Starch-Binding Domain Modulates the Specificity of Maltopentaose Production at Moderate Temperatures

化学 支链淀粉 生物化学 基质(水族馆) 产物抑制 淀粉 水解 立体化学 生物物理学 直链淀粉 非竞争性抑制 生物 生态学
作者
Ning Ding,Boyang Zhao,Xu Han,Caiming Li,Zhengbiao Gu,Zhaofeng Li
出处
期刊:Journal of Agricultural and Food Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:70 (29): 9057-9065 被引量:11
标识
DOI:10.1021/acs.jafc.2c03031
摘要

Maltooligosaccharide-forming amylases (MFAs) hydrolyze starch into maltooligosaccharides with a defined degree of polymerization. However, the enzymatic mechanism underlying the product specificity remains partially understood. Here, we show that Saccharophagus degradans MFA (SdMFA) contains a noncatalytic starch-binding domain (SBD), which belongs to the carbohydrate-binding module family 20 and enables modulation of the product specificity. Removal of SBD from SdMFA resulted in a 3.5-fold lower production of the target maltopentaose. Conversely, appending SBD to another MFA from Bacillus megaterium improved the specificity for maltopentaose. SdMFA exhibited a higher level of exo-action and greater product specificity when reacting with amylopectin than with amylose. Our structural analysis and molecular dynamics simulation suggested that SBD could promote the recognition of nonreducing ends of substrates and delivery of the substrate chain to a groove end toward the active site in the catalytic domain. Furthermore, we demonstrate that a moderate temperature could mediate SBD to interact with the substrate with loose affinity, which facilitates the substrate to slide toward the active site. Together, our study reveals the structural and conditional bases for the specificity of MFAs, providing generalizable strategies to engineer MFAs and optimize the biosynthesis of maltooligosaccharides.
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