Molecular modeling, docking and simulation dynamics of β-glucosidase reveals high-efficiency, thermo-stable, glucose tolerant enzyme in Paenibacillus lautus BHU3 strain

纤维二糖 拟杆菌 化学 水解 分子动力学 对接(动物) 生物化学 β-葡萄糖苷酶 立体化学 纤维素乙醇 纤维素酶 纤维素 计算化学 护理部 基因 医学 16S核糖体RNA
作者
Suman Yadav,Anand Kumar Pandey,Suresh Kumar Dubey
出处
期刊:International Journal of Biological Macromolecules [Elsevier]
卷期号:168: 371-382 被引量:29
标识
DOI:10.1016/j.ijbiomac.2020.12.059
摘要

The enzyme β-glucosidase mediates the rate limiting step of conversion of cellobiose to glucose and thus plays a vital role in the process of cellulose degradation. The present study deals with analysis of the effective novel strain of Paenibacillus lautus BHU3 for identifying high-efficiency thermostable, glucose tolerant β-glucosidases. Seven counterparts with elevated Tm values ranging from 64.6 to 75.8 °C with high thermo-stability, were revealed through this analysis. The blind molecular docking of the model enzymes structures with cellobiose and pNPG gave high negative interaction energies ranging from −11.33 to −13.29 and −6.43 to −9.054 (kcal mol−1), respectively. The enzyme WP_096774744.1 effectively formed 5 hydrogen bonds with the highest interaction energy (−13.29 kcal mol−1) with cellobiose at its catalytic site. Molecular dynamics simulation analysis performed for the WP_096774744.1-pNPG complex predicted Glu5, Arg7, Lue68, Gly69 and Phe325 as the major contributing residues for accomplishing hydrolysis of β-1-4-linkage. Further, the molecular docking of WP_096774744.1 enzyme with glucose revealed a distinct glucose-binding site distant from the substrate-binding site, thus confirming the deficient competitive inhibition by glucose. Hence, WP_096774744.1 β-glucosidase appears to be an efficient enzyme with enhanced activity to biodegrade the cellulosic materials and highly relevant for waste management and various industrial applications.
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