QSAR-аналіз впливу іонів металів на активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465

Скорочена інформація про документ
dc.contributor.authorАртеменко, А. Г.
dc.contributor.authorДекіна, С. С.
dc.contributor.authorРомановська, І. І.
dc.contributor.authorКузьмін, В. Є.
dc.date.accessioned2022-05-05T14:22:12Z
dc.date.available2022-05-05T14:22:12Z
dc.date.issued2021
dc.description.abstractenBackground. The catalytic activity of enzymes, which is their most important characteristic, can change significantly under the influence of effectors, for example, metal ions, and is the subject of special studies that are important for biochemistry, biotechnology, medicine, and other branches of science. Usually, the activity of enzymes in the presence of metals is assessed by the change in the rate of the enzymatic reaction. However, conducting such experimental studies, especially for new enzymes, as in the case of peptidase Bacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465, requires significant resources and extensive kinetic studies. Therefore, it is advisable to use the methods of computational chemistry, the basic task of which is to search for the structure–property relationship, to build a model that can assess the effect of metal ions on peptidase activity with a high degree of probability. Objective. We are aimed to develop QSAR models for analysis and prediction of the effect of metal ions on the activity of peptidase Bacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465. Methods. The effect of metal ions was studied by determining the proteolytic activity of peptidase after co-incubation for 30 min in 0.0167 M Tris-HCl buffer solution (pH 7.5, 37 °C). The final concentration of metal chlorides Li+; Na+; K+; Cs+; Cu2+; Be2+; Mg2+; Ca2+; Sr2+; Ba2+; Zn2+; Cd2+; Hg2+; Cr3+; Mn2+; Co2+; Ni2+ in the buffer solution was 4 mmol/dm3. To search for the quantitative structure–property relationship, we used the reference data on the properties of metal ions, as well as trend vector and random forest methods. Results. A study of the effect of metal ions on the proteolytic activity of peptidase Bacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465 showed that some metal ions (Li+, Mn2+ и Co2+) activated peptidase, while others (Cu2+, Be2+, Cd2+, Hg2+, Cr3) inhibited the enzyme activity. Adequate statistical models without classification errors and activity class prediction errors for the test set were constructed by nonlinear trend vector and random forest methods. Both models show that the most important characteristics of metal ions affecting enzyme activity are electronegativity (ENPol), the first ionization potential (IP1), the entropy of ions in aqueous solution (S), and the electron affinity energy (Eae). Conclusions. QSAR analysis methods in combination with nonlinear trend vector and random forest methods allow adequately describing the effect of metal ions on the peptidase Bacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465 activity due to descriptors reflecting a certain balance of their electron-donating and electron-accepting properties (electronegativity, the first ionization potential, the electron affinity energy) and thermodynamic properties in aqueous solution (entropy of solvation). Both statistical methods give similar values of the importance of descriptors, but only the trend vector method allows us to analyze the direction of influence of specific characteristics of ions.uk
dc.description.abstractukПроблематика. Каталітична активність ензимів, що є їх найважливішою характеристикою, може суттєво змінюватися під впливом ефекторів, наприклад іонів металів, і є предметом спеціальних досліджень, що важливі для біохімії, біотехнології, медицини та інших галузей науки. Зазвичай активність ензимів за наявності металів оцінюють за зміною швидкості ферментативної реакції. Однак проведення подібних експериментальних досліджень, особливо для нових ензимів, як у випадку з пептидазою Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465, потребує значних ресурсів і розгорнутих кіне­тичних досліджень. Тому доцільним є застосування методів комп’ютерної хімії, базовою задачею якої є пошук залежності “структура–властивість”, для побудови моделі, що матиме змогу з високою вірогідністю оцінити вплив іонів металів на активність пептидази. Мета. Розробка QSAR-моделей для аналізу і прогнозування впливу іонів металів на активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465. Методика реалізації. Вплив іонів металів вивчали, визначаючи протеолітичну активність пептидази після сумісної інкубації впродовж 30 хв у 0,0167 M буферного розчину трис-HCl (рН 7,5, 37 °С). Кінцева концентрація хлоридів металів Li+; Na+; K+; Cs+; Cu2+; Be2+; Mg2+; Ca2+; Sr2+; Ba2+; Zn2+; Cd2+; Hg2+; Cr3+; Mn2+; Co2+; Ni2+ у буферному розчині становила 4 ммоль/дм3. Для пошуку кількісного зв’язку “структура–властивість” використовували довідкові дані про властивості іонів металів та методи тренд-вектора і випадкового лісу. Результати. Дослідження впливу іонів металів на протеолітичну активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465 показало, що деякі іони металів (Li +, Mn2+ і Co2+) активували пептидазу, а інші (Cu2 +, Be2+, Cd2+, Hg2+, Cr3+) інгібували активність ензиму. Нелінійними методами тренд-вектора та випадкового лісу побудовано адекватні статистичні моделі без помилок класифікації та помилок прогнозу класу активності для тестового набору. Обидві моделі показують, що найважливішими характеристиками іонів металів, які мають вплив на активність ензиму, є електронегативність (ENPol), перший потенціал іонізації (IP1), ентропія іонів у водному розчині (S) та енергія спорідненості до електрона (Eae). Висновки. Методи QSAR-аналізу в сукупності з нелінійними методами тренд-вектора та випадкового лісу дають змогу адекватно описати вплив іонів металів на активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465 за рахунок дескрипторів, що відображають певний баланс їхніх електронодонорних і електроноакцепторих властивостей (електронегативність, перший потенціал іонізації, енергія спорідненості до електрона) та ступінь структурованості гідратної оболонки (ентропія сольватації іонів). Обидва статистичних методи дають близькі значення важливості дескрипторів, але тільки метод тренд-вектора дає змогу проаналізувати напрям впливу конкретних характеристик іонів.uk
dc.format.pagerangeС. 238-246uk
dc.identifier.citationQSAR-аналіз впливу іонів металів на активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465 / Артеменко А. Г., Декіна С. С., Романовська І. І., Кузьмін В. Є. // Innovative Biosystems and Bioengineering. – 2021. – Vol. 5, No. 4. – С. 238-246. – Бібліогр.: 26 назв.uk
dc.identifier.doihttps://doi.org/10.20535/ibb.2021.5.4.243373
dc.identifier.urihttps://ela.kpi.ua/handle/123456789/47183
dc.language.isoukuk
dc.publisherКПІ ім. Ігоря Сікорськогоuk
dc.publisher.placeКиївuk
dc.sourceInnovative Biosystems and Bioengineering : international scientific e-journal, 2021, Vol. 5, No. 4uk
dc.subjectпептидаза Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465uk
dc.subjectіони металівuk
dc.subjectQSAR-аналіз,uk
dc.subjectвипадковий лісuk
dc.subjectтренд-векторuk
dc.subjectактивність ензимуuk
dc.subjectpeptidase Bacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465uk
dc.subjectmetal ionsuk
dc.subjectQSAR analysisuk
dc.subjectrandom forestuk
dc.subjecttrend vectoruk
dc.subjectenzyme activityuk
dc.subject.udc577.152.34/577.112.083uk
dc.titleQSAR-аналіз впливу іонів металів на активність пептидази Вacillus thuringiensis var. israelensis IMV B-7465uk
dc.typeArticleuk

Файли

Контейнер файлів
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз
Назва:
243373-Текст статті-576057-1-10-20220110.pdf
Розмір:
1.29 MB
Формат:
Adobe Portable Document Format
Опис:
Завантажити
Ліцензійна угода
Зараз показуємо 1 - 1 з 1
Ескіз недоступний
Назва:
license.txt
Розмір:
9.1 KB
Формат:
Item-specific license agreed upon to submission
Опис:
Завантажити

Зібрання

Innovative Biosystems and Bioengineering: international scientific e-journal, Vol. 5, No. 4