Conformational Sampling of Enzyme dynamics: Triosephosphate Isomerase
Conformational Sampling von Enzym Dynamik: Triosephosphate Isomerase
by Sarath Chandra Dantu
Date of Examination:2012-08-17
Date of issue:2012-10-17
Advisor:Prof. Dr. Kai Tittmann
Referee:Prof. Dr. Kai Tittmann
Referee:Prof. Dr. Burkhard Morgenstern
Referee:Dr. Gerrit Groenhof
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Format:PDF
Abstract
English
Triosephosphate Isomerase is a glycolytic enzyme catalyzing the interconversion of Dihydroxyacetone phosphate to Glyceraldehyde-3-phosphate. TIM is a dimer and each monomer is comprised of 249 amino acids. The active site is comprised of three distinct loops loop-6, loop-7 and loop-8. Based on loop-6 and loop-7 conformation we describe the enzyme as Open TIM and Closed TIM. Various NMR, X-ray crystallography and QM/MM simulation techniques have provided glimpses of individual events of what is essentially a dynamic process. We studied the conformational changes of two distinct loops (loop-6 and loop-7) enveloping the active site, in the presence of natural substrate, reaction intermediates and inhibitor molecules, by means of microsecond atomistic MD simulations. Our studies have revealed that loop-6 samples open and closed conformations in both apo and holo TIM structures. We also observe that loop-6 N-terminus and C-terminus move independently. In our simulations we have also observed that backbone dihedrals of loop-7 residues G210 (G210-phi, G210-psi) and G211 (G211-phi) sample open and closed states in both apo and holo TIM structures. Whereas backbone dihedral angles of G211 (G211-psi) and S212 (S212-phi) adopt closed conformation only when the ligand molecule is bound to the active site. As observed in chain-B of 1R2R crystal structures, we also observe that water molecules can also initiate flip of G211-psi and S212-phi dihedral angles into closed conformation.
Keywords: Triosephosphate Isoemerase; Conformational Sampling; Molecular Dynamics Simulation; loop-6; loop-7
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Triosephosphat Isomerase ist ein Enzym,
welches fü die glykolytische Interkonversion von
Dihydroxyacetonephosphat zu Glyceraldehyde-3-phosphat zuständig
ist. TIM ist ein Dimer und jedes Monomer besteht aus 249
Aminosäuren. Das aktive Zentrum besteht aus drei verschiedenen
Schleifen Loop-6, 7 und schleifenförmigen Loop-8. Basierend auf
Loop-6-und Loop-7 Konformation wir beschreiben das Enzym als Open
TIM und Closed TIM. Verschiedene NMR, Röntgenkristallographie und
QM / MM Simulationstechniken haben Einblicke in einzelne Ereignisse
eines, im Wesentlichen, dynamischen Prozesses. Mittels
Mikrosekunde-langer atomistischen MD Simulationen untersuchten wir
die Konformationsänderungen von zwei getrennten Schleifen (Loop-6
und Loop-7), welche die aktiven Stelle umwickeln, in Gegenwart von
natürlichem Substrat, Reaktionszwischenprodukten und
Inhibitor-Molekülen. Unsere Untersuchungen haben ergeben, dass
loop-6 offene und geschlossene Konformationen sowohl Apo- als auch
Holo TIM Strukturen bemustern. Wir beobachten auch, dass die Loop-6
N-Terminus und C-Terminus unabhängig sind. In unseren Simulationen
haben wir auch festgestellt, dass Rückgrat Diederwinkel der
Schleife-7 Rückstände G210 (G210-phi, G210-psi) und G211 (G211-phi)
offenen und geschlossenen Zuständen sowohl Apo-und Holo TIM
Strukturen bemustern. Dagegen Rückgrat Diederwinkel von G211
(G211-psi) und S212 (S212-phi) nehmen die geschlossene Konformation
an nur wenn das Ligandenmolekül an das aktive Zentrum gebunden ist.
Wie in der Kette-B 1R2R der Kristallstrukturen beobachtet,
beobachten wir auch, dass Wassermoleküle auch Flip G211-psi und
S212-phi Diederwinkel in geschlossene Konformation initiieren
können.
Schlagwörter: Triosephosphate Isoemerase; Konformation; Molekular Dynamik Simulationen; loop-6; loop-7