Mecanismos moleculares de degradación de la pared celular vegetal: estructura y especificidad

Abstract

El uso de enzimas en procesos de química verde está teniendo cada vez más relevancia debido a su potencial como biocatalizadores. Así, su presencia en la industria ha crecido notablemente convirtiendo la biotecnología de proteínas en un campo emergente. Las xilanasas son glicosil hidrolasas (GH) encargadas de la degradación del xilano, componente mayoritario de la hemicelulosa. Según su arquitectura molecular, se pueden catalogar en xilanasas de dominio simple o multidominio presentando, además del dominio catalítico (CD), uno o más módulos de unión a carbohidratos (CBM). Normalmente, la producción de xilanasas la realizan microorganismos que durante su crecimiento están en contacto con sustratos que contienen xilano. Un ejemplo de ello es la bacteria Paenibacillus barcinonensis, la cual fue aislada a partir de muestras recogidas en el suelo de un arrozal en el delta del río Ebro. En este trabajo se presentan los resultados derivados del estudio estructural y funcional de dos xilanasas modulares de esta bacteria, Xyn10C y Xyn30D. Xyn10C tiene una estructura de dominios compleja (CBM22-1-CBM22-2- GH10-CBM9a-CBM9b). En el trabajo se presenta la estructura tridimensional del dominio N-terminal Xyn10C-XBD, de cada uno de sus dos módulos aislados, de CBM22-2 con ligandos, además del dominio catalítico (Xyn10CCD). Hay que resaltar que es la primera estructura reportada que contiene dos módulos CBM22 contiguos en tándem...Nowadays, green chemistry gains more and more significance and the use of enzymes within different processes also plays an increasingly important role due to their potential as biocatalysts. Not surprisingly, their presence in the industry is expanding, making enzymatic biotechnology a fast growing field. Xylanases belong to the class of glycosyl hydrolases (GHs) which are responsible for the degradation of xylan, the major component of hemicellulose. According to their molecular architecture, they can be classified into two types: single domain or multidomain enzymes, which have one or more carbohydrate binding modules (CBMs) linked to their catalytic domain (CD). Usually, xylanases are expressed by microorganisms that are in contact with the xylan substrate, such as Paenibacillus barcinonensis, a bacterium isolated from a rice field in Ebro’s delta river (Spain). This particular bacterium expresses amongst others two modular xylanases, Xyn10C and Xyn30D. Here, we present the studies leading to the structural and functional elucidation of these two enzymes. Xyn10C is a multimodular enzyme with a complex architecture (CBM22-1- CBM22-2-GH10-CBM9a-CBM9b). Our work focuses on the three dimensional structure of the N-terminal CBM22-1-CBM22-2 domain (Xyn10C-XBD), the structure of each isolated CBM22 module and the CBM22-2 complexes and on the structure of the catalytic domain (Xyn10C-CD). It should be noted that this is indeed the first reported structure containing two adjacent CBM22 modules in tandem...