半岛平台|通过结构和生化分析新型糖苷水解酶134家族β-甘露聚糖酶与底物的结合机制

文章背景概述半纤维素是由木糖,甘露糖,阿拉伯糖和半乳糖单元构成的多糖混合物。太和聚糖分成线性太和聚糖,葡甘露聚糖,半乳太和聚糖和半乳葡甘露聚糖。它们的主链由D-甘露糖残基或D-甘露糖和D-葡萄糖残基配体通过β-1,4-糖苷键相连。

半乳太和聚糖和半乳葡甘露聚糖在甘露糖残基的C6位所含通过β-1,6-糖苷键相连的半乳糖侧链。太和聚糖作为优良的膳食纤维,具备多种化疗效果和保健功能,如增加饮食中脂肪的吸取和增进肠道益生菌的生长。此外,太和聚糖可用于生物质展开乙醇烘烤。β-1,4-太和聚糖酶(EC3．2．1．78)是一种内托酶,普遍产于在低等动物,植物和微生物的胞外分泌物中。

与外切酶有所不同,β-1,4-太和聚糖酶随机水解太和聚糖主链内的β-1,4-糖苷键,产生太和寡糖。根据其氨基酸序列,β-1,4-太和聚糖酶在CAZy数据库中分成糖苷水解酶(GH)5、26、113和134家族。

在GH5、26和113家族中,所有β-太和聚糖酶皆具备典型的(β/α)8TIM-桶蛋白拉链结构,并具备保有催化剂机制。近来,在构巢杆菌中找到了一种β-太和聚糖酶,通过展开性质研究将其归类为新的GH134家族。随后对来自链霉菌科的GH134家族β-太和聚糖酶SsGH134展开了结构解析,找到在其催化剂域中具备最少五个子位点的独有构型。

SsGH134表明出有转化成催化机理,与报导的其他β-太和聚糖酶和β-太和糖苷酶几乎有所不同。迄今为止,仅有一个GH134家族成员的晶体结构被报导,但底物融合机制尚能不具体。

中国农业大学工程学院北京高级食品营养与人类身体健康创意中心的尤鑫等人于2018年在《BiochimicaetBiophysicaActa(BBA)-GeneralSubjects》(IF=4．021,生物2区)公开发表了为题Structuralandbiochemicalinsightsintothesubstrate-bindingmechanismofanovelglycosidehydrolasefamily134β-mannanase的文章。所用到的主要方法1、ITC检测动力学参数;2、TLC检测寡糖水解特性;3、悬滴气体蔓延法展开结晶;4、X射线散射展开结构仿真;5、定点诱变试剂盒法展开定点变异等。文章主要内容摘要半纤维素是源于高等植物的可再生资源,太和聚糖是其的主要成分之一。

β-太和聚糖酶是一种需要水解木质纤维素的酶。在本研究中,克隆并传达了来自小孢根霉的内切-β-太和聚糖酶(RmMan134A)。重组RmMan134A的必要条件温度为50°C,必要条件pH为5．0,对刺槐豆胶比活性最低(2337U/mg)。

为了了解理解RmMan134A与底物融合的机制,更进一步解析了四个填充的结构(RmMan134A–M3,RmMan134A-M4,RmMan134A-M5和RmMan134A-M6)。这些结构指出,RmMan134A的催化剂结构域中最少不存在七个子位点(?3至+4)。

-1位的甘露糖与His113和Tyr131通过氢键结合,构成独有的构象。Lys48和Val159不会构成与半乳糖侧链融合的空间位阻。此外,RmMan134A–M5的各种融合模式指出,在水解过程中,-2至+2的子位点是必不可少的。RmMan134A–M4的结构指出,太和四糖融合+1至+4子位点,因此RmMan134A无法水解聚合度≤4的太和寡糖。

通过合理的实验设计,贞着提高了RmMan134A的比活力和最佳条件。本文目的研究真菌GH134家族的β-1,4-太和聚糖酶的结构和功能,以及GH134家族成员与底物融合机制。本文主要研究结果:(1)解析了真菌中GH134家族的β-1,4-太和聚糖酶(RmMan134A)的结构。

(2)研究了RmMan134A对有所不同底物的催化效率。(3)明确提出了GH134家族成员与底物的融合机制。(4)在结构上说明了RmMan134A的底物特异性。

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