Published January 4, 2018
| Version v1
Publication
Open
Theoretical study of the arabinan hydrolysis by an inverting GH43 arabinanase
Description
The endo-1,5-α-L-arabinanases (ABNases) belong to the glycoside hydrolase family 43 (GH43) and hydrolyse α-1,5-arabinofuranosidic bonds in arabinose-containing polysaccharides by an inverting mechanism. ABNases are key enzymes involved in hemicellulose degradation with various applications in food technology, organic synthesis and biofuel production. Here, the reaction mechanism of the Geobacillus stearothermophilus GH43 ABNases has been investigated using density functional theory method. To probe the role of the pKa modulators (Ser164 and Tyr229) in the reaction, two different orientations of a catalytic acid (Glu201) with respect to the position of these residues are considered. The results show that the orientation involving a hydrogen bond network (Ser164•••Glu201•••Tyr229) is energetically more favourable, compared to the other one (Ser164•••Glu201), with a barrier of 13.6 kcal mol−1, consistent with the experimental data. Our calculations also give support to a single displacement mechanism proposed in the literature where the protonation of glycosidic bond and a nucleophilic attack by a catalytic water occur in a concerted but asynchronous manner.
Translated Descriptions
⚠️
This is an automatic machine translation with an accuracy of 90-95%
Translated Description (Arabic)
ينتمي إندو-1,5 - α - L - arabinanases (ABNases) إلى عائلة هيدرولاز الجليكوزيد 43 (GH43) والتحلل المائي α -1,5 - arabinofuranosidic الروابط في السكريات المحتوية على الأرابينوز بواسطة آلية عكسية. إن إنزيمات ABNases هي إنزيمات رئيسية تشارك في تحلل نصف السلولوز مع تطبيقات مختلفة في تكنولوجيا الأغذية والتوليف العضوي وإنتاج الوقود الحيوي. هنا، تم التحقيق في آلية تفاعل Geobacillus stearothermophilus GH43 ABNases باستخدام طريقة نظرية الكثافة الوظيفية. للتحقق من دور مُعدِّلات pKa (Ser164 و Tyr229) في التفاعل، يتم النظر في اتجاهين مختلفين للحمض الحفاز (Glu201) فيما يتعلق بموضع هذه البقايا. تظهر النتائج أن الاتجاه الذي ينطوي على شبكة رابطة الهيدروجين (Ser164•••Glu201••Tyr229) هو أكثر ملاءمة من الناحية الحيوية، مقارنة مع الآخر (Ser164•••Glu201)، مع حاجز من 13.6 سعرة حرارية مول-1، بما يتفق مع البيانات التجريبية. كما تدعم حساباتنا آلية إزاحة واحدة مقترحة في الأدبيات حيث يحدث بروتون الرابطة الجليكوسيدية والهجوم النووي بواسطة الماء الحفاز بطريقة متضافرة ولكن غير متزامنة.Translated Description (French)
Les endo-1,5-α-L-arabinanases (ABNases) appartiennent à la famille des glycosides hydrolases 43 (GH43) et hydrolysent les liaisons α-1,5-arabinofuranosidiques dans les polysaccharides contenant de l'arabinose par un mécanisme d'inversion. Les ABNases sont des enzymes clés impliquées dans la dégradation de l'hémicellulose avec diverses applications dans la technologie alimentaire, la synthèse organique et la production de biocarburants. Ici, le mécanisme réactionnel des ABNases de Geobacillus stearothermophilus GH43 a été étudié en utilisant la méthode de la théorie fonctionnelle de la densité. Pour sonder le rôle des modulateurs de pKa (Ser164 et Tyr229) dans la réaction, deux orientations différentes d'un acide catalytique (Glu201) par rapport à la position de ces résidus sont considérées. Les résultats montrent que l'orientation impliquant un réseau de liaisons hydrogène (Ser164 •••Glu201•••Tyr229) est énergétiquement plus favorable, par rapport à l'autre (Ser164•••Glu201), avec une barrière de 13,6 kcal mol−1, en accord avec les données expérimentales. Nos calculs appuient également un mécanisme de déplacement unique proposé dans la littérature où la protonation de la liaison glycosidique et une attaque nucléophile par une eau catalytique se produisent de manière concertée mais asynchrone.Translated Description (Spanish)
Las endo-1,5-α-L-arabinanasas (ABNasas) pertenecen a la familia de las glucósido hidrolasas 43 (GH43) e hidrolizan enlaces α-1,5-arabinofuranosídicos en polisacáridos que contienen arabinosa mediante un mecanismo de inversión. Las ABNasas son enzimas clave involucradas en la degradación de la hemicelulosa con diversas aplicaciones en tecnología alimentaria, síntesis orgánica y producción de biocombustibles. Aquí, se ha investigado el mecanismo de reacción de las ABNasas GH43 de Geobacillus stearothermophilus utilizando el método de la teoría funcional de la densidad. Para sondear el papel de los moduladores de pKa (Ser164 y Tyr229) en la reacción, se consideran dos orientaciones diferentes de un ácido catalítico (Glu201) con respecto a la posición de estos residuos. Los resultados muestran que la orientación que implica una red de enlaces de hidrógeno (Ser164••• Glu201 •• • Tyr229) es energéticamente más favorable, en comparación con la otra (Ser164••• Glu201), con una barrera de 13.6 kcal mol−1, consistente con los datos experimentales. Nuestros cálculos también respaldan un mecanismo de desplazamiento único propuesto en la literatura donde la protonación del enlace glicosídico y un ataque nucleófilo por un agua catalítica ocurren de manera concertada pero asíncrona.Files
10147182.pdf.pdf
Files
(384.7 kB)
| Name | Size | Download all |
|---|---|---|
|
md5:911366a0cdb43b9c31f55321c7ebc7d6
|
384.7 kB | Preview Download |
Additional details
Additional titles
- Translated title (Arabic)
- دراسة نظرية للتحلل المائي للأرابينان بواسطة أرابيناناز GH43 مقلوب
- Translated title (French)
- Etude théorique de l'hydrolyse de l'arabinane par une GH43 arabinanase inverseuse
- Translated title (Spanish)
- Estudio teórico de la hidrólisis de arabinano por una arabinanasa GH43 inversora
Identifiers
- Other
- https://openalex.org/W2782414954
- DOI
- 10.1080/08927022.2017.1422212
References
- https://openalex.org/W1896701700
- https://openalex.org/W1931996314
- https://openalex.org/W1961141457
- https://openalex.org/W1976351388
- https://openalex.org/W1988302373
- https://openalex.org/W2001493452
- https://openalex.org/W2020133047
- https://openalex.org/W2027561928
- https://openalex.org/W2028172606
- https://openalex.org/W2029598010
- https://openalex.org/W2039418628
- https://openalex.org/W2039559098
- https://openalex.org/W2043929927
- https://openalex.org/W2052397649
- https://openalex.org/W2053453972
- https://openalex.org/W2058848030
- https://openalex.org/W2065097897
- https://openalex.org/W2071466250
- https://openalex.org/W2071776850
- https://openalex.org/W2089313893
- https://openalex.org/W2090735906
- https://openalex.org/W2094010008
- https://openalex.org/W2108929776
- https://openalex.org/W2113964973
- https://openalex.org/W2130488875
- https://openalex.org/W2169257298
- https://openalex.org/W2171970785
- https://openalex.org/W2261547795
- https://openalex.org/W2613905013
- https://openalex.org/W302737051
- https://openalex.org/W4206463715
- https://openalex.org/W93459794