Item
Osuna Oliveras, SÃlvia
GarcÃa Borrà s, Marc Swart, Marcel |
|
Universitat de Girona. Departament de QuÃmica | |
Calvó-Tusell, Carla | |
2023 June 2 | |
Enzymes are molecules that play a crucial role in many biological and chemical processes. To understand how they work and how to design enzymes with specific functions, it is important to study their molecular structure and dynamics. However, it can be difficult to capture the transient nature of these processes, so combining experimental techniques with computational methods can provide an atomistic view to explain the molecular basis of biological processes.
This thesis focuses on using computational techniques, such as molecular dynamics simulations and quantum mechanics, to explore the molecular basis of biochemical and biocatalytic processes. The goal is to understand enzymatic properties such as allostery, cofactor specificity, and catalytic activity, and use this knowledge to design new enzyme variants.
The thesis is divided into three results chapters. In the first chapter (Chapter 4), the focus is on understanding the molecular basis of allosteric regulation in the enzyme Imidazole Glycerol Phosphate Synthase (IGPS). By characterizing the molecular details of the allosteric activation of IGPS in the ternary complex, it was possible to identify the hidden states relevant for IGPS catalytic activity. In the next results chapter (Chapter 5), we designed a computational protocol to unravel the molecular mechanism of the enantioselective N-H insertion in P411 enzyme variants. By exploring the molecular basis of this enzymatic transformation and elucidating the role of key mutations, it was possible to generate a biocatalytic platform for enantiodivergent C-N bond formation. In the last results chapter (Chapter 6), we rationalized the molecular basis of cofactor specificity in engineered formate dehydrogenase variants. By studying the kinetic efficiency with the non-natural NADP+ cofactor, specificity towards the non-natural NADP+ cofactor, and affinity towards the substrate formate, it was possible to understand how to design enzymes with specific cofactor preferences.
Overall, this thesis demonstrates the importance of understanding enzyme function at the molecular level in order to design enzyme variants with specific functions. The use of computational techniques allows for a more detailed understanding of enzymatic mechanisms and provides a valuable tool for designing novel enzymes with improved properties Els enzims són molècules que tenen un paper crucial en molts processos biològics i quÃmics. Per entendre com funcionen i com es poden dissenyar enzims amb funcions especÃfiques, és important estudiar-ne l’estructura molecular i la seva dinà mica. Tanmateix, pot ser difÃcil captar la naturalesa transitòria dels processos enzimà tics, de manera que combinar tècniques experimentals amb mètodes computacionals pot proporcionar una visió atomÃstica més detallada que permeti explicar les bases moleculars d’aquests processos biològics. Aquesta tesi es centra en utilitzar tècniques computacionals, com ara simulacions de dinà mica molecular i mecà nica quà ntica, per explorar les bases moleculars de processos bioquÃmics i biocatalÃtics. L’objectiu és comprendre’n propietats enzimà tiques com l’al·losteria, l’especificitat envers cofactors, l’activitat catalÃtica, i finalment, utilitzar aquest coneixement per a dissenyar noves variants enzimà tiques. La tesi està dividida en tres capÃtols de resultats. El primer capÃtol (CapÃtol 4), es centra en la comprensió de les bases moleculars de la regulació al·lostèrica en l’enzim Imidazol Glicerol Fosfat Sintasa (IGPS). El fet de poder caracteritzar els detalls moleculars de l’activació al·lostèrica de l’enzim IGPS al complex ternari, va permetre identificar els estats ocults rellevants per a l’activitat catalÃtica d’aquest enzim. En el següent capÃtol de resultats (CapÃtol 5), es dissenya un protocol computacional per elucidar el mecanisme molecular de la inserció enantioselectiva de N-H en variants de l’enzim P411. Explorant les bases moleculars d’aquesta transformació enzimà tica i dilucidant el paper de les mutacions clau, ha estat possible generar una plataforma biocatalÃtica enantiodivergent per a la formació d’enllaços C-N. Al darrer capÃtol de resultats (CapÃtol 6), es pretén racionalitzar les bases molecular de l’especificitat envers cofactors en noves variants de format deshidrogenasa (FDH). Mitjançant l’estudi de l’eficiència cinètica i l’especificitat envers el cofactor no-natural NADP+, i l’afinitat envers el substrat (format), s’ha pogut entendre com dissenyar enzims amb preferències especÃfiques envers el cofactor. En conjunt, aquesta tesi demostra la importà ncia d’entendre la funció enzimà tica a nivell molecular per tal de dissenyar variants enzimà tiques amb funcions especÃfiques. L’ús de tècniques computacionals permet una comprensió més detallada dels mecanismes enzimà tics i proporciona una valuosa eina per dissenyar nous enzims Programa de Doctorat en QuÃmica |
|
http://hdl.handle.net/10803/688912 | |
http://hdl.handle.net/10256/23281 | |
eng | |
Universitat de Girona | |
L’accés als continguts d’aquesta tesi queda condicionat a l’acceptació de les condicions d’ús establertes per la següent llicència Creative Commons: http://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0/ | |
Dinà mica molecular
Dinámica molecular Molecular dynamics Biocatà lisi Biocatálisis Biocatalysis Al·losteria Alosterio Allostery Dinà mica conformacional Dinámica conformacional Conformational dynamics Free energy landscape Tècniques de mostreig millorades Técnicas de mostreo mejoradas Enhanced sampling techniques Enginyeria d’enzims IngenierÃa de enzimas Enzyme engineering 544 |
|
Computational strategies for understanding the molecular basis of biochemical and biocatalytic processes | |
info:eu-repo/semantics/doctoralThesis | |
DUGiDocs |