Investigation the effect of Val310Asn on NAD+ dependent Chateomium thermophilum formate dehydrogenase enzyme by site-directed mutagenesis

Abstract

Bir oksidoredüktaz grubu enzimleri olan format dehidrogenazlar (FDH) format iyonunu (HCOO-) karbondioksite yükseltgeyip aynı zamanda NAD+ iyonunun da NADH'a indirgenmesini katalize ederler. NADH üretiminin oldukça pahalı ve zahmetli olması ve NAD+ bağımlı FDH enziminin ise daha kolay elde edilebilir ve ucuz olması nedeni ile NADH üretimi için koenzim rejenerasyon sistemlerinde kullanılmaktadır. Ayrıca NAD+ bağımlı FDH enzimi (EC 1.17.1.9) format iyonlarını CO2'ye oksitler ve Chaetomium thermophilum format dehidrogenaz (CtFDH) enziminin de CO2'nin formata indirgenmesi için yüksek aktiviteye sahip olduğu keşfedilmiştir. Bu çalışmada kullanılacak olan CtFDH enziminin seçilmesinin nedeni yakın zamanlarda yapılan çalışmalarda diğer FDH'lere göre daha yüksek aktivite göstermesidir. CtFDH'in 310. pozisyonundaki valin amino asidinin bölgeye yönelik mutajenez ile reaksiyon mekanizmasındaki rolünün sorgulanması amaçlanmıştır. Polar olmayan bu amino asit CtFDH'in aktif bölgesinde bulunur ve fonksiyonel olmayan R grubuna sahiptir. Valin amino asidini hem polar olan hem de fonksiyonel R grubuna sahip olan asparajin amino asidi ile değiştirip enzimin aktivitesi yabanıl tip CtFDH ile karşılaştırılmıştır. Val310Asn mutasyonu, aktif bölgedeki fonksiyonel olmayan R gruplu bir amino asit ile fonksiyonel R gruplu bir amino asidin değiştirilmesine rağmen enzimin CO2 indirgenme aktivitesine karşı kayda değer bir değişim göstermemiştir. Fakat yine de CtFDH enziminin CO2 indirgenmesinde önemli bir role sahip olduğu düşünüldüğü için, CO2'nin formata oksitlenmesi için geliştirilebilecek olan enzim mühendisliği çalışmalarının önü açılacaktır.

Formate dehydrogenases (FDH), which are enzymes of an oxidoreductase group, oxidize formate ion (HCOO-) to carbon dioxide and at the same time catalyze the reduction of NAD+ ion to NADH. It is used in coenzyme regeneration systems to produce NADH since NADH production is quite expensive and laborious and the NAD+ dependent FDH enzyme is more easily available and cheaper. It was also discovered that the NAD+ dependent FDH enzyme (EC 1.17.1.9) oxidizes formate ions to CO2 and the enzyme Chaetomium thermophilum formate dehydrogenase (CtFDH) has a promising activity for reducing CO2 to formate. It was aimed to question the role of valine amino acid in position 310 of CtFDH in the reaction mechanism with site-directed mutagenesis. This non-polar amino acid is located in the active site of CtFDH and has a non-functional R group. The activity of the enzyme was compared to wild type CtFDH by replacing the amino acid valine with the asparagine amino acid, which is both polar and has a functional R group. The Val310Asn mutation did not show a significant change in the CO2 reduction activity of the enzyme, although a nonfunctional R-grouped amino acid in the active site was replaced with a functional R-grouped amino acid. However, since the CtFDH enzyme is thought to have an important role in reducing CO2, enzyme engineering studies that can be developed to oxidize CO2 to formate will be paved.