Закономерности формирования димерных комплексов молекулами экзо- и эндоинулиназ. Изменение состава потенциальных сайтов связывания с заряженными и гидрофобными носителями для их иммобилизации
Аннотация
Инулиназы (КФ 3.2.1.80 и 3.2.1.7) относятся к семейству гликозидгидролаз и являются важной группой промышленных ферментов. В литературе имеются противоречивые данные о надмолекулярной организации энзимов данной группы, в связи с чем возникает необходимость в ее системном изучении.
Целью работы было выявление различий в составе консервативных последовательностей внутри групп инулиназ с экзо- и эндо-активностью, поиск на поверхностях молекул потенциальных сайтов связывания с матрицами заряженных и гидрофобных носителей для адсорбционной иммобилизации, а также изучение закономерностей изменения их состава в процессе димеризации.
В качестве объектов исследования были выбраны экзоинулиназы из Aspergillus awamori (CAC44220.1), A. ficuum (ADM21204.1), A. niger (EHA22512.1), Bacillus licheniformis (AGR40655.1), Geobacillus stearothermophilus (BAC45010.1) и Paenibacillus polymyxa (AHN08014.1) и эндоинулиназы из A. fumigatus (XP_748286), A. niger (AAN64131.1, ABB59681.1, EHA19510), Fusarium oxysporum (ANY59682.1) и Kluyveromyces marxianus (CAA02437.1). На основе их аминокислотных последовательностей (взятых из базы NCBI) были смоделированы пространственные структуры представленных в работе ферментов. Димерные комплексы энзимов получали с помощью программ Zdock, ClusPro, GRAMM_X, HEX и SwarmDock.
После димеризации наблюдались изменения состава аминокислот на поверхности изученных в работе ферментов, затрагивающие выявленные нами консервативные последовательности.
Анализ представленных в работе инулиназ показал неравномерность распределения аминокислотных остатков на их поверхности с формированием локальных скоплений. Показано, что для иммобилизации экзоинулиназ из A. ficuum (ADM21204.1), A. niger (EHA22512.1) и A. awamori (CAC44220.1) и эндоинулиназ из A. niger (ABB59681.1 и EHA19510.1) и инулиназы из A. fumigatus (XP_748286.1) перспективными являются отрицательно заряженные носители, которые, вероятно, будут связываться с участками, находящимися в области некаталитического C-концевого домена.
Молекулы мономеров всех обсуждаемых в работе инулиназ характеризуются наличием скоплений гидрофобных аминокислотных остатков в непосредственной близости к активному центру, что может указывать на вероятную значительную потерю активности при иммобилизации данных энзимов на гидрофобных носителях.
В ходе димеризации макромолекул инулиназ наблюдается изменение состава скоплений заряженных и гидрофобных остатков. Это может происходить как за счет перехода аминокислот с поверхности во внутреннюю часть белка и наоборот, так и вследствие изменения расстояния между ними. Для большинства представленных в работе инулиназ характерно преобладание переходов заряженных и гидрофобных остатков с поверхности во внутреннюю часть молекулы и обратно.
Скачивания
Литература
Basso A., Spizzo P., Ferrario V., Knapic L. et al., Biotechnol. Prog., 2010, Vol. 26, No 2, pp. 397-405.
Nagem R.A., Rojas A.L., Golubev A.M., Korneeva O.S. et al., J. Mol. Biol., 2004, Vol. 344, No 11, pp. 471-480.
Lefebvre R., Vasseur J., Backoula E., Couillerot J.P., Can J Bot., 1992, Vol. 70, pp. 1897-1902.
Mishra S.C., Sen S.P.K., Mater Organ-ismen, 1987, Vol. 22, pp. 127-138.
Neagu C., Bahrim G., Innov Rom Food Biotechnol., 2011, Vol. 9, pp. 1-11.
Wang L., Huang Y., Long X., Meng X. et al., J Appl Microbiol., 2011, Vol. 111, pp. 1371-1380.
Pesso A., Vitolo M., Biotechnol. Techn., 1997, Vol. 11, P. 421.
Uusitupa M.I., The American journal of clinical nutrition, 1994, Vol. 59, pp. 753-757.
Sievenpiper J.L., de Souza R.J., Coz-ma A.I., Chiavaroli L. et al., Current Opinion in Lipidology, 2014, Vol. 25, pp. 8-19.
Singh R.S., Chauhan K., Singh R.P., Plant Biotechnology: recent advancements and developments, 2017, pp. 189-211.
Gibson G.R., The Journal of nutrition, 1999, Vol. 129, pp. 1438-1441.
Pandey A., Soccol C.R., Selvakumar P., Soccol V.T. et al., Appl. Biochem. Biotechnol., 1999, Vol. 81, pp. 35-52.
Holyavka M.G., Kondratyev M.S., Samchenko A.A., Kabanov A.V. et al., Computers in biology and medicine, 2016, Vol. 71, pp. 198-204.
Kovaleva T.A., Holyavka M.G., Takha A.S., Sorbtsionnye i khromatograficheskie protsessy, 2007, Vol. 7, No 5, pp. 804-810.
Arand M., Golubev A.M., Neto B.J.R., Polikarpov I. et al. Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/CAC44220.1 (дата обращения: 24.07.2018)
Chen X.-M., Xu X.-M., Jin Z.-Y. Ре-жим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/ADM21204.1 (дата обращения: 24.07.2018)
Andersen M.R., Salazar M.P., Schaap P.J., van de Vondervoort P.J. et al., Genome research, 2011, Vol. 21, pp. 885-897.
Lu W.-D. Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/AGR40655.1 (дата обращения: 24.07.2018)
Tsujimoto Y., Watanabe A., Nakano K., Watanabe K. et al., Appl. Microbiol. Biotechnol., 2003, Vol. 62, pp. 180-185.
Gao J., Xu Y.Y., Yang H.M., Xu H. et al., Appl Biochem Biotechnol., 2014, Vol. 173, pp. 1419-1430.
Nierman W.C., Pain A., Anderson M.J., Wortman J.R., Kim H.S. et al., Nature, 2005, Vol. 438(7071), pp. 1151-1156.
Monod M., Mouyna I., Mulligan S., Murphy L. et al., Nature, 2006, Vol. 439(7075), p. 502.
Wang J.-H., Teng D., Yao Y. Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/AAN64131.1 (дата обращения: 24.07.2018)
Yuan X.L., Goosen C., Kools H., van der Maarel M.J. et al., Microbiology, 2006, Vol. 152, pp. 3061-3073.
Andersen M.R., Salazar M.P., Schaap P.J., van de Vondervoort P.J. et al., Genome Res., 2011, Vol. 21, pp. 885-897.
Pouyez J., Mayard A., Vandamme A.M., Roussel G. et al., Biochimie, 2012, Vol. 94, pp. 2423-2430.
Abdullatypov A.V., Kondratyev M.S., Kholyavka M.G., Artyukhov V.G., Biophys-ics, 2016, Vol. 61, pp. 565-571.
Yang J.-K., Zhang J.-W., Mao L., You X., Xiong W. Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/ANY59682 (дата обращения: 24.07.2018)
Chapman J.W., Musters W., Rouwenhorst R.J., Toschka H.Y., Verbakel, J.M. Режим доступа: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/protein/CAA02437.1 (дата обращения: 24.07.2018)
