Enhancement of catalytic activity and thermostability of a thermostable cellobiohydrolase from Chaetomium thermophilum by site-directed mutagenesis

热稳定性 毕赤酵母 定点突变 生物化学 化学 酵母 定向进化 突变 突变体 里氏木霉 毛壳 纤维素酶 重组DNA 食品科学 基因 青霉属
作者
Chao Han,Weiguang Li,Chengyao Hua,Fengqing Sun,Pengsheng Bi,Qunqing Wang
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier BV]
卷期号:116: 691-697 被引量:38
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2018.05.088
摘要

Enzymatic saccharification of lignocellulosic biomass is increasingly applied in agricultural and industrial applications. Nevertheless, low performance in the extreme environment severely prevents the utilization of commercial enzyme preparations. To obtain cellobiohydrolases with improved catalytic activity and thermostability, structure-based rational design was performed based on a thermostable cellobiohydrolase CtCel6 from Chaetomium thermophilum. In the present study, four conserved and noncatalytic residue substitutions were generated via site-directed mutagenesis. Mutations were heterologously expressed in yeast Pichia pastoris, purified, and ultimately assayed for enzymatic characteristics. The mutant Y119F increased the catalytic activity 1.82-, 1.65- and 1.43-fold against β-d-glucan, phosphoric acid swollen cellulose (PASC) and carboxymethylcellulose sodium (CMC-Na), respectively. In addition, S131 W effectively enhanced the enzyme's heat resistance to elevated temperatures. The half-life (t1/2) of this mutant enzyme was increased 1.42- and 2.40-fold at 80 °C and 90 °C, respectively, compared to the wild-type. This study offers initial insight into the biological function of the conserved and noncatalytic residues of thermostable cellobiohydrolases and provides a valid approach to the improvement of enzyme redesign proposal.
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