EXAMENVRAGEN PROTEIN ENGINEERING
Hoofdstuk 2: Engineering Enantioselectivity
1. Wat is de structurele basis voor enantioselectiviteit van enzymen?
Enantiomeren = moleculen met een chiraal centrum die identiek zijn aan elkaars spiegelbeeld. Ze hebben
dezelfde chemische eigenschappen, maar verschillende optische eigenschappen.
Enantioselectieve enzymen = enzymen die slechts op 1 van de 2 stereoisomeren binden en gebruiken
als substraat, ze zijn stereoselectief. Ze zetten prochirale substraten om in een chiraal product.
Bij het maken van een geneesmiddel is het verboden op een racemisch mengsel op de markt te brengen,
omdat in het verleden problemen zijn geweest waarbij de ene enantiomeer pijnstillende werkte en de
andere nadelige effecten had. We gaan dus enantiomeren van elkaar willen scheiden (is moeilijk) en dit
doen we met enantioselectieve enzymen.
Hoe kunnen we die enzymen gebruiken?
a) Enzymatische kinetische resolutie
We beginnen met een prochiraal substraat (= substraat zonder chiraal centrum dat in 1 stap kan worden
omgezet in een chiraal product). We laten hier enzymen op inwerken die soms op de ene substituent en
soms op de andere identieke substituent inwerkt. Hierna bekomen we een racemisch mengsel met 2
enantiomeren. Hierna voegen we nog een enzym toe dat maar 1 van de 2 enantiomeren kan gebruiken
als substraat door een specifieke complexe bindingssite. Nu krijgen we 2 producten die optisch en
chemisch van elkaar verschillen en die we dus gemakkelijk gaan kunnen scheiden van elkaar.
De kinetische resolutie geeft de efficiëntie (selectiviteit) weer van het enzym met het enantiomeer, dus
hoe snel een product gevormd wordt als enzym en substraat elkaar vinden. Hoe hoger, hoe geschikter
het enzym voor enzymatische resolutie. In de teller staat het enzym waar het enzym voorkeur voor heeft.
b) Enantioselectieve synthese
Er wordt weer gestart bij een prochiraal substraat. Hier gebruiken we direct een enzym dat het prochiraal
substraat omzet in het gewenste enantiomeer (chiraal).
We hebben dus een enzym nodig dat specifiek maar op 1 van de 2 identieke subtituenten van het
substraat bindt. Om dit te verwezenlijken heeft het enzym een complexe bindingspocket nodig die 3
1
, substituenten kan binden (3 is typisch voor prochirale molecule), zodat het prochiraal substraat maar op
1 manier kan binden.
In de realiteit hebben enzymen vaak een beperkt enantioselectiviteit. Hier komt protein engineering into
play: door plaatsgericht te muteren in de complexe bindingspocket (actieve site van het enzym), krijg je
mutanten die je kan vergelijken o.b.v. stereoselectiviteit. Je selecteert op degene met de beste
stereoselectiviteit en doet de proef opnieuw tot je stapsgewijs betere varianten krijgt met een hogere
enantioselectiviteit.
Hoofdstuk 4: Phi-Value Analysis of PRotei Folding and TSs
2. Phi analyse
Phi-value analyse is een techniek om proberen te begrijpen hoe de transitietoestand van een
vouwingsproces eruitziet. Dit is belangrijk om te weten, omdat het informatie zal geven over hoe
vouwing van een bepaald eiwit werkt.
Een phi analyse is een vergelijkende analyse waarbij het effect van een mutatie op de transitietoestand
wordt bekeken. We muteren dus de natieve structuur en gaan dan na of dit een effect heeft op de energie
van de transitietoestand. De analyse vergelijkt het energieverschil tussen de natieve vorm en de mutant
van het eiwit.
Stel, je mutatie is het verwijderen van een H-brug. Hierna zie je dat het eiwit trager ontvouwt en
terugvouwt. Daaruit kan je besluiten dat de mutatie een effect heeft gehad op de transitietoestand (de
energieberg heeft verhoogt).
2
Hoofdstuk 2: Engineering Enantioselectivity
1. Wat is de structurele basis voor enantioselectiviteit van enzymen?
Enantiomeren = moleculen met een chiraal centrum die identiek zijn aan elkaars spiegelbeeld. Ze hebben
dezelfde chemische eigenschappen, maar verschillende optische eigenschappen.
Enantioselectieve enzymen = enzymen die slechts op 1 van de 2 stereoisomeren binden en gebruiken
als substraat, ze zijn stereoselectief. Ze zetten prochirale substraten om in een chiraal product.
Bij het maken van een geneesmiddel is het verboden op een racemisch mengsel op de markt te brengen,
omdat in het verleden problemen zijn geweest waarbij de ene enantiomeer pijnstillende werkte en de
andere nadelige effecten had. We gaan dus enantiomeren van elkaar willen scheiden (is moeilijk) en dit
doen we met enantioselectieve enzymen.
Hoe kunnen we die enzymen gebruiken?
a) Enzymatische kinetische resolutie
We beginnen met een prochiraal substraat (= substraat zonder chiraal centrum dat in 1 stap kan worden
omgezet in een chiraal product). We laten hier enzymen op inwerken die soms op de ene substituent en
soms op de andere identieke substituent inwerkt. Hierna bekomen we een racemisch mengsel met 2
enantiomeren. Hierna voegen we nog een enzym toe dat maar 1 van de 2 enantiomeren kan gebruiken
als substraat door een specifieke complexe bindingssite. Nu krijgen we 2 producten die optisch en
chemisch van elkaar verschillen en die we dus gemakkelijk gaan kunnen scheiden van elkaar.
De kinetische resolutie geeft de efficiëntie (selectiviteit) weer van het enzym met het enantiomeer, dus
hoe snel een product gevormd wordt als enzym en substraat elkaar vinden. Hoe hoger, hoe geschikter
het enzym voor enzymatische resolutie. In de teller staat het enzym waar het enzym voorkeur voor heeft.
b) Enantioselectieve synthese
Er wordt weer gestart bij een prochiraal substraat. Hier gebruiken we direct een enzym dat het prochiraal
substraat omzet in het gewenste enantiomeer (chiraal).
We hebben dus een enzym nodig dat specifiek maar op 1 van de 2 identieke subtituenten van het
substraat bindt. Om dit te verwezenlijken heeft het enzym een complexe bindingspocket nodig die 3
1
, substituenten kan binden (3 is typisch voor prochirale molecule), zodat het prochiraal substraat maar op
1 manier kan binden.
In de realiteit hebben enzymen vaak een beperkt enantioselectiviteit. Hier komt protein engineering into
play: door plaatsgericht te muteren in de complexe bindingspocket (actieve site van het enzym), krijg je
mutanten die je kan vergelijken o.b.v. stereoselectiviteit. Je selecteert op degene met de beste
stereoselectiviteit en doet de proef opnieuw tot je stapsgewijs betere varianten krijgt met een hogere
enantioselectiviteit.
Hoofdstuk 4: Phi-Value Analysis of PRotei Folding and TSs
2. Phi analyse
Phi-value analyse is een techniek om proberen te begrijpen hoe de transitietoestand van een
vouwingsproces eruitziet. Dit is belangrijk om te weten, omdat het informatie zal geven over hoe
vouwing van een bepaald eiwit werkt.
Een phi analyse is een vergelijkende analyse waarbij het effect van een mutatie op de transitietoestand
wordt bekeken. We muteren dus de natieve structuur en gaan dan na of dit een effect heeft op de energie
van de transitietoestand. De analyse vergelijkt het energieverschil tussen de natieve vorm en de mutant
van het eiwit.
Stel, je mutatie is het verwijderen van een H-brug. Hierna zie je dat het eiwit trager ontvouwt en
terugvouwt. Daaruit kan je besluiten dat de mutatie een effect heeft gehad op de transitietoestand (de
energieberg heeft verhoogt).
2
