G. Kaustophilius Lipazinin Mutasyon Çalışmaları Kullanılarak Substrat Seçiciliğinin ve Aktivitesinin Geliştirilmesi

Abstract

Lipazlar, yağların hidrolizini katalize eden hidrolaz sınıfı enzimlerdir. Biyoteknolojide özellikle biyodizel üretimi alanında önemli bir yeri bulunmaktadır. Bu enzimler, yağların transesterifikasyon reaksiyonunu katalize ederek bitkisel veya hayvansal yağlardan biyodizel elde etmeye yardımcı olmaktadır. Fakat, biyodizel üretiminde lipaz kullanımının bir takım sorunları bulunmaktadır. Reaksiyon verimliliğinin yetersizliği, özellikle yüksek serbest yağ asidi içeriğine sahip ham yağların transesterifikasyonunda önemli bir sorundur. Ayrıca, lipazların reaksiyon hızı açısından yeterince hızlı olmama duumu söz konusudur. Bunlara ek olarak, bu enzimler çevre koşullarına duyarlıdır; uygun sıcaklık veya pH koşulları olmaması durumu enzim aktivitesini olumsuz etkileyebilirken, kararlılık sorunlarını da beraberinde getirebilmektedir. Araştırmacılar, lipazların performansını artırmak ve süreç verimliliğini iyileştirmek için sürekli olarak yenilikçi yöntemler ve teknolojiler araştırmaktadır. Enzim mutasyonu ve lipaz immobilizasyonu, bu çabada odaklanılan önemli alanlardır. Bu çalışma, Geobacillus kaustophilus termofilik lipazının yapısal ve dinamik özellikleri hakkındaki anlayışımızı geliştirmeyi ve aktivitesini, substrat seçiciliğini ve termal kararlılığını iyileştirmek için mutasyonları kullanmayı amaçlamaktadır. İdeal mutasyonları bulmak için Gklip lipazı modellenmiş ve hem yabani tip hem de mutasyonlu yapıların ligand seçiciliğini değerlendirmek için farklı uzunlukta karbon zincirli yağ asitleri ile dok çalışmaları yürütülmüştür. Daha sonra, tüm protein-ligand kompleksleri için 50 ns moleküler dinamik simülasyonları gerçekleştirilmiştir. Simülasyonların son 30 ns'si MM/GBS analizi için kullanılmıştır. 36 mutasyondan, en iyi 5 tanesi daha ileri deneysel çalışmalar için seçilmiştir.Lipases are hydrolase class enzymes that catalyze the hydrolysis of fats. Their applications in biotechnology are particularly noteworthy in the field of biodiesel production. These enzymes help to obtain biodiesel from vegetable oils or animal fats by catalyzing the transesterification reaction of fats. However, there are some problems with the use of lipase in biodiesel production. Firstly, reaction efficiency is a significant problem, especially in trans-esterifying crude oils with high free fatty acid content. Also, lipases may not be fast enough in terms of reaction speed. Additionally, these enzymes are sensitive to environmental conditions; inappropriate temperature or pH conditions can negatively affect enzyme activity, while stability issues also exist. Researchers are continuously exploring innovative methods and technologies to enhance the performance of lipases and improve process efficiency. Enzyme mutation and lipase immobilization are vital areas of focus in this endeavor. This study aims to improve our understanding of the structural and dynamic properties of Geobacillus kaustophilus thermophilic lipase and use mutations to improve its activity, substrate selectivity, and thermal stability. The Gklip lipase was modeled to find the ideal mutations and docking studies were conducted to assess ligand selectivity of both wild-type and mutated structures with different-length carbon chain fatty acids. Then, 50 ns of molecular dynamic simulations were performed for all protein-ligand complexes. The last 30 ns of the simulations were used for MM/GBS analysis. Out of the 36 mutations, the top 5 were taken for further experimental studies.