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In Silico Designing of an Industrially SustainableCarbonic Anhydrase Using Molecular Dynamics Simulation

机译：在计算机设计中实现工业可持续发展碳酸酐酶的分子动力学模拟

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Carbonic anhydrase (CA) is a family of metalloenzymes that has the potential to sequestrate carbon dioxide (CO2) from the environment and reduce pollution. The goal of this study is to apply protein engineering to develop a modified CA enzyme that has both higher stability and activity and hence could be used for industrial purposes. In the current study, we have developed an in silico method to understand the molecular basis behind the stability of CA. We have performed comparative molecular dynamics simulation of two homologous α-CA, one of thermophilic origin (Sulfurihydrogenibium sp.) and its mesophilic counterpart (Neisseria gonorrhoeae), for 100 ns each at 300, 350, 400, and 500 K. Comparing the trajectories of two proteins using different stability-determining factors, we have designed a highly thermostable version of mesophilic α-CA by introducing three mutations (S44R, S139E, and K168R). The designed mutant α-CA maintains conformational stability at high temperatures. This study shows the potential to develop industrially stable variants of enzymes while maintaining high activity.
机译：碳酸酐酶（CA）是一族金属酶，具有从环境中隔离二氧化碳（CO2）并减少污染的潜力。这项研究的目的是应用蛋白质工程技术来开发一种修饰的CA酶，该酶具有更高的稳定性和活性，因此可用于工业用途。在当前的研究中，我们已经开发了一种计算机模拟方法来了解CA稳定性背后的分子基础。我们已经进行了两个同源α-CA的比较分子动力学模拟，两个同源α-CA分别在300、350、400和500 K下分别为100 ns的嗜热起源（Sulfurihydrogenibium sp。）和其嗜温对应物（淋病奈瑟氏球菌（Neisseria gonorrhoeae））。对于使用不同稳定性决定因素的两种蛋白质，我们通过引入三个突变（S44R，S139E和K168R）设计了嗜温α-CA的高度热稳定版本。设计的突变体α-CA在高温下保持构象稳定性。这项研究显示了在保持高活性的同时开发出工业上稳定的酶变体的潜力。

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