Structural and biophysical characterization of the multidomain xylanase Xyl.
Structural and biophysical characterization of the multidomain xylanase Xyl.
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DOI：
10.1371/journal.pone.0269188
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发表时间：
2022
期刊：
影响因子：
3.7
通讯作者：
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
化石燃料的枯竭、相关污染以及由此造成的健康危害引起了全世界的关注。木质生物质是清洁和可再生能源的替代来源。木质生物质的有效利用取决于木聚糖解聚，因为内-β-1,4-吡喃木糖基均聚物是半纤维素的主要成分，而半纤维素是木材中第二丰富的成分。木聚糖解聚是通过 CAZY 数据库的糖苷水解酶 (GH) 家族 5、8、10、11、30 和 43 的半纤维素分解木聚糖酶实现的。我们分析了来自有鼻收获白蚁 Trinervitermes trinervoides 后肠宏基因组的多域木聚糖酶 (Xyl)，该酶从山毛榉、桦木木聚糖和小麦阿拉伯木聚糖中释放木二糖和木三糖。 Xyl 的四个结构域包括 N 端 GH11 木聚糖酶结构域、两个家族 36 样碳水化合物结合结构域 CBM36-1 和 2，以及 C 端 CE4 酯酶结构域。先前的分析表明，CBM36-1 缺失略微增加了低 pH 下的 GH11 催化作用，而删除两个 CBM 则使 60°C 下的木聚糖酶活性从 90% 降低至 56%。探讨了这些观察结果所暗示的领域之间可能的合作性。双域构建体 GH11-CBM36-1 的晶体结构证实了 GH11 域的结构，而 CBM36-1 域缺乏电子密度，这可能表明 CBM36-1 域围绕 GH11 域的随机方向。等温滴定量热法 (ITC) 实验同样没有表明 Xyl 的各个结构域之间的特定相互作用，支持 Xyl 结构域的“串珠”模型。
The depletion of fossil fuels, associated pollution, and resulting health hazards are of concern worldwide. Woody biomass constitutes an alternative source of cleaner and renewable energy. The efficient use of woody biomass depends on xylan depolymerisation as the endo-β-1,4-xylopyranosyl homopolymer is the main component of hemicellulose, the second most abundant component of wood. Xylan depolymerisation is achieved by hemicellulolytic xylanases of glycoside hydrolase (GH) families 5, 8, 10, 11, 30 and 43 of the CAZY database. We analysed a multidomain xylanase (Xyl) from the hindgut metagenome of the snouted harvester termite Trinervitermes trinervoides that releases xylobiose and xylotriose from beech and birch xylan and wheat arabinoxylan. The four domains of Xyl include an N-terminal GH11 xylanase domain, two family 36-like carbohydrate-binding domains CBM36-1 and 2, and a C-terminal CE4 esterase domain. Previous analyses indicated that CBM36-1 deletion slightly increased GH11 catalysis at low pH whereas removal of both CBMs decreased xylanase activity at 60°C from 90 to 56%. Possible cooperativity between the domains suggested by these observations was explored. A crystal structure of the two-domain construct, GH11-CBM36-1, confirmed the structure of the GH11 domain whereas the CBM36-1 domain lacked electron density, possibly indicating a random orientation of the CBM36-1 domain around the GH11 domain. Isothermal titration calorimetry (ITC) experiments similarly did not indicate specific interactions between the individual domains of Xyl supporting a “beads-on-a-string” model for Xyl domains.
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