Molecular Modeling of Enzymatic Catalysis for Industrial Applications

Resum

Les lacases son molt comunes a aplicacions a les indústries tèxtil, alimentària, paperera i farmacèutica, on actuen principalment com a agents depolimeritzants de la lignina. No obstant, el seu potencial redox relativament baix limita la seva utilitat industrial. El focus de la recerca s’ha desplaçat cap a les oxidases multicúpriques (MCOs) de bactèries hipertermòfiles com l’Aquifex aeolicus, capaces d’operar en condicions més agressives. Mitjançant evolució dirigida es va obtenir una variant amb set mutacions, 15e6, que va mostrar, a pH òptim, un increment de fins a 50 vegades a l’activitat catalítica.

En aquest treball, es presenta una anàlisi computacional que integra dinàmica molecular, anàlisi estructural, acoblament molecular (docking) i l’estudi de xarxes dinàmiques, amb l’objectiu d’aclarir les bases de la millora a l’activitat tipus lacasa per la 2,2-azinobis(3-ethyl-benzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) a la variant 15e6 a pH 4.
L’anàlisi del Root-mean-square deviation i fluctuation (RMSD i RMSF) van confirmar la integritat de l’enzim i van revelar un augment de la flexibilitat al voltant del centre actiu, millorant l’accessibilitat del substrat. Els estudis de docking mitjançant AutoDock Vina van identificar la cavitat canònica A, el lloc catalíticament rellevant. En la variant 15e6, el substrat ABTS va formar complexos més estables i l’ABTS es va posicionar més a prop del centre catalític, afavorint una transferència electrònica eficient. La cavitat B, prèviament observada en la 2F4, es irrellevant pel sistema 15e6.
L’anàlisi de contactes amb l’ABTS destaca la mutació E513K, que podria estabilitzar l’ABTS a pH àcid. A més, el Shortest Path Method va senyalar alteracions a les rutes de comunicació dinàmiques degut a mutacions, que es relacionen amb l’increment de flexibilitat.

En conjunt, aquest treball aporta una visió molecular detallada sobre l’augment de l’activitat tipus lacasa en MCOs i ofereix una base per al disseny de biocatalitzadors orientats a aplicacions en química verda i valorització de la lignina.

Data del Ajut	2025
Idioma original	Anglès
Supervisor	Laura Masgrau Fontanet (Director/a)