The release of glucose from lignocellulosic waste for subsequent fermentation into biofuels holds promise for securing humankind's future energy needs. The discovery of a set of copper-dependent enzymes known as lytic polysaccharide monooxygenases (LPMOs) has galvanised new research in this area. LPMOs act by oxidatively introducing chain breaks into cellulose and other polysaccharides, boosting the ability of cellulases to act on the substrate. Although several proteins have been implicated as electron sources in fungal LPMO biochemistry, no equivalent bacterial LPMO electron donors have been previously identified, although the proteins Cbp2D and E from Cellvibrio japonicus have been implicated as potential candidates. Here we analyse a small c-type cytochrome (CjX183) present in Cellvibrio japonicus Cbp2D, and show that it can initiate bacterial CuII/I LPMO reduction and also activate LPMO-catalyzed cellulose-degradation. In the absence of cellulose, CjX183-driven reduction of the LPMO results in less H2O2 production from O2, and correspondingly less oxidative damage to the enzyme than when ascorbate is used as the reducing agent. Significantly, using CjX183 as the activator maintained similar cellulase boosting levels relative to the use of an equivalent amount of ascorbate. Our results therefore add further evidence to the impact that the choice of electron source can have on LPMO action. Furthermore, the study of Cbp2D and other similar proteins may yet reveal new insight into the redox processes governing polysaccharide degradation in bacteria.

中文翻译：

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C型细胞色素引发的细菌溶解性多糖单加氧酶的减少

从木质纤维素废物中释放葡萄糖用于随后发酵成生物燃料有望确保人类未来的能源需求。一组被称为裂解多糖单加氧酶 (LPMO) 的铜依赖性酶的发现激发了该领域的新研究。LPMO 的作用是将链断裂氧化引入纤维素和其他多糖中，从而提高纤维素酶作用于底物的能力。尽管一些蛋白质被认为是真菌 LPMO 生物化学中的电子源，但之前没有发现等效的细菌 LPMO 电子供体，尽管来自日本细胞弧菌的蛋白质 Cbp2D 和 E 被认为是潜在的候选者。在这里，我们分析了存在于 Cellvibrio japonicus Cbp2D 中的小 c 型细胞色素 (CjX183)，并表明它可以启动细菌 CuII/I LPMO 还原，也可以激活 LPMO 催化的纤维素降解。在没有纤维素的情况下，CjX183 驱动的 LPMO 还原导致 O2 产生的 H2O2 减少，相应地，与使用抗坏血酸作为还原剂时相比，对酶的氧化损伤更小。重要的是，相对于使用等量的抗坏血酸盐，使用 CjX183 作为激活剂保持了相似的纤维素酶促进水平。因此，我们的结果进一步证明了电子源的选择对 LPMO 作用的影响。此外，对 Cbp2D 和其他类似蛋白质的研究可能还揭示了对控制细菌多糖降解的氧化还原过程的新见解。在没有纤维素的情况下，CjX183 驱动的 LPMO 还原导致 O2 产生的 H2O2 减少，相应地，与使用抗坏血酸作为还原剂时相比，对酶的氧化损伤更小。重要的是，相对于使用等量的抗坏血酸盐，使用 CjX183 作为激活剂保持了相似的纤维素酶促进水平。因此，我们的结果进一步证明了电子源的选择对 LPMO 作用的影响。此外，对 Cbp2D 和其他类似蛋白质的研究可能还揭示了对控制细菌多糖降解的氧化还原过程的新见解。在没有纤维素的情况下，CjX183 驱动的 LPMO 还原导致 O2 产生的 H2O2 减少，相应地，与使用抗坏血酸作为还原剂时相比，对酶的氧化损伤更小。重要的是，相对于使用等量的抗坏血酸盐，使用 CjX183 作为激活剂保持了相似的纤维素酶促进水平。因此，我们的结果进一步证明了电子源的选择对 LPMO 作用的影响。此外，对 Cbp2D 和其他类似蛋白质的研究可能还揭示了对控制细菌多糖降解的氧化还原过程的新见解。使用 CjX183 作为激活剂保持了与使用等量抗坏血酸相似的纤维素酶促进水平。因此，我们的结果进一步证明了电子源的选择对 LPMO 作用的影响。此外，对 Cbp2D 和其他类似蛋白质的研究可能还揭示了对控制细菌多糖降解的氧化还原过程的新见解。使用 CjX183 作为激活剂保持了与使用等量抗坏血酸相似的纤维素酶促进水平。因此，我们的结果进一步证明了电子源的选择对 LPMO 作用的影响。此外，对 Cbp2D 和其他类似蛋白质的研究可能还揭示了对控制细菌多糖降解的氧化还原过程的新见解。