Improving the catalytic activity of β-glucosidase from Coniophora puteana via semi-rational design for efficient biomass cellulose degradation

化学 野生型 催化作用 残留物(化学) 玉米芯 纤维素 突变体 降级(电信) 纤维素酶 菌丝体 色谱法 生物化学 有机化学 植物 生物 原材料 计算机科学 基因 电信
作者
Haiyan Zhou,Qi Chen,Yifeng Zhang,Doudou Chen,Xiao-Nan Yi,De-Shui Chen,Xin‐Ping Cheng,Mian Li,Hongyan Wang,Kai-Qian Chen,Zhi‐Qiang Liu,Yu‐Guo Zheng
出处
期刊:Enzyme and microbial technology [Elsevier BV]
卷期号:164: 110188-110188 被引量:19
标识
DOI:10.1016/j.enzmictec.2022.110188
摘要

In order to improve the degradation activity of β-glucosidase (CpBgl) from Coniophora puteana, the structural modification was conducted. The enzyme activity of mutants CpBgl-Q20C and CpBgl-A240S was increased by 65.75% and 58.58%, respectively. These mutants exhibited maximum activity under the same conditions as wild-type CpBgl (65 ℃ and pH 5.0), slightly improved stabilities compared that of the wild-type, and remarkably enhanced activities in the presence of Mn2+ or Fe2+. The Vmax of CpBgl-Q20C and CpBgl-A240S was increased to 138.18 and 125.14 μmol/mg/min, respectively, from 81.34 μmol/mg/min of the wild-type, and the catalysis efficiency (kcat/Km) of CpBgl-Q20C (335.79 min−1/mM) and CpBgl-A240S (281.51 min−1/mM) was significantly improved compared with that of the wild-type (149.12 min−1/mM). When the mutant CpBgl-Q20C were used in the practical degradation of different biomasses, the glucose yields of filter paper, corncob residue, and fungi mycelia residue were increased by 17.68%, 25.10%, and 20.37%, respectively. The spatial locations of the mutation residues in the architecture of CpBgl and their unique roles in the enzyme-substrate binding and catalytic efficiency were probed in this work. These results laid a foundation for evolution of other glycoside hydrolases and the industrial bio-degradation of cellulosic biomass in nature.

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