Закономерности формирования димерных комплексов молекулами экзо- и эндоинулиназ. Изменение состава потенциальных сайтов связывания с заряженными и гидрофобными носителями для их иммобилизации

Abstract

Инулиназы (КФ 3.2.1.80 и 3.2.1.7) относятся к семейству гликозидгидролаз и являются важной группой промышленных ферментов. В литературе имеются противоречивые данные о надмолекулярной организации энзимов данной группы, в связи с чем возникает необходимость в ее системном изучении. Целью работы было выявление различий в составе консервативных последовательностей внутри групп инулиназ с экзо- и эндо-активностью, поиск на поверхностях молекул потенциальных сайтов связывания с матрицами заряженных и гидрофобных носителей для адсорбционной иммобилизации, а также изучение закономерностей изменения их состава в процессе димеризации. В качестве объектов исследования были выбраны экзоинулиназы из Aspergillus awamori (CAC44220.1), A. ficuum (ADM21204.1), A. niger (EHA22512.1), Bacillus licheniformis (AGR40655.1), Geobacillus stearothermophilus (BAC45010.1) и Paenibacillus polymyxa (AHN08014.1) и эндоинулиназы из A. fumigatus (XP_748286), A. niger (AAN64131.1, ABB59681.1, EHA19510), Fusarium oxysporum (ANY59682.1) и Kluyveromyces marxianus (CAA02437.1). На основе их аминокислотных последовательностей (взятых из базы NCBI) были смоделированы пространственные структуры представленных в работе ферментов. Димерные комплексы энзимов получали с помощью программ Zdock, ClusPro, GRAMM_X, HEX и SwarmDock. После димеризации наблюдались изменения состава аминокислот на поверхности изученных в работе ферментов, затрагивающие выявленные нами консервативные последовательности. Анализ представленных в работе инулиназ показал неравномерность распределения аминокислотных остатков на их поверхности с формированием локальных скоплений. Показано, что для иммобилизации экзоинулиназ из A. ficuum (ADM21204.1), A. niger (EHA22512.1) и A. awamori (CAC44220.1) и эндоинулиназ из A. niger (ABB59681.1 и EHA19510.1) и инулиназы из A. fumigatus (XP_748286.1) перспективными являются отрицательно заряженные носители, которые, вероятно, будут связываться с участками, находящимися в области некаталитического C-концевого домена. Молекулы мономеров всех обсуждаемых в работе инулиназ характеризуются наличием скоплений гидрофобных аминокислотных остатков в непосредственной близости к активному центру, что может указывать на вероятную значительную потерю активности при иммобилизации данных энзимов на гидрофобных носителях. В ходе димеризации макромолекул инулиназ наблюдается изменение состава скоплений заряженных и гидрофобных остатков. Это может происходить как за счет перехода аминокислот с поверхности во внутреннюю часть белка и наоборот, так и вследствие изменения расстояния между ними. Для большинства представленных в работе инулиназ характерно преобладание переходов заряженных и гидрофобных остатков с поверхности во внутреннюю часть молекулы и обратно.