Cellulose hydrolysis by Trichoderma viride enzyme complex in the presence of sodium fluoride: effect of substrate structure and cellulase sorption activity

Capa

Citar

Texto integral

Resumo

The dependence of cellulase activity of the Trichoderma viride fungus on three factors – substrate type, enzyme sorption properties and sodium fluoride (NaF) concentration – was studied. The four studied water-insoluble substrates were based on two native (birch wood and wheat straw) and two model (microcrystalline cellulose and filter paper) materials. In addition, a water-soluble Na-carboxymethyl-cellulose substrate specific for endoglucanase activity was studied. The T. viride cellulase complex from the “Celloviridin G3x” preparation was separated into fractions differing in sorption  properties using the affinity chromatography method. The cellulase activity of the initial complex and obtained fractions was measured with respect to all substrates at different concentrations of NaF ranging from 0 to 1000 mg/L. Qualitative differences in the protein composition of the preparation and fractions were studied by SDS electrophoresis. With the introduction of NaF (100–500 mg/L), the initial cellulase complex activity increased with respect to all substrates. The hydrolysis rate of model samples was observed to increase by up to 100 %. Comparison of chromatographic fraction activity relative to model substrates demonstrated the NaF to have the opposite effect on the catalytic and sorption properties of cellulases. The activity of high affinity fractions containing cellobiohydrolases and low molecular weight endoglucanases in the presence of fluoride decreased by 35–90 % in relation to all substrates. Although weakly adsorbing fractions (endoglucanases I, II + cellobiasis) under the same conditions were inhibited by 15–20 % with respect to cellulose with a high degree of crystallinity (MCC), these were activated 1.3–3 times slower with respect to a water-soluble substrate (Na-CMC) and a substrate with less crystallinity (filter paper). Thus, the total effect of fluorides on the enzymatic hydrolysis of the plant substrate is determined by the crystallinity degree of the cellulose substrate, as well as by the ratio of stronglyand weakly-sorbed components in the cellulase complex. Possible molecular mechanisms of these effects are additionally proposed.

Sobre autores

E. Chashina

Irkutsk State University

Email: chashina-ek@mail.ru

Z. Efremenko

Irkutsk State University

Email: makar.efremenko@mail.ru

V. Salovarova

Irkutsk State University

Email: vsalovarova@rambler.ru

D. Gavrikov

Irkutsk State University

Email: dega.irk@gmail.com

A. Pristavka

Irkutsk State University

Email: pristavk@gmail.com

Bibliografia

  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

Arquivos suplementares

Arquivos suplementares
Ação
1. JATS XML
Baixar

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».