Electrostatic interaction optimization improves catalytic rates and thermotolerance on xylanases

Autor(es)

Contessoto, Vinicius de Godoi ; Ramos, Felipe Cardoso ; de Melo, Ricardo Rodrigues ; de Oliveira, Vinicius Martins ; Scarpassa, Josiane Aniele ; de Sousa, Amanda Silva ; Zanphorlin, Leticia Maria ; Slade, Gabriel Gouvea ; Pereira Leite, Vitor Barbanti ; Ruller, Roberto

• Tipo de documento: Artigo Científico
• Fonte: BIOPHYSICAL JOURNAL; v. 120, n. 11, p. 9-pg., 2021-06-01.

Resumo

Understanding the aspects that contribute to improving proteins' biochemical properties is of high relevance for protein engineering. Properties such as the catalytic rate, thermal stability, and thermal resistance are crucial for applying enzymes in the industry. Different interactions can influence those biochemical properties of an enzyme. Among them, the surface charge-charge interactions have been a target of particular attention. In this study, we employ the Tanford-Kirkwood solvent accessibility model using the Monte Carlo algorithm (TKSA-MC) to predict possible interactions that could improve stability and catalytic rate of a WT xylanase (XynA(WT)) and its M6 xylanase (XynA(M6)) mutant. The modeling prediction indicates that mutating from a lysine in position 99 to a glutamic acid (K99E) favors the native state stabilization in both xylanases. Our lab results showed that mutated xylanases had their thermotolerance and catalytic rate increased, which conferred higher processivity of delignified sugarcane bagasse. The TKSA-MC approach employed here is presented as an efficient computational-based design strategy that can be applied to improve the thermal resistance of enzymes with industrial and biotechnological applications. (AU)

• Processo FAPESP: 16/19766-1 - Relevo de superfícies de energia de macromoléculas biológicas com aplicações em biotecnologia e em biomedicina
• Beneficiário: Vitor Barbanti Pereira Leite
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 16/13998-8 - Evolução racional por métodos computacionais aplicados na predição de mutações no desenvolvimento de enzimas para produção de biocombustíveis
• Beneficiário: Vinícius de Godoi Contessoto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 17/14253-9 - Avaliação do potencial biotecnológico do sistema celulolítico de Xanthomonas axonopodis pv. citri: uma abordagem estrutural, funcional e aplicada
• Beneficiário: Ricardo Rodrigues de Melo
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 18/11614-3 - Efeito de Mutações Câncer-Ativadoras e de pH na Transição Funcional do Receptor de Estrógeno
• Beneficiário: Vinicius Martins de Oliveira
• Modalidade de apoio: Bolsas no Brasil - Pós-Doutorado
• Processo FAPESP: 14/06862-7 - Estudos computacionais em enovelamento de proteínas e engenharia de enzimas envolvidas na geração de bioetanol
• Beneficiário: Vitor Barbanti Pereira Leite
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 19/22540-3 - Estudos de relevo de superfícies de energia de macromoléculas biológicas
• Beneficiário: Vitor Barbanti Pereira Leite
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Processo FAPESP: 17/09662-7 - Evolução racional por métodos computacionais aplicada em enzimas relacionadas com a produção de bioetanol
• Beneficiário: Vinícius de Godoi Contessoto
• Modalidade de apoio: Bolsas no Exterior - Estágio de Pesquisa - Pós-Doutorado