Propeptide-Mediated Allosteric Regulation of Xylanase Xyl-1: An Integrated Experimental and Computational Analysis

蛋白质前体 变构调节 酶动力学 糖基化 化学 催化效率 生物化学 生物 活动站点
作者
Ya Fang Wu,Ke-Wei Chen,Yingnan Li,Kaiyu Qiu,Gen Lu,Tong Shu,Tian‐Yu Sun,Zi-Qi Hou,Yun‐Dong Wu,Longjiang Yu
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:71 (30): 11692-11703 被引量:5
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.3c03431
摘要

Most GH11 family endo-β-1,4-xylanases contain a propeptide region linked to the N-terminal region. The mechanistic basis of this region harboring key regulation information for enzyme function, however, remains poorly understood. We reported an investigation on the allosteric regulation mechanism of the propeptide based on biochemical characterization, molecular dynamics simulations, and evolutionary analysis. We discovered that the mutant of truncated propeptide shows a remarkably increased thermal stability (melting temperature increased by 11.5 °C) and catalytic efficiency (1.7-fold kcat/Km value of wild type). Molecular dynamics simulations reveal that long-range fluctuations in the propeptide lead to a conformational perturbation in the catalytic pocket and the thumb region. The probability of sampling the active conformation during the glycosylation step is reduced (i.e., catalytic efficiency). In-depth sequence analysis indicates that the propeptide has a strong plasticity and degeneration trend, and propeptide truncation experiments of the homologous enzyme XynB validated the feasibility of the truncation strategy. This work reveals the role of GH11 family propeptides in functional regulation and provides a straightforward and practical method to increase the robustness of GH11 family xylanases.

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