Quick and Accurate Estimates of Mutation Effects on Transition-State Stabilization of Enzymes from Molecular Simulations with Restrained Transition States

分子动力学 理论(学习稳定性) 采样(信号处理) 过渡(遗传学) 突变 计算机科学 统计物理学 国家(计算机科学) 伞式取样 比例(比率) 过渡状态 蛋白质工程 生物系统 化学 计算化学 物理 算法 机器学习 生物 生物化学 基因 量子力学 滤波器(信号处理) 计算机视觉 催化作用
作者
Tucker Burgin,Jim Pfaendtner,David A. C. Beck
出处
期刊:Journal of Physical Chemistry B [American Chemical Society]
卷期号:126 (48): 9964-9970
标识
DOI:10.1021/acs.jpcb.2c04802
摘要

Data science and machine learning are revolutionizing enzyme engineering; however, high-throughput simulations for screening large libraries of enzyme variants remain a challenge. Here, we present a novel but highly simple approach to comparing enzyme variants with fully atomistic classical molecular dynamics (MD) simulations on a tractable timescale. Our method greatly simplifies the problem by restricting sampling only to the reaction transition state, and we show that the resulting measurements of transition-state stability are well correlated with experimental activity measurements across two highly distinct enzymes, even for mutations with effects too small to resolve with free energy methods. This method will enable atomistic simulations to achieve sampling coverage for enzyme variant prescreening and machine learning model training on a scale that was previously not possible.

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