Just add sugar... Structural Studies on Glucansucrase and Fructansucrase Enzymes from Lactobacilli

Extracellulaire polysacchariden geproduceerd door melkzuurbacteriën hebben interessante eigenschappen voor o.a. de voedingsindustrie. Polysacchariden van het type α-glucaan of β-fructaan worden gesynthetiseerd door glucansucrase resp. fructansucrase enzymen. Dit proefschrift beschrijft 3D-structuuronderzoek aan enkele glucan- en fructansucrases, gebruik makend van Röntgenkristallografie en kleine hoek Röntgen verstrooiing technieken. Van glucansucrase GTF180 uit Lactobacillus reuteri 180 werd een verkorte vorm (GTF180-ΔN) gekristalliseerd om de eerste 3D-structuur van deze klasse enzymen te bepalen. In verschillende kristalvormen bleek één van de vijf domeinen van GTF180-ΔN twee heel verschillende posities in te nemen, resulterend in hetzij een langgerekte hetzij een compacte conformatie. In oplossing heeft GTF180-ΔN een langgerekte conformatie. Het volledige GTF180 heeft een boemerang-achtige vorm, met het N-terminale domein als ‘extensie’ aan de overige domeinen. Ook werd de kristalstructuur van glucansucrase GTFA-ΔN uit Lactobacillus reuteri 121 bepaald, en vergeleken met die van GTF180-ΔN. De twee enzymen zijn 78% identiek qua aminozuur volgorde maar verschillen in productspecificiteit: ze synthetiseren α-glucanen met α(1→6)/α(1→3) glycosidische bindingen (GTF180-ΔN) dan wel α(1→6)/α(1→4) glycosidische bindingen (GTFA-ΔN). Uit de structuur kon worden afgeleid dat aminozuur residuen dichtbij de acceptor bindingsplaats, en in het bijzonder het aminozuur direct volgend op het aminozuur dat de transition-state stabiliseert, een cruciale rol spelen in de productspecificiteit. De eerste kristalstructuur van een bacteriële sucrase die β(2→1)-geschakelde β-fructaan oligosacchariden en polymeren (inuline) maakt, InuJ uit Lactobacillus johnsonii NCC 533, verklaart waarom inulosucrases eenzelfde substraatspecificiteit hebben als levansucrases die β(2→6) geschakelde β-fructanen synthetiseren. Productspecificiteit wordt waarschijnlijk bepaald door acceptor bindingsplaatsen verder weg van de actieve holte.