今天继续~
Machine learning guided rational design of a non-heme iron-based lysine dioxygenase improves its total turnover number
https://doi.org/10.1101/2024.06.04.597480
本研究提出了一种机器学习指导的理性设计策略，用于增强金属酶的催化活性。通过结合ML算法和MD模拟，识别出六个有益突变，导致酶的催化性能显著提高。组合突变体LPYNI显示了显著提高的TTN。该方法可应用于其他酶家族，提供了一种低门槛、成本效益高的生物催化剂工程方法。
工作流程总结
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初步筛选：
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使用酶的晶体结构作为输入。
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应用MutCompute神经网络识别突变热点。
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筛选出最有前途的热点。
理性设计和MD模拟：
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提出潜在突变的设计假设。
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进行MD模拟评估变体的稳定性和相互作用。
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选择最有前途的突变进行实验测试。
表达和纯化：
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表达并纯化选定的LDO变体。
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分析产量和溶解度，确保成功纯化。
热稳定性分析：
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进行热转变测定，测量WT和变体的Tm值。
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比较apo形式、金属/2OG结合状态和底物结合状态下的Tm值，评估稳定性。
催化评估：
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进行羟基化测定，测试变体的催化能力。
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使用色谱和质谱确认反应产物。
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计算每个变体的总周转数（TTN）以确定催化性能。
验证和应用：
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验证设计突变体的改进性能。
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探索该方法在其他酶家族和生物催化过程中的潜在应用。
A Mechanistic Understanding of the Activity-Stability Trade-off in PETase
https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.06.09.598049v1
聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）的酶降解 在塑料回收方面引起了极大的兴趣。尽管有许多天然和工程化的酶，但PET酶催化的PET在固液界面上的解聚机制尚不完全清楚。本研究结合了多尺度模拟和实验，阐明了IsPETase从酶吸附到PET片段捕获、构象精细化和酯键裂解的完整催化路径。研究发现了酶的内切和外切模式，表明其具有内切和外切活性。
主要发现：
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PET底物识别：
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构建了一个固液界面模型来研究酶的吸附。
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确定了酶的结合机制及其有限的目标结合能力。
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揭示了特定残基（Tyr87、Trp185、Ile208）在捕获PET片段中的作用。
活性与稳定性之间的权衡：
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监测了催化三联体构象，确定了稳定、波动和破坏三种类型的动态。
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证明了PET结合可以扰乱酶的构象，导致失活。
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强调了由于催化环的灵活性导致的IsPETase固有不稳定性。
HotPETase的定向进化：
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通过定向进化创建了IsPETase的热稳定变体HotPETase。
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证明了更高的结合能力和显著提高的稳定性。
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确定了通过形成盐桥和氢键有助于稳定性的特定突变。
增强的内在活性：
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QM/MM计算显示，HotPETase催化的PET水解的自由能障碍低于IsPETase。
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调整PET捕获钳的构象动态是酶工程的有效方法。
结论：
该研究详细了解了PET酶在界面上的作用机制，并为工程化高效的塑料降解酶提供了见解。通过定向进化克服了活性与稳定性的权衡，研究展示了如何通过调节环的动态来提高酶的性能。
Regioselective Enzymatic Depolymerization of Aromatic-Aliphatic Polyester Revealed by Computational Modelling
https://doi.org/10.1016/j.jhazmat.2024.134797
本研究调查了由酶cutinase TfCutSI 催化的常见可降解塑料PBAT的降解机制。利用分子对接、分子动力学模拟和量子力学/分子力学（QM/MM）计算，研究揭示了受底物链长影响的区域选择性降解机制。确定了诸如底物和酶中特定原子之间的距离等结构参数在这种区域选择性中的关键作用。研究重点强调了一种通过计算分析预测的新型结合模式，这对于有效降解至关重要。此外，研究还揭示了氢键网络和酶的内在电场在产物形成中的重要性。这些见解为酶工程提供了基础，以提高塑料回收效率。
主要发现:
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结合偏好和区域选择性:
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研究显示TfCutSI与PBAT中的酸酯键（AEB）和对苯二甲酸酯键（TEB）都有结合偏好，其结合偏好受底物链长度影响。
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对于长链底物，TfCutSI没有偏好，而对于中链底物，它偏好TEB。
降解机制:
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降解涉及四个步骤：酶结合、底物捕获、构象精细化和酯键裂解。
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关键结构参数，特别是底物和酶中特定原子之间的距离，影响降解过程的区域选择性。
新型结合模式:
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计算分析预测了一种先前未预料到的结合模式，这在PBAT降解中起关键作用，并通过实验得到了证实。
氢键网络和内在电场的影响:
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氢键网络和酶的内在电场显著影响最终产物的形成，突出了这些因素在酶过程中的重要性。
A de novo designed coiled coil-based switch regulates the microtubule motor kinesin-1
https://doi.org/10.1038/s41589-024-01640-2
本研究展示了通过工程化构象开关来控制体外和细胞内动力蛋白Kinesin-1变构激活的方法。Kinesin-1是一种异源四聚体马达蛋白，涉及细胞内运输，其在开放（活跃）和闭合（自动抑制）状态之间切换，中心在其螺旋-螺旋结构内的柔性肘部。通过针对这个肘部，研究人员设计了一个可以通过de novo设计的肽打开的闭合状态。通过计算模型、生物物理测量和电子显微镜验证了该设计。在细胞中，肽驱动的激活增强了Kinesin运输，突显了构象切换在调节马达活性中的重要性。该研究为使用类似原理控制其他蛋白质活性开辟了道路。
主要发现:
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构象开关设计:
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Kinesin-1在活跃和自动抑制状态之间切换，由其螺旋-螺旋结构内的柔性肘部调节。
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设计了一个可以通过特定肽打开的闭合状态的Kinesin-1。
设计验证:
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通过计算模型、生物物理测量和电子显微镜确认了开放和闭合状态之间的切换。
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体积排阻色谱（SEC）和小角X射线散射（SAXS）提供了构象状态的证据。
肽诱导激活:
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一种de novo设计的肽成功地触发了体外从闭合状态到开放状态的Kinesin-1的切换。
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通过各种生物物理技术可视化并确认了这种肽激活机制。
细胞内激活:
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在HeLa细胞中，肽诱导的构象开关激活了Kinesin-1，导致运输活性增加。
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设计的肽能够穿透细胞并与Kinesin-1共定位，展示了其在细胞环境中的有效性。
结论:本研究成功地为Kinesin-1设计了一个构象开关，展示了通过设计肽控制马达蛋白活性的潜力。这种方法为Kinesin-1调节提供了见解，并为在其他蛋白质中设计类似的开关提供了框架，增强了我们操控生物系统中蛋白质功能的能力。
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Molecular insights into the oligosaccharide binding, recognition and hydrolysis by a fungal exo-β-(1,3)-glucanase
DOI: 10.1101/2024.06.05.597502
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Vibrational analyses of the reaction of oxymyoglobin with NO using a photolabile caged NO donor at cryogenic temperatures
DOI: 14.104.9904bd3f-9bc7-42ce-84d1-eda0e34110a1.1717629036
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ECMpy 2.0: A Python package for automated construction and analysis of enzyme-constrained models
DOI: 626.17832.e47255e1-e123-4822-8650-7e13b708140b.1717520986
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Enhancing the biodegradation of bis(2‐hydroxyethyl) terephthalate by an IsPETasePA and MHETase dual‐enzyme system
DOI: 10.1002/jctb.7688
睡觉去啦~明天应该就能发完六月上的啦~