Comparative studies of methanogenesis enzyme variants towards the understanding of ethane oxidation in archaea
No Thumbnail Available
Files
Bergkulla_August_2024.pdf (14.69 MB) (opens in new window)
Aalto login required (access for Aalto Staff only).
URL
Journal Title
Journal ISSN
Volume Title
Kemiantekniikan korkeakoulu |
Bachelor's thesis
Electronic archive copy is available locally at the Harald Herlin Learning Centre. The staff of Aalto University has access to the electronic bachelor's theses by logging into Aaltodoc with their personal Aalto user ID. Read more about the availability of the bachelor's theses.
Unless otherwise stated, all rights belong to the author. You may download, display and print this publication for Your own personal use. Commercial use is prohibited.
Authors
Date
2024-08-30
Department
Major/Subject
Biotuotteet
Mcode
CHEM3048
Degree programme
Kemiantekniikan kandidaattiohjelma
Language
en
Pages
39
Series
Abstract
Archaea are typically unicellular microorganisms with a similar structure of bacteria. Methanogenic archaea use a reductive reaction that produce CH4 during their metabolism, while methanotrophic archaea oxidize CH4 to various compounds in- cluding CO2. Recent studies have shown that the archaea E. Thermophilum oxidizes C2H6 to CO2, however the mechanisms and the enzymes involved in the reaction are unconfirmed. The hypothesis is that E. Thermophilum uses the same enzymes as ANME (anaer- obic methanotrophic archaea), although E. Thermophilum oxidizes C2 substrates to CO2 (C1), compared to ANME that oxidize C1 substrates into CO2 (C1). This thesis compares the enzymes of E. Thermophilum with those of M. Acetivorans, an archaeon in which E. Thermophilum enzymes can be expressed. The goal of the thesis is to conduct comparative studies of methanogenesis enzyme variants towards the understanding of ethane oxidation in archaea. The thesis utilizes tools such as AlphaFold 3, PyMOL, Avogadro2 and AutoDock Vina to visualize and conduct molecular docking studies on the enzymes Mtr, Mer and Mtd. The thesis compares the enzyme structures between the species using various approaches, including amino acid sequence comparison and alignment tools in PyMOL. The ligands and enzymes used in the molecular docking are prepared and the active sites for the enzymes are defined. The docking is performed using AutoDock Vina, which generated protein structure files including the most stable enzyme-ligand bindings and conformation, as well as the binding affinity. The results are presented through visualizations of the molecular docking as well as tables displaying the affinity scores. The results for M. Acetivorans are considered more reliable than those for E. Thermophilum because the reference enzyme structures for E. Thermophilum showed greater deviations. However, the affinity scores between the species are similar. The limitations and factors that may affect the result reliability is also critically evaluated and discussed. Overall, while the strong affinity scores and structural similarities suggest potential reactions in E. Thermophilum, further research is needed for conclusive results.Arkéer är vanligtvis encelliga mikroorganismer med en struktur som liknar bakteriens. Metanogena arkéer använder en reduktiv reaktion som producerar CH4 under sin metabolism, medan metanotrofa arkéer oxiderar CH4 till olika föreningar inklusive CO2. Nyligen har studier visat att arkéen E. Thermophilum oxiderar C2H6 till CO2, men mekanismerna och enzymerna involverade är fortfarande oklara. Hypotesen är att E. Thermophilum använder sig av samma enzymer som ANME (anaeroba metanotrofa arkéer), även om E.Thermophilum oxiderar C2-substrat till CO2 (C1), medan ANME oxiderar C1-substrat till CO2 (C1). Denna kandidatavhandling jämför enzymerna hos E. Thermophilum med de hos M. Acetivorans, en arké som kan uttrycka E. Thermophilum enzymer. Målet är att genomföra jämförande studier av metanogena enzymvarianter för att förstå etanoxidationen hos arkéer. Arbetet använder verktyg som AlphaFold 3, PyMOL, Avogadro2 och AutoDock Vina för att visualisera och genomföra molekylär dockning på enzymerna Mtr, Mer och Mtd. Avhandlingen jämför enzymstrukturerna mellan arterna med olika metoder, inklusive aminosyrasekvensjämförelse och synkroniserings verktyg i PyMOL. I arbetet förbereds liganderna och enzymerna som används i molekylära dockningen och de aktiva centrumen för enzymerna definieras. Dockningen utförs med AutoDock Vina, som genererar proteinstrukturfiler som inkluderar de mest stabila enzym- ligand-bindningarna och konformationerna, samt bindningsaffiniteten. Resultaten presenteras med visualiseringar av molekylära dockningen samt tabeller som visar affinitetsresultaten för bindningarna. Resultaten för M. Acetivorans anses vara mer tillförlitliga än de för E. Thermophilum eftersom referensenzymstrukturerna för E. Thermophilum visade större skillnader i strukturna. Affinitetsresultaten mellan arterna är dock väldigt lika. Begränsningar och faktorer som kan påverka resultatens tillförlitlighet utvärderas och diskuteras kritiskt. Sammanfattningsvis, de starka affinitetsresultaten och de strukturella likheterna tyder på potentiella reaktioner hos E. Thermophilum, men det behövs ytterligare forskning och litteratur för att dra slutgiltiga slutsatser om reaktionen.Description
Supervisor
Kontturi, EeroThesis advisor
Laird, MaximeKeywords
archaea, ethane oxidation, enzymes, active sites, molecular docking