Conformational gating mechanism for processive catalysis of β(1,3)-glucans

门控 化学 机制(生物学) 生物物理学 催化作用 分子构象 构象变化 蛋白质结构 纳米技术 血浆蛋白结合
作者
Gustavo H. B. Gimenis,João P. M. Spadeto,Felippe M. Colombari,Renan Y. Miyamoto,Paula M. R. Higasi,Clelton Aparecido dos Santos,F Mandelli,Marcele Pandeló Martins,Evandro Araujo,M.N. Domingues,Felipe J. Fuzita,Oliveira, Amilton Moreira de, 1994-,Matheus C. Gazolla,Camila R. Santos,Gabriela Félix Persinoti,Harry Brumer,Carme Rovira,Carlos H. I. Ramos,Mariana A. B. Morais,M.T. Murakami
出处
期刊:Nature Communications [Nature Portfolio]
卷期号:17 (1)
标识
DOI:10.1038/s41467-026-71224-2
摘要

Processive catalysis is a fundamental molecular mechanism to build and dismantle complex biopolymers such as nucleic acids, proteins and carbohydrates, underpinning a myriad of biotechnological applications. Here, we uncover a processive mechanism for the breakdown of β(1,3)-glucans, a widespread carbohydrate class. This mechanism involves a dynamic active site, which adopts a tunnel-like conformation upon substrate binding. For product release, the disruption of a salt bridge triggers an open conformation that interacts with the remnant substrate, essential for subsequent catalytic cycles. Molecular simulations reveal that this processive cleavage involves a non-canonical sugar conformation, a characteristic hitherto limited to exo-acting enzymes. Together, these findings establish the mechanistic basis for β(1,3)-glucan processive catalysis, from substrate recognition to tunnel formation, nucleophilic attack, intermediate state stabilization, product release and translocation. Ultimately, this work broadens the knowledge of β(1,3)-glucan breakdown, demonstrating that enzymatic processive catalysis is a conserved evolutionary strategy across all major classes of β-glucans. Processivity is a fundamental principle in biopolymer assembly and breakdown. This study uncovers a tunnel-based processive mechanism for the depolymerization of β(1,3)-glucans, expanding this paradigm to the major classes of β-glucans in nature.
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