Published July 8, 2016
| Version v1
Publication
Open
The GH51 α-l-arabinofuranosidase from Paenibacillus sp. THS1 is multifunctional, hydrolyzing main-chain and side-chain glycosidic bonds in heteroxylans
Creators
- 1. Tunis University
- 2. Tunis El Manar University
- 3. Laboratoire d'Ingénierie des Systèmes Biologiques et des Procédés
- 4. Université de Toulouse
- 5. French National Centre for Scientific Research
- 6. University of Reims Champagne-Ardenne
- 7. Aberystwyth University
- 8. Institute of Biological, Environmental and Rural Sciences
Description
Conceptually, multi-functional enzymes are attractive because in the case of complex polymer hydrolysis having two or more activities defined by a single enzyme offers the possibility of synergy and reduced enzyme cocktail complexity. Nevertheless, multi-functional enzymes are quite rare and are generally multi-domain assemblies with each activity being defined by a separate protein module. However, a recent report described a GH51 arabinofuranosidase from Alicyclobacillus sp. A4 that displays both α-l-arabinofuranosidase and β-d-xylanase activities, which are defined by a single active site. Following on from this, we describe in detail another multi-functional GH51 arabinofuranosidase and discuss the molecular basis of multifunctionality. THSAbf is a GH51 α-l-arabinofuranosidase. Characterization revealed that THSAbf is active up to 75 °C, stable at 60 °C and active over a broad pH range (4–7). THSAbf preferentially releases para-nitrophenyl from the l-arabinofuranoside (k cat/K M = 1050 s−1 mM−1) and to some extent from d-galactofuranoside and d-xyloside. THSAbf is active on 4-O-methylglucuronoxylans from birch and beechwood (10.8 and 14.4 U mg−1, respectively) and on sugar beet branched and linear arabinans (1.1 ± 0.24 and 1.8 ± 0.1 U mg−1). Further investigation revealed that like the Alicyclobacillus sp. A4 α-l-arabinofuranosidase, THSAbf also displays endo-xylanase activity, cleaving β-1,4 bonds in heteroxylans. The optimum pH for THASAbf activity is substrate dependent, but ablation of the catalytic nucleophile caused a general loss of activity, indicating the involvement of a single active center. Combining the α-l-arabinofuranosidase with a GH11 endoxylanase did not procure synergy. The molecular modeling of THSAbf revealed a wide active site cleft and clues to explain multi-functionality. The discovery of single active site, multifunctional enzymes such as THSAbf opens up exciting avenues for enzyme engineering and the development of new biomass-degrading cocktails that could considerably reduce enzyme production costs.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
من الناحية المفاهيمية، تعتبر الإنزيمات متعددة الوظائف جذابة لأنه في حالة التحلل المائي البوليمري المعقد الذي يحتوي على نشاطين أو أكثر يحددهما إنزيم واحد يوفر إمكانية التآزر وتقليل تعقيد كوكتيل الإنزيم. ومع ذلك، فإن الإنزيمات متعددة الوظائف نادرة جدًا وهي عمومًا تجمعات متعددة المجالات مع تحديد كل نشاط بوحدة بروتين منفصلة. ومع ذلك، وصف تقرير حديث إنزيم GH51 arabinofuranosidase من Alicyclobacillus sp. A4 الذي يعرض كلاً من أنشطة ألفا- ل- أرابينوفورانوزيداز وبيتا- د- زيلاناز، والتي يتم تحديدها من خلال موقع نشط واحد. بعد ذلك، نصف بالتفصيل إنزيم GH51 أرابينوفورانوزيداز آخر متعدد الوظائف ونناقش الأساس الجزيئي للوظائف المتعددة. THSAbf هو GH51 α - l - arabinofuranosidase. كشف التوصيف أن THSAbf نشط حتى 75 درجة مئوية، ومستقر عند 60 درجة مئوية ونشط على نطاق واسع من الأس الهيدروجيني (4–7). يطلق THSAbf بشكل تفضيلي بارا نيترو فينيل من ل- أرابينوفورانوسيد (ك كات/ك م = 1050 ثانية-1 مللي مولار-1) وإلى حد ما من د- جالاكتوفورانوسيد و د- زيلوسيد. ينشط THSAbf على 4 - O - methyl glucuronoxylans من البتولا وخشب الزان (10.8 و 14.4 U ملغ-1، على التوالي) وعلى بنجر السكر المتفرع والأرابينان الخطي (1.1 ± 0.24 و 1.8 ± 0.1 U ملغ-1). كشف المزيد من التحقيق أنه مثل Alicyclobacillus sp. A4 α - l - arabinofuranosidase، يعرض THSAbf أيضًا نشاط إندو زيلاناز، ويشق روابط β -1,4 في الهيتيروكسيلانات. يعتمد الرقم الهيدروجيني الأمثل لنشاط THASAbf على الركيزة، لكن استئصال أليف النواة الحفاز تسبب في فقدان عام للنشاط، مما يشير إلى مشاركة مركز نشط واحد. لم يؤد الجمع بين α - l - arabinofuranosidase مع إندوكسيلاناز GH11 إلى الحصول على التآزر. كشفت النمذجة الجزيئية لـ THSAbf عن شق موقع نشط واسع وأدلة لشرح الوظائف المتعددة. إن اكتشاف موقع نشط واحد، وإنزيمات متعددة الوظائف مثل THSAbf يفتح طرقًا مثيرة لهندسة الإنزيمات وتطوير كوكتيلات جديدة متحللة للكتلة الحيوية يمكن أن تقلل بشكل كبير من تكاليف إنتاج الإنزيمات.Translated Description (French)
Conceptuellement, les enzymes multifonctionnelles sont attrayantes car dans le cas de l'hydrolyse de polymères complexes ayant deux ou plusieurs activités définies par une seule enzyme, elles offrent la possibilité d'une synergie et d'une complexité réduite des cocktails enzymatiques. Néanmoins, les enzymes multifonctionnelles sont assez rares et sont généralement des assemblages multi-domaines, chaque activité étant définie par un module protéique distinct. Cependant, un rapport récent a décrit une arabinofuranosidase GH51 d'Alicyclobacillus sp. A4 qui présente à la fois des activités α-l-arabinofuranosidase et β-d-xylanase, qui sont définies par un seul site actif. Suite à cela, nous décrivons en détail une autre arabinofuranosidase GH51 multifonctionnelle et discutons de la base moléculaire de la multifonctionnalité. THSAbf est une α-l-arabinofuranosidase GH51. La caractérisation a révélé que THSAbf est actif jusqu'à 75 °C, stable à 60 °C et actif sur une large plage de pH (4–7). THSAbf libère préférentiellement le para-nitrophényle du l-arabinofuranoside (k cat/K M = 1050 s−1 mM−1) et dans une certaine mesure du d-galactofuranoside et du d-xyloside. THSAbf est actif sur les 4-O-méthylglucuronoxylanes de bouleau et de hêtre (10,8 et 14,4 U mg−1, respectivement) et sur les arabinanes ramifiés et linéaires de betterave à sucre (1,1 ± 0,24 et 1,8 ± 0,1 U mg−1). Une enquête plus approfondie a révélé que, comme l'Alicyclobacillus sp. A4 α-l-arabinofuranosidase, THSAbf présente également une activité endo-xylanase, clivant les liaisons β-1,4 dans les hétéroxylanes. Le pH optimal pour l'activité de THASAbf dépend du substrat, mais l'ablation du nucléophile catalytique a provoqué une perte générale d'activité, indiquant l'implication d'un seul centre actif. La combinaison de l'α-l-arabinofuranosidase avec une endoxylanase GH11 n'a pas procuré de synergie. La modélisation moléculaire de THSAbf a révélé une large fente du site actif et des indices pour expliquer la multifonctionnalité. La découverte d'enzymes multifonctionnelles à site actif unique telles que THSAbf ouvre des voies passionnantes pour l'ingénierie enzymatique et le développement de nouveaux cocktails dégradant la biomasse qui pourraient réduire considérablement les coûts de production des enzymes.Translated Description (Spanish)
Conceptualmente, las enzimas multifuncionales son atractivas porque en el caso de la hidrólisis polimérica compleja que tiene dos o más actividades definidas por una sola enzima ofrece la posibilidad de sinergia y complejidad reducida del cóctel enzimático. Sin embargo, las enzimas multifuncionales son bastante raras y generalmente son ensamblajes multidominio con cada actividad definida por un módulo de proteína separado. Sin embargo, un informe reciente describió una arabinofuranosidasa GH51 de Alicyclobacillus sp. A4 que muestra las actividades tanto de α-l-arabinofuranosidasa como de β-d-xilanasa, que se definen por un único sitio activo. A partir de esto, describimos en detalle otra arabinofuranosidasa GH51 multifuncional y discutimos las bases moleculares de la multifuncionalidad. THSAbf es una α-l-arabinofuranosidasa GH51. La caracterización reveló que THSAbf es activo hasta 75 °C, estable a 60 °C y activo en un amplio rango de pH (4–7). THSAbf libera preferentemente para-nitrofenilo del l-arabinofuranosido (k cat/K M = 1050 s−1 mM−1) y en cierta medida del d-galactofuranosido y d-xilósido. THSAbf es activo en 4-O-metilglucuronoxilanos de abedul y madera de haya (10.8 y 14.4 U mg−1, respectivamente) y en arabinanos ramificados y lineales de remolacha azucarera (1.1 ± 0.24 y 1.8 ± 0.1 U mg−1). Investigaciones posteriores revelaron que, al igual que el Alicyclobacillus sp. A4 α-l-arabinofuranosidasa, THSAbf también muestra actividad endo-xilanasa, escindiendo enlaces β-1,4 en heteroxilanos. El pH óptimo para la actividad de THASAbf depende del sustrato, pero la ablación del nucleófilo catalítico causó una pérdida general de actividad, lo que indica la participación de un solo centro activo. La combinación de la α-l-arabinofuranosidasa con una endoxilanasa GH11 no proporcionó sinergia. El modelado molecular de THSAbf reveló una amplia hendidura en el sitio activo y pistas para explicar la multifuncionalidad. El descubrimiento de enzimas multifuncionales de un solo sitio activo, como THSAbf, abre vías interesantes para la ingeniería enzimática y el desarrollo de nuevos cócteles de degradación de biomasa que podrían reducir considerablemente los costos de producción de enzimas.Files
s13068-016-0550-x.pdf
Files
(2.0 MB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:5ae19c97792914bd2d1b630f6ca0937f
|
2.0 MB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- GH51 α - l - arabinofuranosidase من Paenibacillus sp. THS1 عبارة عن روابط جليكوسيدية متعددة الوظائف تتحلل بالماء في السلسلة الرئيسية والجانبية في الهيتيروكسيلانات
- Translated title (French)
- L'α-l-arabinofuranosidase GH51 de Paenibacillus sp. THS1 est multifonctionnel, hydrolysant les liaisons glycosidiques de la chaîne principale et de la chaîne latérale dans les hétéroxylanes
- Translated title (Spanish)
- La α-l-arabinofuranosidasa GH51 de Paenibacillus sp. THS1 es multifuncional, hidroliza los enlaces glucosídicos de la cadena principal y la cadena lateral en heteroxilanos
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2467153097
- DOI
- 10.1186/s13068-016-0550-x
References
- https://openalex.org/W1553433901
- https://openalex.org/W1571687674
- https://openalex.org/W1963182504
- https://openalex.org/W1973669659
- https://openalex.org/W1977177116
- https://openalex.org/W1986802076
- https://openalex.org/W1997099226
- https://openalex.org/W1997506884
- https://openalex.org/W1999720555
- https://openalex.org/W2000028565
- https://openalex.org/W2009674410
- https://openalex.org/W2020894858
- https://openalex.org/W2049434701
- https://openalex.org/W2055735541
- https://openalex.org/W2058372130
- https://openalex.org/W2063787215
- https://openalex.org/W2071070833
- https://openalex.org/W2072742902
- https://openalex.org/W2076138970
- https://openalex.org/W2080872848
- https://openalex.org/W2106121486
- https://openalex.org/W2109646931
- https://openalex.org/W2111668377
- https://openalex.org/W2116193843
- https://openalex.org/W2119095542
- https://openalex.org/W2121368083
- https://openalex.org/W2127494950
- https://openalex.org/W2132242249
- https://openalex.org/W2152661355
- https://openalex.org/W2158945235
- https://openalex.org/W2184230261
- https://openalex.org/W2317605874
- https://openalex.org/W4246328533