Analyse des Enzym-Substrat-Komplexes

Anfrage

Der letzte Schritt bei der Identifizierung natürlicher Substrate besteht darin, die Substratidentität zu bestätigen und die molekularen Wechselwirkungen innerhalb des Enzym-Substrat-Komplexes zu charakterisieren. Bei Creative Enzymes bieten wir fortschrittliche Dienstleistungen zur Analyse von Enzym-Substrat-Komplexen an, um ein umfassendes Verständnis katalytischer Mechanismen, struktureller Interaktionen und Bindungsdynamiken zu liefern. Durch die Integration experimenteller Assays, hochauflösender Strukturbiologie und computergestützter Modellierung bieten wir detaillierte Einblicke, die über die Substratvalidierung hinausgehen und die Wirkstoffforschung, Inhibitordesign und Aufklärung von Stoffwechselwegen unterstützen.

Wie die Analyse von Enzym-Substrat-Komplexen die Substratidentifizierung unterstützt

Strukturdarstellung eines Enzym-Substrat-Komplexes

Während erste Screenings und Aktivitätsassays Kandidatensubstrate identifizieren und validieren, erfordert ein vollständiges Verständnis der enzymatischen Funktion eine tiefere Analyse auf molekularer Ebene. Der Enzym-Substrat-Komplex bildet das Kernstück der enzymatischen Katalyse und liefert entscheidende Informationen über Bindungsaffinität, Architektur des aktiven Zentrums, Konformationsänderungen und wichtige molekulare Kontakte. Ohne solche Einblicke erreichen Forschende oft nur eine teilweise Charakterisierung der Enzymaktivität und verpassen kritische Möglichkeiten, Enzyme für pharmazeutische, industrielle oder biotechnologische Anwendungen zu nutzen.

Fortschritte in der Strukturbiologie und den computergestützten Wissenschaften ermöglichen heute eine detaillierte Visualisierung und Modellierung von Enzym-Substrat-Interaktionen. Durch die Kombination von Kristallographie, NMR, Kryo-Elektronenmikroskopie und Molekulardynamik-Simulationen können Forschende die grundlegenden Mechanismen aufdecken, die Substratspezifität, Reaktionseffizienz und Inhibitorenanfälligkeit bestimmen. Creative Enzymes integriert diese Ansätze in einen strukturierten und anpassbaren Service, der sowohl akademischen als auch industriellen Anforderungen gerecht wird.

Unsere Serviceangebote

Creative Enzymes bietet eine umfassende Plattform für die Analyse von Enzym-Substrat-Komplexen, die die Lücke zwischen Substratidentifizierung und funktionellem Verständnis schließt. Unser Service bestätigt die Substratidentität und liefert gleichzeitig atomare und molekulare Einblicke, wie das Enzym mit seinem natürlichen Substrat interagiert.

Durch die Kombination experimenteller und in silico-Ansätze liefern wir eine detaillierte Analyse, die Folgendes ermöglicht:

Validierung der enzymatischen Bindungsspezifität.
Charakterisierung von Konformationsänderungen bei Substratbindung.
Identifizierung von Aminosäureresten, die für die katalytische Effizienz entscheidend sind.
Unterstützung des rationalen Designs von Inhibitoren oder Modulatoren.

Dieser Service ist besonders wertvoll in der Wirkstoffforschung, der metabolischen Ingenieurwissenschaft und der funktionellen Genomik, wo mechanistische Einblicke direkt in praktische Ergebnisse umgesetzt werden.

Service-Details

Kristallstruktur von Z,Z-Farnesyl-Diphosphat-Synthase mit vorgeschlagener Kondensationsfunktion (Chan et al., 2017)

Strukturelle Charakterisierung

Hochauflösende Strukturmethoden wie Röntgenkristallographie, Kryo-EM oder NMR-Spektroskopie werden eingesetzt, um die dreidimensionale Struktur des Enzyms im Komplex mit seinem Substrat zu bestimmen.

Michaelis-Menten-kinetische Analyse von Enzym-Substrat-Interaktionen

Biochemische und biophysikalische Analyse

Komplementäre Techniken wie isotherme Titrationskalorimetrie (ITC), Oberflächenplasmonenresonanz (SPR) oder Wasserstoff-Deuterium-Austausch-Massenspektrometrie (HDX-MS) werden verwendet, um Bindungskinetik, Thermodynamik und Konformationsdynamik zu bewerten.

Computergestützte Modellierung und Simulation von konstruierten Enzymen (Mendoza und Masgrau, 2021)

Computergestützte Modellierung und Simulation

Molekulares Docking und Molekulardynamik-Simulationen liefern atomare Einblicke in Enzym-Substrat-Interaktionen, identifizieren flexible Regionen und prognostizieren Bindungsenergien.

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Warum Creative Enzymes wählen

Multidisziplinäre Expertise

Die Integration von Enzymologie, Strukturbiologie und computergestützter Modellierung gewährleistet eine umfassende Analyse.

Hochauflösende Einblicke

Zugang zu fortschrittlichen Methoden wie Kristallographie, Kryo-EM und NMR für detaillierte Strukturanalysen.

Dynamische Interaktionsanalyse

Über statische Bilder hinaus zeigen unsere Simulationen und biophysikalischen Assays Konformationsänderungen und Bindungsdynamiken.

Individuelle Workflows

Flexibles Design zur Erfüllung der Kundenziele, sei es für die Wirkstoffforschung, die Aufklärung von Stoffwechselwegen oder die Biokatalyse.

Nahtlose Prozessintegration

Die Ergebnisse bauen direkt auf vorherigen Stufen der Substratidentifizierung auf und gewährleisten Kontinuität und Effizienz.

Umsetzbare Ergebnisse

Die Ergebnisse gehen über akademisches Wissen hinaus und liefern praktische Einblicke, die F&E-Entscheidungen in Pharma, Landwirtschaft und Industrie unterstützen.

Fallstudien und Erfolgsgeschichten

Fall 1: Molekulardynamik von Ras-Enzym-Substrat-Komplexen

Diese Studie untersucht die dynamischen Eigenschaften von Enzym-Substrat-Komplexen während der GTP-Hydrolyse, katalysiert durch das native Ras-Protein und seine onkogene G12V-Variante. Mithilfe von QM/MM-basierten Molekulardynamik-Simulationen wurden Modelle konstruiert, die Ras, das GAP-Beschleunigerprotein, das GTP-Substrat und das katalytische Wassermolekül umfassen. Die Analyse der Trajektorienverteilungen zeigte, dass im G12V-Mutanten der Abstand zwischen dem Sauerstoff des katalytischen Wassers und dem γ-Phosphat von GTP häufig größer war als im nativen Enzym. Diese Verschiebung verringerte den Anteil reaktiver Konformationen und erklärt, wie die G12V-Substitution die GTP-Hydrolyse beeinträchtigt und zur onkogenen Aktivität beiträgt.

Molekulardynamik-Simulation von Enzym-Substrat-Komplexen in GTP-bindenden Proteinen Abbildung 1. Ausschnitt des aktiven Zentrums im Ras(GTP)-GAP-Komplex. Transparente Bänder zeigen GAP- und Ras-Proteine, gefüllte Bänder zeigen einen Abschnitt der P-Schleife mit Gly12-Rest. Die Stäbe zeigen das GTP-Molekül, das katalytische Wassermolekül W_cat und den Rest Gln61. Der Pfeil zeigt die Richtung des nukleophilen Angriffs durch das Sauerstoffatom O_w des katalytischen Wassermoleküls W_cat auf das Phosphoratom der γ-Phosphatgruppe P^G. Gestrichelte Linien sind Wasserstoffbrücken, die eine effiziente Reaktion fördern; die gestrichelt-gepunktete Linie ist die Wasserstoffbrücke in der nichtreaktiven Konformation. (Khrenova et al., 2022)

Fall 2: Substratspezifität und neue Funktionen von Ovastacin bei der Befruchtung

Ovastacin, eine von Säugetiereiern während der Befruchtung freigesetzte Metalloproteinase, spaltet das Zona pellucida-Protein 2 (ZP2), was zur Verhärtung der Matrix führt und eine weitere Spermienbindung verhindert. Dieses proteolytische Ereignis, das streng durch den endogenen Inhibitor Fetuin-B reguliert wird, ist entscheidend für die Fruchtbarkeitskontrolle. Um die breitere Spezifität von Ovastacin zu untersuchen, setzten Forschende N-terminale Aminkennzeichnung von Substraten (N-TAILS) in Sekretomen von Maus-Embryofibroblasten ein. Die Studie identifizierte präzise Spaltstellenpräferenzen, physikochemische Determinanten der Ovastacin-Substrat-Interaktionen und Unterschiede zu verwandten Proteasen wie Meprinen und Tolloid. Mehrere neue Substrate wurden entdeckt, was auf zusätzliche physiologische Rollen von Ovastacin bei der Säugetierbefruchtung über die Modifikation der Zona pellucida hinaus hindeutet.

Strukturanalyse der Ovastacin-Spezifität in Astacin-Metalloproteinasen Abbildung 2. Heatmaps einschließlich iceLogo der Spaltstellen (n = 855), identifiziert durch N-TAILS, und Konservierung der ZP2-Spaltstellen bei Säugetieren. Reste sind auf ihr natürliches Vorkommen im Mausproteom (Mus musculus) normiert. Verteilung der Reste in den Positionen P6–P1 (non-prime Seite) und P1′–P6′ (prime Seite). Für jede Position werden die Gesamtzahl der Reste (A) und deren relative Häufigkeit in Prozent (B) angezeigt. (Felten et al., 2024)

FAQs zu unserer Enzym-Substrat-Komplex-Analyse

F: Welche strukturellen Techniken stehen für die Analyse von Enzym-Substrat-Komplexen zur Verfügung?

A: Wir bieten Kristallographie, Kryo-EM und NMR zur Strukturbestimmung an, ergänzt durch biophysikalische Assays und computergestützte Modellierung für umfassende Einblicke.
F: Wie gehen Sie mit Enzymen um, die schwer zu kristallisieren sind?

A: Für herausfordernde Ziele werden Kryo-EM- oder NMR-basierte Ansätze eingesetzt, und computergestützte Simulationen liefern zusätzliche strukturelle Einblicke.
F: Kann dieser Service auch für neue oder wenig charakterisierte Enzyme angewendet werden?

A: Ja. Unser integrierter Ansatz ist auch dann effektiv, wenn nur begrenzte Strukturdaten vorliegen, da computergestützte Modellierung experimentelle Bemühungen leiten und ergänzen kann.
F: Wie lange dauert die Komplexanalyse in der Regel?

A: Die Zeitrahmen variieren je nach Enzymgröße und Komplexität, reichen aber in der Regel von mehreren Wochen für computergestützte Studien bis zu einigen Monaten für vollständige strukturelle und biophysikalische Analysen.
F: Wie unterstützen die Ergebnisse der Komplexanalyse nachgelagerte Anwendungen?

A: Die gewonnenen Einblicke können das rationale Design von Inhibitoren, Protein-Engineering und Studien zu Stoffwechselwegen leiten und machen die Ergebnisse hochgradig umsetzbar.
F: Geben Sie Empfehlungen zusammen mit den Daten?

A: Ja. Unsere Berichte enthalten sowohl detaillierte Daten als auch fachkundige Interpretation mit praktischen Empfehlungen, die auf die Ziele des Kunden zugeschnitten sind.

Referenzen:

Chan YT, Ko TP, Yao SH, Chen YW, Lee CC, Wang AHJ. Crystal structure and potential head-to-middle condensation function of a Z,Z-farnesyl diphosphate synthase. ACS Omega. 2017;2(3):930-936. doi:10.1021/acsomega.6b00562
Felten M, Distler U, Von Wiegen N, et al. Substrate profiling of the metalloproteinase ovastacin uncovers specific enzyme–substrate interactions and discloses fertilization‐relevant substrates. The FEBS Journal. 2024;291(1):114-131. doi:10.1111/febs.16954
Khrenova MG, Polyakov IV, Nemukhin AV. Molecular dynamics of enzyme-substrate complexes in guanosine trifosphate-binding proteins. Russ J Phys Chem B. 2022;16(3):455-460. doi:10.1134/S1990793122030174
Mendoza F, Masgrau L. Computational modeling of carbohydrate processing enzymes reactions. Current Opinion in Chemical Biology. 2021;61:203-213. doi:10.1016/j.cbpa.2021.02.012

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Nur für Forschungs- und Industriezwecke. Nicht für den persönlichen Gebrauch bestimmt. Bestimmte Produkte in Lebensmittelqualität eignen sich für die Formulierungsentwicklung in Lebensmitteln und verwandten Anwendungen.

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