基于计算酶设计方法的酶定向改造

作     者：黄士铭 

作者单位：北京化工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：姜广峰;谭天伟

授予年度：2023年

学科分类：08[工学] 080203[工学-机械设计及理论] 0802[工学-机械工程] 082203[工学-发酵工程] 0822[工学-轻工技术与工程] 

主      题：MD模拟 羧化酶 转化率 定向改造 

摘      要：酶在生命活动中的作用不言而喻,酶工程改造是生物学中的研究热点。用计算机模拟方法来研究生物分子结构和功能已成为大势所趋。羧化酶可以催化以CO为碳源制备羟基苯甲酸和其他酚酸的反应,实验室设计了一条对苯二甲酸的绿色生产途径,需要羧化酶来打通该途径。本文通过计算酶设计方法研究了以下两个问题:1)羧化酶转化率拟合;2)羧化酶定向改造与转化率预测。1)羧化酶转化率拟合。本文选取2,3-DHBD＿Fo、2,3-DHBD＿Ao、2,6-DHBD＿Rs、SAD＿Tm四种羧化酶作为研究对象,选取多个小分子构建系统进行MD模拟。以30个距离、角度、二面角作为评价参数来计算模拟得分,并与实验转化率进行拟合,拟合方程的R可观。所得拟合方程为羧化酶的定向改造提供了支撑。2)羧化酶定向改造与转化率预测。为打通生产2-羟基对苯二甲酸的绿色途径,本文使用PRODA对2,3-DHBD＿Fo进行突变设计,让其能够以3-羟基苯甲酸为底物、CO为碳源生产2-羟基对苯二甲酸。在酶-底物复合物结构中选择底物周围的9个位点进行突变设计,三种设计方案得到多条突变序列,对序列体系分别进行MD模拟,以拟合方程预测突变体转化率。W22Q/L25H/F26S/A27H/A62Y和W22N/L25H/F26S/H33M/A62Y突变体具有较好的预测结果;而基于F26G设计出的W22C/F26G/A62S突变体预测结果高于所有突变体。