Nature Communications | 研究揭示真菌分泌酶对植物细胞壁降解的机制！

裂解多糖单加氧酶（LPMO）的发现改变了人们对真菌木质纤维素降解的看法，该酶具有一个表面暴露的活性位点，带有一个2型铜中心。LPMO采用氧化机制而不是水解机制来裂解纤维素、半纤维素、几丁质、淀粉、木聚糖和可溶性纤维寡糖（碳水化合物活性酶CAZy辅助活性AA9-12，AA13-17）中的糖苷键。LPMO已经在真菌、细菌和其他生物中被广泛发现。对LPMO的研究是由其促进生物质糖化的能力推动的。LPMO还被发现在植物的病原体防御机制中起着相反的作用。阐明LPMO的反应机制、它在天然底物上的活性以及它与其他酶的相互作用，是植物生物质水解的高级应用（如生物炼制中的选择性解聚）和了解它在生理过程中的作用的前提。

以前的工作表明，每个LPMO，无论其来源如何，都需要一个电子供体来激活铜中心，以促进催化循环。黄素细胞色素纤维素脱氢酶（CDH）是LPMO的本地还原酶。一旦被激活，铜中心利用氧自由基作为共基质，使多糖底物的C1或C4原子羟基化，从而断开糖苷键。共基质的性质最初被认为是O2，但最近几年的研究为H2O2作为实际共基质提供了充分的证据。当加入H2O2时，LPMO对多糖解聚的催化效率要比使用添加的电子供体直接将O2还原为H2O2或通过还原的、非底物结合的LPMO的氧解偶联机制的催化效率高得多。来自灵芝的活化LPMO9A（TrLPMO9A）和H2O2的反应速率比O2快三个数量级。据报道，细菌和真菌LPMO对H2O2的kcat/KM值为106 M-1 s-1，这与真菌过氧酶和过氧化物酶的催化效率相当。相反，一种真菌LPMO对O2依赖性底物氧化的催化效率被测量为103 M-1 s-1。在一个工业环境中，当为LPMO和纤维素酶提供H2O2时，处理纯纤维素和桦树样品的糖化率和产量都会增加。虽然旨在提高纤维素的糖化效率，但H2O2驱动的LPMO催化作用尚未在木材细胞的结构水平上进行研究，这些细胞形成了真菌菌丝及其分泌的酶的自然环境。在接近自然的条件下，在纤维素酶的存在下，测量LPMO在植物细胞壁上的过氧酶活性是了解该酶自然功能的一个重要步骤。

2022年10月21日，国际权威学术期刊Nature Communications发表了奥地利维也纳自然资源与生命科学大学Roland Ludwig团队的最新相关研究成果，题为Investigating lytic polysaccharide monooxygenase-assisted wood cell wall degradation with microsensors的研究论文。

LPMO通过提高糖化效率和速率支持生物质水解，一些研究对基于H2O2的植物细胞壁降解机制的生理意义提出质疑。本研究报告通过使用压电控制的H2O2微传感器测量杨木细胞壁附近的H2O2浓度，对LPMO的活性进行了局部和时间分辨。被调查的粗糙脉孢菌LPMO与细胞壁内层结合并消耗酶促产生的H2O2。结果表明，在真菌分泌蛋白组中辅助氧化还原酶容易产生的低H2O2浓度下，LPMO的催化效率很高。用葡萄糖微生物传感器进行的测量还表明，LPMO促进了木材细胞壁上的纤维素水解酶的活性，并在真菌的胞外分解作用和工业生物质降解中发挥了协同作用。

转自：“植物生物技术Pbj”微信公众号

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