Новое исследование, посвященное ферменту Cel7A, который расщепляет целлюлозу в растениях до сахаров, подробно описано в Трудах Национальной академии наук (PNAS) в рукописи под названием «Различная роль N- и O-гликанов в активности целлюлазы». и стабильность ". Это исследование проливает свет на особые функции небольших сахаров или гликанов, которые микробы связывают со своими ферментами. Эта ферментативная модификация путем добавления сахаров называется «гликозилированием», и известно, что она оказывает существенное влияние на функцию фермента.
Одна женщина и один мужчина работают за лабораторным столом в окружении лабораторного оборудования.Постдокторант Антонелла Аморе и старший инженер Брэндон Нотт работают над образцами в лаборатории. Новое исследование взаимосвязи между небольшими сахарами (гликанами), их функцией и их местонахождением может быть использовано для улучшения ферментативных свойств, лучшего расщепления биомассы и преобразования растительных отходов в возобновляемые виды топлива и продукты. (Фото Денниса Шредера / NREL)«Ферменты для расщепления целлюлозы, как известно, сложно разработать для улучшения активности, — сказал штатный инженер NREL Брэндон Нотт, соавтор статьи. «Давно поняли, что гликозилирование — это« ручка, которую нужно повернуть »в этом стремлении, но конкретные роли различных гликанов были неуловимы».В условиях неопределенности, связанной с тем, как разные виды гликанов связаны с различными функциями ферментов, NREL разработала уникальную рекомбинантную систему экспрессии для тестирования новых ферментов, создав большую коллекцию мутантов Cel7A, в которых отсутствовали различные комбинации сайтов гликозилирования.
Группа исследователей из NREL, Университета Джорджии и Университета Колорадо в Боулдере охарактеризовала все мутантные ферменты и сравнила характеристики с характеристиками нативного фермента, чтобы собрать важные данные о взаимосвязях между конкретным гликаном и его функцией. , и его местонахождение.«Основываясь на литературе, мы уже думали, что знаем расположение всех сайтов гликозилирования», — сказала соавтор Антонелла Аморе, научный сотрудник NREL. «Подтверждая их местонахождение, мы не только открыли новые гликаны, но и выяснили структуру гликанов в каждом конкретном месте. Это дает представление о том, как микроб защищает и украшает свои ферменты для оптимальной активности, что, в свою очередь, дает представление о том, как улучшить их для промышленного применения ».Получение более глубокого понимания базовой структуры, функции и взаимосвязей белков имеет фундаментальное значение для разработки новых стратегий повышения общей производительности ферментов.
Но создание превосходного фермента требует понимания множества факторов. Важно знать, какие гликаны защищают от протеазных атак, какие важны для связывания и стабильности ферментов, а какие являются ключевыми для связывания и активности ферментов.
Результаты NREL показали, что, в зависимости от его типа и места присоединения, гликозилирование важно для усиления связывания Cel7A с целлюлозой, защиты фермента от протеаз, расщепляющих белок, и повышения термостабильности фермента, что позволяет ферменту чтобы продолжать работать при температурах, которые могут встретиться в процессе промышленного преобразования биомассы.