Sampling the Conformational Energy Landscape of a Hyperthermophilic Protein by Engineering Key Substitutions
Notice bibliographique
Résumé
Proteins exist as a dynamic ensemble of interconverting substates, which defines their conformational energy landscapes. Recent work has indicated that mutations that shift the balance between conformational substates (CSs) are one of the main mechanisms by which proteins evolve new functions. In the present study, we probe this assertion by examining phenotypic protein adaptation to extreme conditions, using the allosteric tetrameric lactate dehydrogenase (LDH) from the hyperthermophilic bacterium Thermus thermophilus (Tt) as a model enzyme. In the presence of fructose 1, 6 bis-phosphate (FBP), allosteric LDHs catalyze the conversion of pyruvate to lactate with concomitant oxidation of nicotinamide adenine dinucleotide, reduced form (NADH). The catalysis involves a structural transition between a low-affinity inactive "T-state" and a high-affinity active "R-state" with bound FBP. During this structural transition, two important residues undergo changes in their side chain conformations. These are R171 and H188, which are involved in substrate and FBP binding, respectively. We designed two mutants of Tt-LDH with one ("1-Mut") and five ("5-Mut") mutations distant from the active site and characterized their catalytic, dynamical, and structural properties. In 1-Mut Tt-LDH, without FBP, the K(m)(Pyr) is reduced compared with that of the wild type, which is consistent with a complete shifting of the CS equilibrium of H188 to that observed in the R-state. By contrast, the CS populations of R171, k(cat) and protein stability are little changed. In 5-Mut Tt-LDH, without FBP, K(m)(Pyr) approaches the values it has with FBP and becomes almost temperature independent, k(cat) increases substantially, and the CS populations of R171 shift toward those of the R-state. These changes are accompanied by a decrease in protein stability at higher temperature, which is consistent with an increased flexibility at lower temperature. Together, these results show that the thermal properties of an enzyme can be strongly modified by only a few or even a single mutation, which serve to alter the equilibrium and, hence, the relative populations of functionally important native-state CSs, without changing the nature of the CSs themselves. They also provide insights into the types of mutational pathways by which protein adaptation to temperature is achieved.
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Comment cette classification a été obtenuedéplier
Prédiction machine sur la base complète
Imitation des enseignantsNi prévalence calibrée, ni vérité terrain. Validation humaine à venir. Le volet Gemma est une étiquette directe du modèle pour chaque travail de la base, lue sur la notice réduite au titre. Le volet Codex est un classifieur appris des 10 348 étiquettes directes de Codex et calibré sur les taux pondérés de l'échantillon; les champs sans appui suffisant ne portent aucun appel Codex. Le mode candidate est l'union des deux volets; le consensus est leur intersection. Ces sorties portent le statut machine_predicted_unvalidated et ne sont pas des étiquettes humaines.
Scores du classifieur distillé par catégorie (deux têtes)
| Catégorie | Codex | Gemma |
|---|---|---|
| Métarecherche | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens strict) | 0,000 | 0,000 |
| Méta-épidémiologie (sens large) | 0,000 | 0,000 |
| Bibliométrie | 0,000 | 0,000 |
| Études des sciences et des technologies | 0,000 | 0,000 |
| Communication savante | 0,000 | 0,000 |
| Science ouverte | 0,000 | 0,000 |
| Intégrité de la recherche | 0,000 | 0,000 |
| Charge utile insuffisante (le modèle a refusé de juger) | 0,001 | 0,000 |
Scores machine (provisoires)
Les deux têtes enseignantes du modèle étudiant, lues sur ce travail. Un score ordonne la base pour la relecture; il n'affirme jamais une catégorie, et le statut de validation accompagne chaque rangée tel quel.
Scores de référence d'un modèle non mature (critères de maturité non atteints, 7 itérations). Un score ordonne; il n'affirme jamais une catégorie.
score_only:v0-immature-baseline · tel quel depuis la passe de notation : score_only signifie que le nombre peut ordonner les travaux, et qu'aucune étiquette de catégorie n'en découleClassification
machine, non validéePrédiction automatique; un appel candidat d’une seule source (Gemma direct ou Codex distillé), pas un consensus.
Le détail, modèle par modèle et score par score, se trouve en fin de page sous « Comment cette classification a été obtenue ».