ファミリーAA10 LPMOの電気化学的特性と、反応性に対する銅部位を形作る残基の影響

リグノセルロースバイオマス分解の酵素に関する研究は、この天然資源を利用することに関心があるため、近年徐々に増加しています。これらの酵素の中には、還元されたモノコーパー活性部位で生成された活性酸素種を使用して結晶セルロースを酸化的に溶解させる溶解性多糖モノオキシゲナーゼ（LPMOS）があります。銅部位は、高度に保存されたヒスチジンブレースで構成され、3つの赤道窒素リガンドを提供しますが、銅に近い保存されていない残留物は、部位の形成と閉じ込めに寄与します。触媒銅部位は、溶媒と結晶基質にさらされているため、酸化還元電位を含むLPMO特性に対する銅環境の影響は非常に興味深いものです。現在の研究では、LPMO（SCLPMO10C）の直接的な電気化学的研究が実施され、触媒中心のレドックス遷移に関連する運動および熱力学的データを取得できます。さらに、銅に結合せず、銅部位を形作る2つの残基が変異し、変異体の特性を野生型酵素の特性と比較しました。周期的なボルタンメトリーを使用した直接的な電気化学研究により、他の方法で決定されたLPMO酸化還元電位に沿った+200 mV範囲の酸化還元電位が得られました。興味深いことに、変異は酵素の正式な酸化還元の可能性にほとんど影響しませんでしたが、銅部位と酵素の機能の反応性に劇的に影響を与えました。

Research on enzymes for lignocellulose biomass degradation has progressively increased in recent years due to the interest in taking advantage of this natural resource. Among these enzymes are the lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) that oxidatively depolymerize crystalline cellulose using a reactive oxygen species generated in a reduced mono‑copper active site. The copper site comprises of a highly conserved histidine-brace, providing three equatorial nitrogen ligands, whereas less conserved residues close to the copper contribute to shaping and confining the site. The catalytic copper site is exposed to the solvent and to the crystalline substrates, and as so, the influence of the copper environment on LPMO properties, including the redox potential, is of great interest. In the current work, a direct electrochemical study of an LPMO (ScLPMO10C) was conducted allowing to retrieve kinetic and thermodynamic data associated with the redox transition in the catalytic centre. Moreover, two residues that do not bind to the copper but shape the copper sites were mutated, and the properties of the mutants were compared with those of the wild-type enzyme. The direct electrochemical studies, using cyclic voltammetry, yielded redox potentials in the +200 mV range, well in line with LPMO redox potentials determined by other methods. Interestingly, while the mutations hardly affected the formal redox potential of the enzyme, they drastically affected the reactivity of the copper site and enzyme functionality.