Just add sugar... Structural studies on Glucansucrase and Fructansucrase enzymes from lactobacilli

Extracellulaire polysacchariden die geproduceerd worden door melkzuurbacteriën, hebben interessante eigenschappen voor onder andere de voedingsindustrie. Polysacchariden van het type α-glucaan of β-fructaan worden gesynthetiseerd door glucansucrase respectievelijk fructansucrase enzymen. In zijn proefschrift beschrijft Tjaard Pijning 3D-structuuronderzoek aan enkele van deze enzymen. Hij maakt gebruik 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 dit verkorte glucansucrase 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 boemerangachtige 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. 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, 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.
Tjaard Pijning (Scheemda, 1965) studeerde aan de Rijks Hogeschool Groningen. Het onderzoek werd uitgevoerd in de afdeling Eiwitkristallografie in samenwerking met de afdeling Microbiële Fysiologie, beide van het Groningen Biomolecular Sciences and Biotechnology Institute en gefinancierd door Senter.