Structures of a glucose-tolerant β-glucosidase provide insights into its mechanism

热稳定性 限制 突变 突变体 酶 生物化学 化学 蛋白质工程 纤维素 催化效率 基因 机械工程 工程类
作者
Panjiao Pang,Lichuang Cao,Yuhuan Liu,Wei Xie,Zhong Wang
出处
期刊:Journal of Structural Biology [Elsevier BV]
卷期号:198 (3): 154-162 被引量:42
标识
DOI:10.1016/j.jsb.2017.02.001
摘要

Cellulose can be converted to ethanol via the fermentation of glucose, which is considered as a promising green alternative for transportation fuels. The conversion of cellulose to glucose needs three enzymes, in which β-glucosidase (BGL) plays an essential role. However, BGL is inhibited by its own product glucose, greatly limiting its applications in industry. We previously obtained a novel BGL named Bgl6 with a high glucose tolerance. Further engineering through random mutagenesis produced a triple mutant M3 with improved thermostability. This enzyme shows promising properties for wide applications but the structural basis of the unusual properties of Bgl6 is not clear. In this study, we determined the crystal structures of Bgl6 and variants at high resolution, which provide insights into its glucose-tolerant mechanism and thermostability. Particularly, Bgl6 forms an extra channel that could be used as a secondary binding site for glucose, which may contribute to glucose tolerance. Additionally, the triple mutations could strengthen the hydrophobic interactions within the enzyme and may be responsible for the enhanced thermostability exhibited by M3, which was further confirmed by dynamic light scattering data. Lastly, structural comparison to other orthologs allows us to formulate new strategies on how to improve the catalytic efficiency of Bgl6.
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