عنوان پایان‌نامه
مطالعه جایگاه های اتصال سطحی یا ثانویه در کلاس آنزیمی گلیکوزید هیدرولاز آنزیمهای عملگر بر کربوهیدرات
- رشته تحصیلی
- بیوفیزیک
- مقطع تحصیلی
- کارشناسی ارشد
- محل دفاع
- کتابخانه مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک شماره ثبت: 11518ب;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75282;کتابخانه مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک شماره ثبت: 11518ب;کتابخانه مرکزی -تالار اطلاع رسانی شماره ثبت: 75282
- تاریخ دفاع
- ۱۸ بهمن ۱۳۹۴
- دانشجو
- سمانه سماعی داریان
- استاد راهنما
- بهرام گلیائی
- چکیده
- چکیده: گلیکوزید هیدرولاز بزرگ ترین کلاسِ آنزیمهای عملگر بر کربوهیدرات است. این آنزیم ها علاوه بر جایگاه کاتالیتیک در دو نوع جایگاه غیرکاتالیتیک توانایی اتصال به کربوهیدرات را دارند: ماژول های متصل شونده به کربوهیدرات و جایگاه های اتصال سطحی. برخلاف ماژول های متصل شونده به کربوهیدرات، جایگاه های اتصال سطحی بر روی دومین کاتالیتیک اما دور از جایگاه فعال قرار گرفته اند. از جمله نقش های جایگاه های اتصال سطحی می توان به تنظیم آلوستریک آنزیم، تخریب سوبسترا و اتصال به دیواره ی سلولی باکتری ها اشاره نمود. این جایگاه ها توالی حفاظت شده ندارند و اغلب از طریق روش کریستالوگرافی اشعه ی ایکس شناسایی شده اند. در این پژوهش، مطالعه ی محاسباتی بر روی ساختار و ویژگی های جایگاه های اتصال سطحی صورت گرفته است. ابتدا با استفاده از پایگاه داده های CAZy و RCSB PDB، مجموعه داده ی کوچکی برای آنزیم های دارای جایگاه اتصال سطحی به همراه شناسه های فایل کریستالوگرافیِ این جایگاه ها تهیه گشت. برای توصیف ویژگی های فیزیکوشیمیاییِ جایگاه های اتصال سطحی از بسته ی نرم افزاری YASARA Structure و در ادامه به منظور پیش بینی برهمکنشِ لیگاندهای جدید از روش داکینگ ملکولی استفاده شد. در این مجموعه داده 86 جایگاه اتصال سطحی برای 44 آنزیم در 119 فایل کریستالوگرافی شناسایی شد. جایگاه های اتصال سطحی از نظر شکل سه نوع اند؛ 1- مسطح: با لیگاندهایی از یک تا ده حلقه ی پیرانوزی 2- شیار: لیگاندهایی با دو تا شش حلقه ی پیرانوزی 3- حفره: لیگاندهایی با یک تا سه حلقه ی پیرانوزی. از نظر بار، جایگاه های نوع یک و دو، بازی و نوع سوم اسیدی هستند. آنالیز برهمکنش ها نشان داد که در جایگاه های نوع یک و سه، برهمکنش هیدروفوب دو برابر هیدروژنی اما در شیارها این برهمکنش ها تقریبا برابرند. اسیدهای آمینه ی غالب در اندرکنش های هیدروفوب تریپتوفان، تیروزین، گلایسین و در برهمکنش های هیدروژنی آرژینین، لیزین و آسپارتات بودند. فراوان ترین لیگاندهای مشاهده شده در جایگاه ها گلوکز و مالتوز بودند. داکینگ ملکولی و تحلیل نتایج آن علاوه بر پیش بینی لیگاندهای جدید، برهم¬کنش لیگاند با اسیدهای آمینه¬ای از جایگاه را نشان داد که در فایل های کریستالوگرافی شناسایی نشده بودند. انرژی اتصال برای لیگاندهای گلوکز، مالتوز و مالتوتترائوز در انواع مختلف جایگاه اتصال سطحی mol/kcal 6-3 محاسبه شده است. مقایسهی نتایج داکینگ نشان داد که موقعیت لیگاند در جایگاهها به تناسب بین اندازهی لیگاند و نوع جایگاه اتصال سطحی ارتباط دارد.
- Abstract
- Abstract Glycoside hydrolase is the largest class of carbohydrate-active enzymes. Carbohydrate molecules can bind to catalytic and non-catalytic sites of these enzymes. These non-catalytic binding sites are categorized as Carbohydrate Binding Modules (CBMs) and Surface Binding Sites (SBSs). Unlike CBMs, SBSs are present in catalytic domain but located far from the active site. Functions of the aforementioned sites include enzyme’s allosteric regulation, substrate destruction, and attaching enzyme to the cell wall of bacteria. Among glycoside hydrolases’ families, SBSs do not have conserved sequence, and are generally identified by X-ray crystallography. In the present study computational approaches were used to investigate structure and properties of SBSs. First, a dataset has been prepared which contains the PDB IDs of carbohydrate-bound SBSs. Physicochemical properties of SBSs were analyzed by YASARA Structure software package, and by using molecular docking method for ligand binding prediction. 86 SBSs of 44 enzymes in 119 PDB structures were collected in this dataset. Based on SBSs' shapes, they were divided into three categories: flat surfaces with one to ten sugar pyranose rings ligands (type 1), clefts with two to six sugar pyranose rings ligands (type2), and small cavities with one to three sugar pyranose rings ligands (type3). According to the analysis of contacting residues in SBSs, hydrophobic interactions of type one and three SBSs are two times more than hydrogen bonding; however, their interactions are almost equal in cleft (type two). Trp, Tyr, and Gly were frequent residues in hydrophobic interactions and Arg, Lys, Asp were frequent in hydrogen bonding. Glucose and maltose were observed in more than half of the SBSs. molecular docking simulation predicted new ligands putative interactions and analysis of docking results showed interactions and contacting residues which were not observed in reported crystallographic structures. Calculated binding e
