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Professionelle und kostensparende Lösungen

Aktivitätsort-Kartierung

Die präzise Charakterisierung des aktiven Zentrums eines Enzyms ist entscheidend für das Verständnis seines katalytischen Mechanismus, seiner Substratspezifität und seines Potenzials für das Engineering. Bei Creative Enzymes bietet unser Active Site Mapping-Service umfassende Einblicke in die molekulare Architektur, Schlüsselfunktionen und funktionelle Dynamik von Enzym-Aktivzentren. Durch die Kombination fortschrittlicher experimenteller und computergestützter Techniken ermöglichen wir es unseren Kunden, kritische Aminosäuren zu identifizieren, Bindungstaschen abzugrenzen und das rationale Design von Inhibitoren, Substraten oder modifizierten Enzymen zu steuern.

Warum das Enzym-Aktivzentrum untersuchen

Enzym-Aktivzentren sind die zentralen Orte, an denen Substrate binden und Reaktionen ablaufen. Kenntnisse über die Architektur des aktiven Zentrums und funktionelle Aminosäuren sind unerlässlich, um Reaktionsmechanismen aufzuklären, Substratkompatibilität vorherzusagen und gezielte Modulatoren zu entwickeln. Traditionelle Methoden wie Mutagenese und kinetische Analysen bieten, in Kombination mit modernen spektroskopischen und computergestützten Ansätzen, eine beispiellose Auflösung bei der Identifizierung kritischer Wechselwirkungen im aktiven Zentrum. Das Mapping des aktiven Zentrums dient somit als grundlegendes Werkzeug in der Biokatalyse, Wirkstoffforschung und Protein-Engineering.

Enzyme active site and its role in drug discoveryAbbildung 1. Die distalen Bereiche, die für die Enzymfunktion wichtig sind. A, distale Hotspots, die mit dem aktiven Zentrum gekoppelt sind. B, Funktionelle Mutationen, die distal vom TEM-1-Aktivzentrum liegen. (Yu et al., 2022)

Unsere Serviceangebote

Service-Workflow

Workflow of enzyme active site mapping service

Service-Details

Creative Enzymes bietet einen umfassenden und anpassbaren Active Site Mapping-Service, der experimentelle, computergestützte und analytische Ansätze umfasst:

Service Details
Experimentelle Charakterisierung
  • Site-Directed Mutagenese: Systematischer Austausch von Aminosäuren zur Bestimmung ihres Beitrags zur Katalyse und Substratbindung.
  • Kinetisches Profiling: Messung von Aktivitätsänderungen bei Wildtyp- und Mutantenenzymen zur Identifizierung funktioneller Aminosäuren.
  • Chemische Markierung & Footprinting: Einsatz kovalenter Sonden oder reaktiver Substrate zur Identifizierung zugänglicher Aminosäuren im aktiven Zentrum.
  • Spektroskopische Techniken: UV-Vis, Fluoreszenz, CD oder NMR-basierte Detektion von Konformationsänderungen und Wechselwirkungen am aktiven Zentrum.
  • Inhibitor-Bindungsstudien: Bewertung bekannter oder maßgeschneiderter Inhibitoren zur Validierung funktioneller Bereiche.
Computergestütztes Mapping
  • Molekulares Docking: Simulation der Bindung von Substraten und Inhibitoren zur Identifizierung wichtiger Aminosäuren und Interaktions-Hotspots.
  • Molekulardynamik-Simulationen: Analyse der Enzymflexibilität, Substratorientierung und dynamischer Wechselwirkungen im aktiven Zentrum.
  • Strukturmodellierung & Visualisierung: Hochauflösende dreidimensionale Kartierung des aktiven Zentrums für eine intuitive Interpretation und Designunterstützung.
Integrierte Analyse & Berichterstattung
  • Umfassende Korrelation experimenteller und computergestützter Ergebnisse.
  • Identifizierung katalytischer Aminosäuren, Substratbindungstaschen und essentieller Strukturmotive.
  • Visuelle und quantitative Darstellung der Merkmale des aktiven Zentrums für nachgelagerte Anwendungen, einschließlich Enzym-Engineering oder Wirkstoffforschung.

Kontaktieren Sie unser Team

Vorteile unserer Services

Expertise

Jahrzehntelange Erfahrung in Enzymologie, Strukturbiologie und computergestützter Modellierung.

Umfassender Ansatz

Die Integration experimenteller und computergestützter Methoden gewährleistet eine robuste und zuverlässige Kartierung.

Individualisierung

Projekte werden auf Enzymtyp, Kundenanforderungen und gewünschte Auflösung zugeschnitten.

Modernste Technologie

Einsatz modernster Instrumente, Hochleistungsrechner und fortschrittlicher Softwaretools.

Umsetzbare Erkenntnisse

Die Ergebnisse bieten klare Leitlinien für Enzym-Engineering, Inhibitordesign und Substratoptimierung.

Vertraulichkeit & Compliance

Strikte Einhaltung von Datensicherheits- und regulatorischen Standards.

Repräsentative Fallstudien

Fall 1: Active Site Mapping einer humanen Protein-Tyrosin-Phosphatase für die Wirkstoffforschung

Kundenherausforderung:

Ein Pharmaunternehmen entwickelt selektive Inhibitoren für PTPs, die mit Krebs in Verbindung stehen. Der Leitwirkstoff des Kunden hemmte jedoch mehrere Phosphatasen, was zu Off-Target-Effekten führte. Ohne präzise Kenntnisse des Enzym-Aktivzentrums war die Optimierung der Selektivität schwierig.

Lösung:

Wir führten ein Active Site Mapping mit einer Kombination aus kovalenten Sonden, Site-Directed Mutagenese und molekularem Docking durch. Dieser Ansatz identifizierte kritische Aminosäuren, die zur Substratbindung und Katalyse beitrugen. Das Mapping zeigte zudem subtile strukturelle Unterschiede zwischen homologen PTPs auf, die für das Design selektiver Inhibitoren genutzt werden konnten.

Ergebnis:

  • Drei Schlüsselfunktionen wurden identifiziert, die die Substratspezifität bestimmten.
  • Leitete die Synthese eines neuen Inhibitors mit fünffach verbesserter Selektivität für das Ziel-PTP gegenüber eng verwandten Isoformen.
  • Ermöglichte eine gezieltere Leitstrukturoptimierung und reduzierte potenzielle Off-Target-Toxizität.

Fall 2: Kartierung der Akzeptorstelle einer bakteriellen Glycosyltransferase

Kundenherausforderung:

Ein Biotech-Unternehmen entwickelt einen enzymatischen Glycosylierungsprozess für kleine Moleküle, die für pharmazeutische Anwendungen bestimmt sind. Die bakterielle Glycosyltransferase zeigte eine breite Aktivität gegenüber mehreren Akzeptorsubstraten und produzierte heterogene Produkte. Die Optimierung der Regioselektivität erforderte detaillierte Kenntnisse der Akzeptor-bindenden Aminosäuren.

Lösung:

Wir setzten Site-Directed Mutagenese in Kombination mit molekularem Docking und kinetischer Analyse ein, um die Aminosäuren in der Akzeptor-Bindungstasche systematisch zu untersuchen. Dadurch wurden "Gatekeeper"-Aminosäuren identifiziert, die Substratorientierung und Spezifität steuern. Mutanten wurden in Enzymassays getestet, um die vorhergesagten Effekte zu bestätigen.

Ergebnis:

  • Modifizierte Varianten produzierten Einzelregioisomer-Produkte mit >90% Ausbeute.
  • Unerwünschte Nebenreaktionen wurden reduziert, was die nachfolgende Reinigung verbesserte.
  • Strukturelle Erkenntnisse ermöglichten das rationale Design von Glycosyltransferase-Varianten der nächsten Generation für pharmazeutische Anwendungen.

FAQs

  • F: Welche Enzyme können mit Ihrem Active Site Mapping-Service analysiert werden?

    A: Wir können ein breites Spektrum an Enzymen analysieren, darunter Hydrolasen, Oxidoreduktasen, Transferasen, Lyasen und Ligasen, sowohl für natürliche als auch für modifizierte Varianten.
  • F: Wie lange dauert das Active Site Mapping in der Regel?

    A: Die Dauer variiert je nach Enzymkomplexität und Projektumfang, typischerweise zwischen 6 und 10 Wochen. Für dringende Projekte sind beschleunigte Services verfügbar.
  • F: Werden gereinigte Enzyme benötigt?

    A: Ja, gereinigte Enzyme mit bestätigter Aktivität sind bevorzugt. Wir können bei Bedarf einen Enzymreinigungsservice anbieten.
  • F: Können Ihre Ergebnisse das Design von Wirkstoffen oder Inhibitoren unterstützen?

    A: Absolut. Die Identifizierung funktioneller Aminosäuren und Bindungstaschen ermöglicht das rationale Design von Inhibitoren und strukturgeleitete Wirkstoffentwicklung.
  • F: Welche Ergebnisse werden geliefert?

    A: Kunden erhalten einen detaillierten Bericht, 3D-Visualisierungen der aktiven Zentren, Roh- und verarbeitete experimentelle Daten, Computermodelle und umsetzbare Empfehlungen.
  • F: Bieten Sie eine Nachberatung an?

    A: Ja, unser Team bietet Unterstützung bei der Interpretation der Ergebnisse, der Planung weiterer Experimente und der Anwendung der Erkenntnisse im Enzym-Engineering oder in der therapeutischen Entwicklung.

Referenzen:

  1. Hong SH, Xi SY, Johns AC, et al. Mapping the chemical space of active‐site targeted covalent ligands for protein tyrosine phosphatases. ChemBioChem. 2023;24(10):e202200706. doi:10.1002/cbic.202200706
  2. Variot C, Capule D, Arolli X, et al. Mapping roles of active site residues in the acceptor site of the PA3944 Gcn5‐related N ‐acetyltransferase enzyme. Protein Science. 2023;32(8):e4725. doi:10.1002/pro.4725
  3. Yu H, Ma S, Li Y, Dalby PA. Hot spots-making directed evolution easier. Biotechnology Advances. 2022;56:107926. doi:10.1016/j.biotechadv.2022.107926

Nur für Forschung und industrielle Verwendung, nicht für den persönlichen medizinischen Gebrauch.

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