通常认为，CBMs（carbohydrate-binding modules，碳水化合物结合模块）与多糖底物结合，通过定向效应与邻近效应提高酶的催化能力。迄今为止，人们已经开展了大量关于CBMs的研究，但是其对糖苷水解酶催化特性、热稳定性的影响，仍未有明确的结论。近日，中国科学院青岛生物能源与过程研究所微生物资源团队李福利研究员与山东大学王禄山教授团队合作，以来源于极端嗜热厌氧菌Caldicellulosiruptor sp. F32的糖苷水解酶（glycoside hydrolase，GH）11家族木聚糖酶和GH10家族木聚糖酶作为研究对象，系统分析了CBMs对木质纤维素酶热稳定性的影响，提出并丰富了多模块纤维素酶热适应性进化机制。相关成果于近日正式在线发表于Appl Environ Microbiol（Meng, et al, Appl Environ Microbiol, 2015, 81(6): 2006-2014）。
CBMs对木聚糖酶热稳定性具有决定性作用。GH11家族木聚糖酶CBMs缺失，导致蛋白质热稳定性提高，而GH10家族木聚糖酶CBMs缺失则降低酶的热稳定性。通过同源建模及等温滴定量热实验，可以得出结论，木聚糖酶的耐热性不仅仅取决于单个模块的性质，还取决于蛋白质内的模块间相互作用（inter-domain interactions）。进一步通过化学交联法（chemical cross-linking）实验验证了该推断，证明了模块间是否存在相互作用决定了CBMs对木聚糖酶热稳定性的影响。
分析多个GH10和GH11家族木聚糖酶的Linker序列，发现GH11家族木聚糖酶linker具有高的丝氨酸和苏氨酸含量，或脯氨酸含量。因此，linker具有强的刚性，导致蛋白采取伸展构象，从而决定了GH11家族木聚糖酶不具有模块间相互作用。因此，多模块糖苷水解酶热稳定性是氨基酸序列及模块间非共价相互作用共同进化的结果，蛋白质整体结构上的刚性和催化中心柔性之间的平衡，共同决定了酶的热稳定性。
上述研究获得了科技部973计划、国家基金等支持。
原文链接：
Meng DD, Ying Y, Chen XH, Lu M, Ning K, Wang LS, Li FL*. 2015. Distinct Roles for Carbohydrate-Binding Modules of GH10 and GH11 Xylanases from Caldicellulosiruptor sp. F32 in Thermostability and Catalytic Efficiency. Appl Environ Microbiol (doi:10.1128/AEM.03677-14) http://aem.asm.org/content/early/2015/01/05/AEM.03677-14.abstract
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