Simulation for design and engineering of de novo redox proteins

从头氧化还原蛋白的设计和工程模拟

基本信息

  • 批准号:
    2894248
  • 负责人:
  • 金额:
    --
  • 依托单位:
  • 依托单位国家:
    英国
  • 项目类别:
    Studentship
  • 财政年份:
    2023
  • 资助国家:
    英国
  • 起止时间:
    2023 至 无数据
  • 项目状态:
    未结题

项目摘要

This project will apply a range of computational molecular simulation methods to contribute to design, engineering and understanding of construction of single and multicentre redox and chromophore proteins. This work will be carried out in close collaboration with experiments. Overall, this will not only address deficiencies in fundamental knowledge but also provide powerful routes to harnessing and exploiting the exceptional functional properties of natural proteins, such as efficient photon capture and energy transduction, long range and directional electron transfer, multi-electron redox catalysis, and transmembrane proton translocation for generating proton motive force. We will use state-of-the-art computational methods to design multi-centre soluble and membrane proteins with defined biophysical and dynamic properties, with designed ability to bind specific cofactors. Subsequently, these proteins will form the building blocks for more sophisticated architectures, ultimately aiming to contribute to the development of nanoscale molecular wires for directionally defined electron transfer, artificial yet biocompatible respiratory complexes, soluble and membrane-bound assemblies for broadband light harvesting, and photocatalytic enzymes for multi-electron catalysis. Central to this proposed work will be the implementation of our computational design and analysis pipeline, including within a virtual reality environment, and collaboration with state-of-the-art spectroscopy to map energy and electron transfer within the designed proteins and assemblies, applying quantum mechanical and multiscale methods to calculate electronic properties. This will link to time-resolved multidimensional and ultrafast spectroscopic experiments to probe energy and electron transfer processes within multi-centre de novo proteins and enzymes from microsecond to femtosecond timescales. Overall, this project will contribute to developing a comprehensive in silico pipeline for redox enzyme design and engineering, leading to soluble, modular multi-centre redox proteins and enzymes for long-range electron transfer, electron bifurcation, catalysis, broadband light harvesting and energy transfer.
该项目将应用一系列计算分子模拟方法,以促进单中心和多中心氧化还原蛋白和发色团蛋白的设计、工程和理解。这项工作将与实验密切合作进行。总体而言,这不仅将解决基础知识的缺陷,而且还为利用和利用天然蛋白质的特殊功能特性提供了强有力的途径,例如有效的光子捕获和能量转导、长距离和定向电子转移、多电子氧化还原催化、以及用于产生质子动力的跨膜质子易位。我们将使用最先进的计算方法来设计具有明确的生物物理和动力学特性的多中心可溶性膜蛋白,并具有结合特定辅因子的设计能力。随后,这些蛋白质将形成更复杂的结构的构建块,最终旨在促进纳米级分子线的开发,用于定向电子转移、人工且生物相容的呼吸复合物、用于宽带光捕获的可溶性和膜结合组件以及光催化用于多电子催化的酶。这项拟议工作的核心将是实施我们的计算设计和分析管道,包括在虚拟现实环境中,并与最先进的光谱学合作,应用量子技术来绘制设计的蛋白质和组件内的能量和电子转移。计算电子特性的机械和多尺度方法。这将与时间分辨多维和超快光谱实验联系起来,以探测多中心从头蛋白质和酶内从微秒到飞秒时间尺度的能量和电子转移过程。总体而言,该项目将有助于开发用于氧化还原酶设计和工程的综合计算机管道,从而产生可溶性、模块化多中心氧化还原蛋白和酶,用于长程电子转移、电子分叉、催化、宽带光捕获和能量转移。

项目成果

期刊论文数量(0)
专著数量(0)
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