Elucidating the role of dynamic tunnels in enzyme catalysis: simulations and fluorescence experiments
Project goals
Enzymes are very efficient and specific natural catalysts. Their active site is often buried inside their core and connected to a solvent via transport pathways – tunnels. Geometry, physico-chemical properties and dynamics of tunnels determine the exchange rates of ligands between the active sites and a solvent that can often limit the overall catalytic efficiency. The project aims to establish new methods to study properties and dynamics of functionally relevant tunnels. First, we will generate molecular dynamics simulations of enzymes with known relevant tunnels. Then we will develop an automated protocol and software for a time-effective analysis of the tunnel dynamics and apply them on a wide range of enzymes. Novel fluorescence approaches to study tunnel relevance and dynamics will be established to provide additional validation of the protocol. Such analyses will expand our knowledge on properties of tunnels governing the transport processes in enzymes. Compiled cases will enable future studies on the role of tunnels in a protein engineering and inhibitor design.
Keywords
enzyme structuretunnelchannelgatetransport pathwaytransport processmolecular dynamicsmolecular simulationmolecular modelingmechanism of enzymatic reactionfluorescence spectroscopysingle molecule microsopyunnatural aminoacids
Public support
Provider
Czech Science Foundation
Programme
Standard projects
Call for proposals
Standardní projekty 20 (SGA0201600001)
Main participants
Masarykova univerzita / Přírodovědecká fakulta
Ústav fyzikální chemie J. Heyrovského AV ČR, v. v. i.Contest type
VS - Public tender
Contract ID
16-06096S
Alternative language
Project name in Czech
Objasnění významu dynamických tunelů pro enzymatickou katalýzu: simulace a fluorescenční experimenty
Annotation in Czech
Enzymy jsou velmi účinné a specifické přírodní katalyzátory. Jejich aktivní místa jsou často pohřbena uvnitř jejich středu a spojeny se solventem skrze transportní cesty – tunely. Geometrie, fyzykálně-chemické vlastnosti a dynamika tunelů určuje rychlost, s jakou se vyměňují ligandy mezi aktivním místem a solventem. Tento proces často limituje celkovou účinnost katalýzy. Cílem projektu je zavést nové metody ke studiu vlastností a dynamiky tunelů relevantních pro funkci enzymů. V rámci řešení projektu nejprve připravíme sadu simulací molekulové dynamiky enzymů, pro které jsou relevantní tunely známé. Následně vyvineme automatický postup a software schopný efektivně analyzovat dynamiku tunelů, které použijeme k analýze široké škály enzymů. Za účelem další validace postupu, vytvoříme nové fluorescenční techniky vhodné ke studiu relevance a dynamiky tunelů. Tyto analýzy rozšíří naše znalosti o vlastnostech tunelů, které řídí transportní procesy v enzymech. Shromážděné příklady umožní další výzkum zabývající se významem tunelů pro proteinové inženýrství a vývoj inhibitorů.
Scientific branches
Completed project evaluation
Provider evaluation
V - Vynikající výsledky projektu (s mezinárodním významem atd.)
Project results evaluation
The project focused on complex study of the structure and dynamics of internal enzyme tunnels using both advanced in-silico biology methods and fluorescence experiments. The results were summarized in 14 publications. An example of the significant result of this project is the HotSpot Wizard 3.0 web server, which is now used to design suitable mutant proteins.
Solution timeline
Realization period - beginning
Jan 1, 2016
Realization period - end
Dec 31, 2018
Project status
U - Finished project
Latest support payment
Jun 15, 2018
Data delivery to CEP
Confidentiality
S - Úplné a pravdivé údaje o projektu nepodléhají ochraně podle zvláštních právních předpisů
Data delivery code
CEP19-GA0-GA-U/01:1
Data delivery date
Jun 12, 2019
Finance
Total approved costs
9,133 thou. CZK
Public financial support
8,892 thou. CZK
Other public sources
241 thou. CZK
Non public and foreign sources
0 thou. CZK
Basic information
Recognised costs
9 133 CZK thou.
Public support
8 892 CZK thou.
97%
Provider
Czech Science Foundation
CEP
BO - Biophysics
Solution period
01. 01. 2016 - 31. 12. 2018