Biochemical and kinetic characterization of the multifunctional β-glucosidase/β-xylosidase/α-arabinosidase, Bgxa1.

Gruninger, R.J., Gong, X., Forster, R.J., et McAllister, T.A. (2013). « Biochemical and kinetic characterization of the multifunctional β-glucosidase/β-xylosidase/α-arabinosidase, Bgxa1. », Applied Microbiology and Biotechnology, 98(7), p. 3003-3012. doi : 10.1007/s00253-013-5191-4  Accès au texte intégral (en anglais seulement)

Résumé

La sélection fonctionnelle d’une banque métagénomique construite avec l’ADN extrait du contenu ruminal de vaches laitières nourries de graminées/foin a permis d’identifier une protéine, β‑glucosidase/β‑xylosidase/α‑arabinosidase, Bgxa1, dotée d’une forte activité β‑glucosidase. La protéine Bgxa1 purifiée est active sur les substrats suivants : p‑nitrophényl‑β‑d‑glucopyranoside (pNPG), cellobiose, p‑nitrophényl‑β‑d‑xylopyranoside (pNPX) et p‑nitrophényl‑α‑d‑arabinofuranoside (pNPAf), laissant supposer qu’il s’agit d’une enzyme multifonctionnelle (β‑glucosidase/β‑xylosidase/α‑arabinosidase). L’analyse cinétique de la protéine montre que c’est envers le pNPG que l’activité catalytique de Bgxa1 est la plus forte, suivi du pNPAf et du pNPX, respectivement. L’efficacité catalytique de la β‑glucosidase était 100 fois plus élevée que celle de la β‑xylosidase ou de l’α‑arabinosidase. Le pH et la température d’hydrolyse optimums différaient considérablement selon le substrat : pH 6,0/45 °C et pH 8,5/40 °C, respectivement, pour le pNPG et le pNPX. L’hydrolyse du pNPAf dépendante du pH présente une distribution bimodale, avec des maximums à pH 6,5 et pH 8,5. Lorsque la force ionique change, la réaction enzymatique est fonction du substrat. Bgxa1 est très stable sur une vaste gamme de pH et conserve au moins 70 % de son activité catalytique relative dans la plage de pH 5.0–10,0 avec le pNPG comme substrat. Nous avons eu recours à la modélisation par homologie pour vérifier le fondement structural de la spécificité exclusive de Bgxa1 pour son substrat, qui a révélé une délétion du domaine PA14 et des insertions dans les boucles adjacentes au site d’activité de l’enzyme. Or ce domaine est un déterminant important de la spécificité des protéines apparentées à Bgxa1 pour leur substrat. Nous pensons que ces indels seraient en partie responsables de l’activité multifonctionnelle de Bgxa1, qui agit de manière synergique avec l’endoxylanase (Xyn10N18) quand elle est incubée avec du xylane de bouleau, donnant lieu à une libération accrue de sucres réducteurs (augmentation de 168 %) en comparaison de la quantité libérée par Xyn10N18 utilisée seule. L’examen de la synergie entre Bgxa1 et Xyn10N18 avec une cellulase pour la saccharification de la paille alcalinisée révèle une synergie entre les trois enzymes, qui augmente de 180 % la quantité de sucres réducteurs en comparaison de celle observée avec la cellulase seule. Nos résultats semblent indiquer que Bgxa1 a plusieurs propriétés qui la rendent intéressante pour la saccharification de la matière lignocellulosique.

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