Dissecting structure–function–stability relationships of a thermostable GH5-CBM3 cellulase from Bacillus subtilis 168

纤维素酶 枯草芽孢杆菌 纤维素 木质纤维素生物量 碳水化合物结合模块 糖苷水解酶 化学 水解酶 细胞壁 生物化学 立体化学 生物 细菌 遗传学
作者
C.R. Santos,J.H. Paiva,Maurício L. Sforça,Jorge Luiz Neves,Rodrigo Z. Navarro,Júnio Cota,P.K. Akao,Zaira B. Hoffmam,Andreia Navarro Meza,Juliana Helena Costa Smetana,Maria Luiza Caldas Nogueira,Igor Polikarpov,José Xavier‐Neto,Fábio M. Squina,Richard J. Ward,Roberto Ruller,Ana Carolina de Mattos Zeri,M.T. Murakami
出处
期刊:Biochemical Journal [Portland Press]
卷期号:441 (1): 95-104 被引量:98
标识
DOI:10.1042/bj20110869
摘要

Cellulases participate in a number of biological events, such as plant cell wall remodelling, nematode parasitism and microbial carbon uptake. Their ability to depolymerize crystalline cellulose is of great biotechnological interest for environmentally compatible production of fuels from lignocellulosic biomass. However, industrial use of cellulases is somewhat limited by both their low catalytic efficiency and stability. In the present study, we conducted a detailed functional and structural characterization of the thermostable BsCel5A (Bacillus subtilis cellulase 5A), which consists of a GH5 (glycoside hydrolase 5) catalytic domain fused to a CBM3 (family 3 carbohydrate-binding module). NMR structural analysis revealed that the Bacillus CBM3 represents a new subfamily, which lacks the classical calcium-binding motif, and variations in NMR frequencies in the presence of cellopentaose showed the importance of polar residues in the carbohydrate interaction. Together with the catalytic domain, the CBM3 forms a large planar surface for cellulose recognition, which conducts the substrate in a proper conformation to the active site and increases enzymatic efficiency. Notably, the manganese ion was demonstrated to have a hyper-stabilizing effect on BsCel5A, and by using deletion constructs and X-ray crystallography we determined that this effect maps to a negatively charged motif located at the opposite face of the catalytic site.
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