Functional characterization and structural modeling of synthetic polyester-degrading hydrolases from Thermomonospora curvata.
Functional characterization and structural modeling of synthetic polyester-degrading hydrolases from Thermomonospora curvata.
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来自Thermonospora Curvata的合成聚酯降解水解酶的功能表征和结构建模。
DOI：
10.1186/s13568-014-0044-9
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发表时间：
2014
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
Zimmermann W
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wei R;Oeser T;Then J;Kühn N;Barth M;Schmidt J;Zimmermann W
Thermomonospora curvata 是一种嗜热放线菌，在系统发育上与 Thermobifida fusca 相关，产生能够降解合成聚酯的胞外水解酶。对 T. curvata DSM43183 基因组的分析揭示了编码假定聚酯水解酶 Tcur1278 和 Tcur0390 的两个基因与 T. fusca 酶具有 61% 的序列同一性。 Tcur1278和Tcur0390的成熟蛋白在大肠杆菌TOP10中克隆并表达。 Tcur1278 和 Tcur0390 对丁酸对硝基苯酯的最佳反应温度分别为 60°C 和 55°C。两种酶的最佳 pH 值确定为 pH 8.5。在 55°C 下孵育 60 分钟后，Tcur1278 保留了超过 80% 的初始活性，Tcur0390 保留了不到 10% 的初始活性。与 Tcur1278 相比，在高达 50°C 的反应温度下，Tcur0390 对聚（ε-己内酯）和聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET）纳米颗粒表现出更高的水解活性。在 55°C 和 60°C 下，仅使用 Tcur1278 检测到针对 PET 纳米粒子的水解活性。聚酯水解酶的计算机模拟以及与由两个 PET 重复单元组成的模型底物对接揭示了具有暴露的催化三联体的 α/β 丝氨酸水解酶的典型折叠。分子动力学模拟证实了 Tcur1278 优异的热稳定性，这被认为是其对 PET 具有较高水解活性的主要原因。
Thermomonospora curvata is a thermophilic actinomycete phylogenetically related to Thermobifida fusca that produces extracellular hydrolases capable of degrading synthetic polyesters. Analysis of the genome of T. curvata DSM43183 revealed two genes coding for putative polyester hydrolases Tcur1278 and Tcur0390 sharing 61% sequence identity with the T. fusca enzymes. Mature proteins of Tcur1278 and Tcur0390 were cloned and expressed in Escherichia coli TOP10. Tcur1278 and Tcur0390 exhibited an optimal reaction temperature against p-nitrophenyl butyrate at 60°C and 55°C, respectively. The optimal pH for both enzymes was determined at pH 8.5. Tcur1278 retained more than 80% and Tcur0390 less than 10% of their initial activity following incubation for 60 min at 55°C. Tcur0390 showed a higher hydrolytic activity against poly(ε-caprolactone) and polyethylene terephthalate (PET) nanoparticles compared to Tcur1278 at reaction temperatures up to 50°C. At 55°C and 60°C, hydrolytic activity against PET nanoparticles was only detected with Tcur1278. In silico modeling of the polyester hydrolases and docking with a model substrate composed of two repeating units of PET revealed the typical fold of α/β serine hydrolases with an exposed catalytic triad. Molecular dynamics simulations confirmed the superior thermal stability of Tcur1278 considered as the main reason for its higher hydrolytic activity on PET.
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