Гидролиз целлюлозы ферментным комплексом Trichoderma viride в присутствии фторида натрия: влияние структуры субстрата и сорбционной активности целлюлаз

Обложка

Цитировать

Полный текст

Аннотация

Исследована зависимость активности целлюлаз Trichoderma viride от трех факторов – вида субстрата, сорбционных свойств ферментов и концентрации фторида натрия (NaF). Изучено влияние четырех  водонерастворимых субстратов: два нативных (древесина березы и пшеничная солома) и два модельных (микрокристаллическая целлюлоза и фильтровальная бумага). Дополнительно исследован водорастворимый субстрат – Na-карбоксиметил-целлюлоза, специфичный к эндоглюканазной активности. Целлюлазный комплекс T. viride из препарата «Целловиридин Г3х» был разделен методом аффинной хроматографии на фракции, различающиеся сорбционными свойствами. Измерена целлюлазная активность исходного комплекса и полученных фракций по отношению ко всем субстратам при разной концентрации NaF – от 0 до 1000 мг/л. Качественные различия в белковом составе препарата и фракций исследованы методом SDS- дискэлектрофореза. При внесении NaF (100–500 мг/л) активность исходного целлюлазного комплекса возрастала по отношению ко всем субстратам, особенно повысилась скорость гидролиза модельных  образцов (до 100 %). Сравнение активности хроматографических фракций относительно модельных субстратов показало, что NaF оказывает противоположное действие на каталитические и сорбционные свойства целлюлаз: активность высокоаффинных фракций, содержащих целлобиогидролазы и низкомолекулярные эндоглюканазы, в присутствии фторида снижалась по отношению ко всем субстратам на 35–90 %. Слабосорбирующиеся фракции (эндоглюканазы I, II + целлобиаза) в этих же условиях ингибировались на 15–20 % по отношению к целлюлозе с высокой степенью кристалличности (МКЦ), но активировались в 1,3–3 раза относительно водорастворимого субстрата (Na-КМЦ) и субстрата с меньшей кристалличностью (фильтровальная бумага). Таким образом, суммарное действие фторидов на ферментативный гидролиз растительного субстрата определяется степенью кристалличности целлюлозы, а также соотношением сильнои слабосорбирующихся компонентов в целлюлазном комплексе. Рассмотрены  возможные молекулярные механизмы этих эффектов.

Об авторах

Е. Р. Чашина

Иркутский государственный университет

Email: chashina-ek@mail.ru

З. А. Ефременко

Иркутский государственный университет

Email: makar.efremenko@mail.ru

В. П. Саловарова

Иркутский государственный университет

Email: vsalovarova@rambler.ru

Д. Е. Гавриков

Иркутский государственный университет

Email: dega.irk@gmail.com

А. А. Приставка

Иркутский государственный университет

Email: pristavk@gmail.com

Список литературы

  1. Каницкая Л.В., Колмогоров А.В. Влияние газовых выбросов при производстве алюминия на состояние окружающей среды // Успехи современного естествознания. 2009. 8. С. 17–18.
  2. Евдокимова Г.А., Мозгова Н.П. Оценка загрязнения почв и растений в зоне воздействия газовоздушных выбросов алюминиевого завода // Теоретическая и прикладная экология. 2015. N 4. С. 64–68. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2015-4-064-068
  3. Берсенева О.А., Саловарова В.П., Приставка А.А., Мелентьев В.А. Видовая структура почвенных микроценозов в серых лесных почвах Прибайкалья, подверженных воздействию аэропромвыбросов алюминиевого производства // Вестник РУДН. Серия: Экология и безопасность жизнедеятельности. 2010. N 1. С. 24–29.
  4. Евдокимова Г.А., Корнейкова М.В., Лебедева Е.В. Сообщества микромицетов в почвах в зоне воздействия алюминиевого завода // Микология и фитопатология. 2007. Т. 41. N 1. С. 20–28.
  5. Благодатская Е.В., Семенов М.В., Якушев А.В. Активность и биомасса почвенных микроорганизмов в изменяющихся условиях окружающей среды. М.: Изд-во ООО «Товарищество научных изданий КМК», 2016. 243 с.
  6. Katiyar P., Pandey N., Sahu K.K. Biological approaches of fluoride remediation: potential for environmental clean-up // Environmental Science and Pollution Research. 2020. Vol. 27. P. 13044–13055. https://doi.org/10.1007/s11356-020-08224-2
  7. Евдокимова Г.А., Зенкова И.В., Мозгова Н.П., Переверзев В.Н. Почва и почвенная микробиота в условиях загрязнения фтором. Апатиты: Изд-во Кольского научного центра РАН, 2005. 135 с.
  8. Макарова А.П., Буковская Н.Е., Напрасникова Е.В. Воздействие аэротехногенных выбросов алюминиевых производств в Иркутской области на почвенную микробиоту // Известия Иркутского государственного университета. Серия: Биология. Экология. 2017. Т. 19. С. 57–62.
  9. Горностаева Е.А., Фукс С.Л. Влияние фторсодержащих соединений на живые организмы (обзор) // Теоретическая и прикладная экология. 2017. N 1. С. 14–24. https://doi.org/10.25750/1995-4301-2017-1-014-024
  10. Приставка А.А., Попова И.В. Влияние фторида натрия на ферментативную активность грибных целлюлаз // Известия вузов. Прикладная химия и биотехнология. 2015. N 1 (12). С. 36–46.
  11. Клесов А.А., Рабинович М.Л., Синицын А.П., Чурилова И.В., Григораш С.Ю. Ферментативный гидролиз целлюлозы. I. Активность и компонентный состав целлюлазных комплексов из различных источников // Биоорганическая химия. 1980. Т. 6. N 8. С. 1225–1242.
  12. Sinitsyn A.P., Osipov D.O., Rozhkova A.M., Bushina E.V., Dotsenko G.S., Sinitsyna O.A., et al. The production of highly effective enzyme complexes of cellulases and hemicellulases based on the Penicillium verruculosum strain for the hydrolysis of plant raw materials // Applied Biochemistry and Microbiology. 2014. Vol. 50. Issue 8. P. 761–772. https://doi.org/10.1134/S0003683814080055
  13. Beheraa B.C., Sethib B.K., Mishra R.R., Dutta S.K., Thatoi H.N. Microbial cellulases – Diversity & biotechnology with reference to mangrove environment: A review // Journal of Genetic Engineering and Biotechnology. 2017. Vol. 15. Issue 1. P. 197–210. https://doi.org/10.1016/j.jgeb.2016.12.001
  14. Thygesen A., Oddershede J., Lilholt H., Thomsen A.B., Stahl K. On the determination of crystallinity and cellulose content in plant fibres // Cellulose. 2005. Vol. 12. Issue 6. P. 563–576. https://doi.org/10.1007/s10570-005-9001-8
  15. Kaschuk J.J., Frollini E. Effects of average molar weight, crystallinity, and hemicelluloses content on the enzymatic hydrolysis of sisal pulp, filter paper, and microcrystalline cellulose // Industrial Crops and Products. 2018. Vol. 15. P. 280–
  16. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2018.02.011
  17. Ahvenainen P., Kontro I., Svedström K. Comparison of sample crystallinity determination methods by X-ray diffraction for challenging cellulose I materials // Cellulose. 2016. Vol. 23. Issue 2. P. 1073–1086. https://doi.org/10.1007/s10570-
  18. -0881-6
  19. Иоелович М.Я. Модели надмолекулярной структуры и свойства целлюлозы // Высокомолекулярные соединения, Серия A. 2016. Т. 58. N 6. С. 604–624. https://doi.org/10.7868/S2308112016060109
  20. Ghose T.K. Measurement of cellulase activity // Pure and Applied Chemistry. 1987. Vol. 59. P. 257–268. https://doi.org/10.1351/pac198759020257
  21. Рабинович М.Л., Клесов А.А., Березин И.В. Кинетика действия целлюлолитических ферментов из Geotrihum candidum. Вискозиметрический анализ кинетики гидролиза карбоксиметилцеллюлозы // Биоорганическая химия. 1977. Т. 3. N 3. С. 405–414.
  22. Klyosov A.A., Mitkevich O.V, Sinitsyn A.P. Role of the activity and adsorption of cellulases in the efficiency of the enzymic hydrolysis of amorphous and crystalline cellulose // Biochemistry. 1986. Vol. 25. Issue 3. P 540–542. https://doi.org/10.1021/bi00351a003
  23. Saloheimo M., Nakari-Setälä T., Tenkanen M., Penttilä M. cDNA cloning of a Trichoderma reesei cellulase and demonstration of endoglucanase activity by expression in yeast // European Journal of Biochemistry. 1997. Vol. 249. Issue 2. P. 584–591. https://doi.org/10.1111/j.1432-1033.1997.00584.x
  24. Pristavka A.A., Salovarova V.P., Zacchi G., Berezint I.V., Rabinovich M.L. Enzyme Recovery in High-Solids Enzymatic Hydrolysis of Steam-Pretreated Willow: Requirements for the Enzyme Composition // Applied Biochemistry and Microbiology. 2000. Vol. 36. Issue 3. P. 237–244. https://doi.org/10.1007/BF02742572
  25. Aghajari N., Feller G., Gerday C., Haser R. Structural basis of α-amylase activation by chloride // Protein Science. 2002. Vol. 11. Issue 6. P. 1435–1441. https://doi.org/10.1110/ps.0202602
  26. Linder M., Mattinen M.L., Kontteli M., Lindeberg G., Stihlberg J., Drakenberg T., et al. Identification of functionally important amino acids in the cellulose-binding domain of Trichoderma reesei cellobiohydrolase I // Protein Science. 1995. Vol. 4. Issue 6. P. 1056–1064. https://doi.org/10.1002/pro.5560040604
  27. Evdokimova G.A., Mozgova N.P., Pereverzev V.N. Transformation of plant residues in the soil of a zone exposed to emissions from an aluminum smelter // Eurasian Soil Science. 2013. Vol. 46. Issue 8. P. 908–917. https://doi.org/10.1134/S1064229313060033

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».