文章背景簡介

半纖維素是由木糖,甘露糖,阿拉伯糖和半乳糖單元組成的多糖混合物。甘露聚糖分為線性甘露聚糖,葡甘露聚糖,半乳甘露聚糖和半乳葡甘露聚糖。它們的主鏈由D-甘露糖殘基或D-甘露糖和 D-葡萄糖殘基配體通過β-1,4-糖苷鍵連接。半乳甘露聚糖和半乳葡甘露聚糖在甘露糖殘基的C6位含有通過β-1,6-糖苷鍵連接的半乳糖側鏈。甘露聚糖作為優(yōu)良的膳食纖維,具有多種治療效果和保健功能,

如減少飲食中脂肪的吸收和促進腸道益生菌的生長。此外,甘露聚糖可用作生物質進行乙醇發(fā)酵。

β-1,4-甘露聚糖酶(EC 3．2．1．78)是一種內切酶,廣泛分布在低等動物,植物和微生物的胞外分泌物中。與外切酶不同,β-1,4-甘露聚糖酶隨機水解甘露聚糖主鏈內的 β-1,4-糖苷鍵,產生甘露寡糖。根據(jù)其氨基酸序列,β-1,4-甘露聚糖酶在CAZy數(shù)據(jù)庫中分為糖苷水解酶(GH)5、26、113和134家族。在GH 5、26和113家族中,所有β-甘露聚糖酶均具有典型的(β/α)8 TIM-桶蛋白折疊結構,并具有保留催化機制。近來,在構巢曲霉中發(fā)現(xiàn)了一種 β-甘露聚糖酶,通過進行性質研究將其歸類為新的GH134家族。隨后對來自鏈霉菌屬的GH134家族β-甘露聚糖酶Ss GH134進行了結構解析,發(fā)現(xiàn)在其催化域中具有至少五個子位點的獨特構型。Ss GH134顯示出轉化催化機理,與報道的其他β-甘露聚糖酶和β-甘露糖苷酶完全不同。迄今為止,僅有一個GH134家族成員的晶體結構被報道,但底物結合機制尚不明確。

中國農業(yè)大學工程學院北京高級食品營養(yǎng)與人類健康創(chuàng)新中心的尤鑫等人于2018年在《Biochimica et Biophysica Acta (BBA) - General Subjects》(IF=4．021,生物2區(qū))發(fā)表了題為Structural and biochemical insights into the substrate-binding mechanism of a novel glycoside hydrolase family 134 β-mannanase的文章。

所用到的主要方法

1、ITC檢測動力學參數(shù);

2、TLC檢測寡糖水解特性;

3、懸滴氣體擴散法進行結晶;

4、X射線衍射進行結構模擬;

5、定點誘變試劑盒法進行定點突變等。

文章主要內容摘要

半纖維素是來源于高等植物的可再生資源,甘露聚糖是其的主要成分之一。β-甘露聚糖酶是一種能夠降解木質纖維素的酶。在本研究中,克隆并表達了來自小孢根霉的內切-β-甘露聚糖酶(RmMan134A)。重組RmMan134A的最適溫度為50°C,最適pH為5．0 ,對刺槐豆膠比活性最高(2337 U / mg)。為了深入了解RmMan134A與底物結合的機制,進一步解析了四個復合的結構(RmMan134A–M3,RmMan134A-M4,RmMan134A-M5和Rm Man134A-M6)。這些結構表明,Rm Man134A的催化結構域中至少存在七個子位點(?3至+4)。-1位的甘露糖與His113和Tyr131通過氫鍵相結合,形成獨特的構象。Lys48和Val159會形成與半乳糖側鏈結合的空間位阻。此外,Rm Man134A–M5 的各種結合模式表明,在水解過程中,-2至+2的子位點是必不可少的。Rm Man134A–M4 的結構表明,甘露四糖結合+1至+4子位點,因此Rm Man134A無法水解聚合度 ≤4的甘露寡糖。通過合理的實驗設計,顯著提升了RmMan134A的比活力和最佳條件。本文旨在研究真菌 GH 134家族的β-1,4-甘露聚糖酶的結構和功能,以及GH134家族成員與底物結合機制。

本文主要研究結果:

(1)解析了真菌中GH134家族的β-1,4-甘露聚糖酶(Rm Man134A)的結構。

(2)研究了Rm Man134A對不同底物的催化效率。

(3)提出了GH134家族成員與底物的結合機制。

(4)在結構上解釋了Rm Man134A 的底物特異性。