата.
Доказано, что функционирование ферментов зависит от их структурных особенностей. Внутренние полости, туннели и поры являются неотъемлемыми компонентами нативной конформации белка. Они играют важную роль в транспорте субстрата, кофакторов и ионов к активному и регуляторным центрам фермента. Кроме того, их конфигурация может влиять на термостабильность энзимов, в связи с чем изучение вышеперечисленных структур является необходимым для понимания механизмов функционирования биокатализаторов. Также важным элементом структуры ферментов являются скопления заряженных и гидрофобных аминокислотных остатков на их поверхности. Данное свойство необходимо учитывать при планировании путей адсорбционной иммобилизации биокатализаторов на различных носителях для использования в промышленности и медицине.
В работе исследованы состав, локализация и конфигурация внутренних полостей, туннелей, пор, а также поверхностных скоплений заряженных и гидрофобных аминокислотных остатков в молекулах липаз из Rhizopus niveus (PDB ID: 1LGY), Rhizomucor miehei (PDB ID: 3TGL), Burkholderia cepacia (PDB ID: 1OIL), панкреатических липаз Homo sapiens (PDB ID: 1N8S) и Equus caballus (PDB ID: 1HPL). Для расчета параметров и визуализации данных структур использовались программы MOLE и Maestro. Показано наличие соответственно 2, 1, 5, 5 и 2 туннелей и отсутствие пор для данных ферментов; а также наличие по 6 внутренних полостей для липаз из R. niveus и E. caballus, 5 внутренних полостей для молекулы из R. miehei и по 2 внутренних полости для энзимов из B. cepacia и H. sapiens. Приведены аминокислотный состав и профили туннелей изучаемых липаз. Выявлено, что данные структуры не сообщаются друг с другом общими пустотами. Установлено преобладание гидрофобных аминокислотных остатков в большинстве туннелей данных ферментов. Изучены структура, локализация и состав скоплений заряженных и гидрофобных аминокислотных остатков на поверхностях макромолекул. Выявлено возможное влияние расположения данных скоплений на связывание липаз с носителем при их адсорбционной иммобилизации.
Скачивания
Литература
Adlercreutz P., Chemical Society Re-views, 2013, Vol. 42(15), pp. 6406-6436.
Raveendran S., Parameswaran B., Beevi Ummalyma S., Abraham A. et al., Food Technol Biotechnol., 2018, Vol. 56(1), pp. 16-30.
Iso M., Chen B., Eguchi M., Kudo T. et al., Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, 2001, Vol. 16(1), pp. 53-58.
Quayson E., Amoah J., Hama S., Kondo A. et al., Renewable and Sustainable Energy Reviews, 2020, Vol. 134, p. 110355.
Zeng H., Liao K., Deng X., Jiang H. et al., Process Biochemistry, 2009, Vol. 44(8), pp. 791-798.
Gurung N., Ray S., Bose S., Rai V., BioMed research international, 2013. Available at: https://www.hindawi.com/journals/bmri/2013/329121/.
Sharma S., Kanwar S.S., The Scientific World Journal, 2014. Available at: https://www.hindawi.com/journals/tswj/2014/625258/.
Hjorth A., Carrière F., Cudrey C., Wöldike H. et al., Biochemistry, 1993, Vol. 32(18), pp. 4702-4707.
van Tilbeurgh H., Egloff M.P., Mar-tinez C., Rugani N. et al., Nature, 1993, Vol. 362(6423), pp. 814-820.
Zorica D., Knezevic S.S., Siler-Marinkovic, Ljiljana V., APTEFF, 2004, pp. 151-164.
Coleman R.G., Sharp K.A., Journal of chemical information and modeling, 2010, Vol. 50(4), pp. 589-603.
Kokkonen P., Bednar D., Pinto G., Prokop Z. et al., J. Biotechnology advances, 2019, Vol. 37(6), p. 107386.
Woycechowsky K.J., Seebeck F.P., Hilvert D., Protein science, 2006, Vol. 15(5), pp. 1106-1114.
Shelamova S.A., Selemenev V.F., Krylov I.A., Yanysheva N.V. et al., Biotekhnologiya, 2007, No 3, pp. 52-57.
Holyavka M.G., Artyuhov V.G. Inulinazy v usloviyah razlichnogo mikrookruzheniya: biofizicheskie, kineticheskie i strukturno-funkcional'nye svojstva, Voro-nezh, Izdatel'skij dom VGU, 2018, 288 p.
Holyavka M.G., Artyuhov V.G. Immobilizovannye biologicheskie sistemy: biofizicheskie aspekty i prakticheskoe primenenie (uchebnoe posobie). Izdatel'skij dom VGU, 2017, 261 p.
Jesionowski T., Zdarta J., Krajewska B., Adsorption, 2014, Vol. 20(5-6), pp. 801-821.
Klibanov A.M., Nature, 200, Vol. 409(6817), pp. 241.
Bourne Y., Martinez C., Kerfelec B., Lombardo D. et al., Journal of molecular biology,1994, Vol. 238(5), pp. 709-732. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/pdb/1HPL
Brzozowski A.M., Derewenda Z.S., Dodson E.J., Dodson G.G. et al. Acta Crys-tallographica Section B: Structural Science, 1992, Vol. 48(3), pp. 307-319. Режим до-ступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/pdb/3TGL
Kim K.K., Song H.K., Shin D.H., Hwang K.Y. et al. Structure, 1997, Vol. 5(12), pp. 1571-1584. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/pdb/1OIL
Kohno M., Funatsu J., Mikami B., Ku-gimiya W. et al., The Journal of Biochemis-try, 1996, Vol. 120(3), pp. 505-510. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/pdb/1LGY
van Tilbeurgh H., Sarda L., Verger R., Cambillau C., Nature, 1992, Vol. 359(6391), pp. 159-162. Available at: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/Structure/pdb/1N8S
Selemenev V.F., Rudakov O.B., Eliseeva T.V., Voronyuk I.V. et al., Vestnik VGU. Seriya: Himiya. Biologiya. Farmaciya, 2021, No 1, pp. 20-35.
Moris P. Poverhnost' i mezhfaznye granicy v okruzhayushchej srede. Ot nanourovnya k global'nomu masshtabu. M., Binom. Laboratoriya znanij, 2015, 540 p.
