Background Regarding plant cell wall polysaccharides degradation, multimodular glycoside hydrolases (GHs) with two catalytic domains separated by one or multiple carbohydrate-binding domains are rare in nature. This special mode of domain organization endows the Caldicellulosiruptor bescii CelA (GH9-CBM3c-CBM3b-CBM3b-GH48) remarkably high efficiency in hydrolyzing cellulose. CbXyn10C/Cel48B from the same bacterium is also such an enzyme which has, however, evolved to target both xylan and cellulose. Intriguingly, the GH10 endoxylanase and GH48 cellobiohydrolase domains are both dual functional, raising the question if they can act synergistically in hydrolyzing cellulose and xylan, the two major components of plant cell wall. Results In this study, we discovered that CbXyn10C and CbCel48B, which stood for the N- and C-terminal catalytic domains, respectively, cooperatively released much more cellobiose and cellotriose from cellulose. In addition, they displayed intramolecular synergy but only at the early stage of xylan hydrolysis by generating higher amounts of xylooligosaccharides including xylotriose, xylotetraose, and xylobiose. When complex lignocellulose corn straw was used as the substrate, the synergy was found only for cellulose but not xylan hydrolysis. Conclusion This is the first report to reveal the synergy between a GH10 and a GH48 domain. The synergy discovered in this study is helpful for understanding how C. bescii captures energy from these recalcitrant plant cell wall polysaccharides. The insight also sheds light on designing robust and multi-functional enzymes for plant cell wall polysaccharides degradation.

中文翻译：

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来自多模块糖苷水解酶的 GH10 和 GH48 双功能催化结构域协同水解纤维素和木聚糖。

背景关于植物细胞壁多糖的降解，具有由一个或多个碳水化合物结合结构域隔开的两个催化结构域的多模块糖苷水解酶 (GH) 在自然界中很少见。这种特殊的结构域组织模式使 Caldicellulosiruptor bescii CelA (GH9-CBM3c-CBM3b-CBM3b-GH48) 在水解纤维素方面具有非常高的效率。来自同一细菌的 CbXyn10C/Cel48B 也是这样一种酶，然而，它已经进化为靶向木聚糖和纤维素。有趣的是，GH10 内切木聚糖酶和 GH48 纤维二糖水解酶结构域都具有双重功能，这提出了一个问题，即它们是否可以协同水解植物细胞壁的两种主要成分纤维素和木聚糖。结果 在这项研究中，我们发现代表 N 端和 C 端催化结构域的 CbXyn10C 和 CbCel48B，分别从纤维素中协同释放出更多的纤维二糖和纤维三糖。此外，它们表现出分子内协同作用，但仅在木聚糖水解的早期阶段，通过产生更高量的木寡糖，包括木三糖、木四糖和木二糖。当复合木质纤维素玉米秸秆用作底物时，仅发现纤维素的协同作用，而木聚糖水解则没有。结论 这是第一份揭示 GH10 和 GH48 结构域之间协同作用的报告。本研究中发现的协同作用有助于了解 C. bescii 如何从这些顽固的植物细胞壁多糖中获取能量。该见解还为设计用于植物细胞壁多糖降解的稳健和多功能酶提供了启示。从纤维素中协同释放出更多的纤维二糖和纤维三糖。此外，它们表现出分子内协同作用，但仅在木聚糖水解的早期阶段，通过产生更高量的木寡糖，包括木三糖、木四糖和木二糖。当复合木质纤维素玉米秸秆用作底物时，仅发现纤维素的协同作用，而木聚糖水解则没有。结论 这是第一份揭示 GH10 和 GH48 结构域之间协同作用的报告。本研究中发现的协同作用有助于了解 C. bescii 如何从这些顽固的植物细胞壁多糖中获取能量。该见解还为设计用于植物细胞壁多糖降解的稳健和多功能酶提供了启示。从纤维素中协同释放出更多的纤维二糖和纤维三糖。此外，它们表现出分子内协同作用，但仅在木聚糖水解的早期阶段，通过产生更高量的木寡糖，包括木三糖、木四糖和木二糖。当复合木质纤维素玉米秸秆用作底物时，仅发现纤维素的协同作用，而木聚糖水解则没有。结论 这是第一份揭示 GH10 和 GH48 结构域之间协同作用的报告。本研究中发现的协同作用有助于了解 C. bescii 如何从这些顽固的植物细胞壁多糖中获取能量。该见解还为设计用于植物细胞壁多糖降解的稳健和多功能酶提供了启示。它们表现出分子内协同作用，但仅在木聚糖水解的早期阶段通过产生更高量的木寡糖，包括木三糖、木四糖和木二糖。当复合木质纤维素玉米秸秆用作底物时，仅发现纤维素的协同作用，而木聚糖水解则没有。结论 这是第一份揭示 GH10 和 GH48 结构域之间协同作用的报告。本研究中发现的协同作用有助于了解 C. bescii 如何从这些顽固的植物细胞壁多糖中获取能量。该见解还为设计用于植物细胞壁多糖降解的稳健和多功能酶提供了启示。它们表现出分子内协同作用，但仅在木聚糖水解的早期阶段通过产生更高量的木寡糖，包括木三糖、木四糖和木二糖。当复合木质纤维素玉米秸秆用作底物时，仅发现纤维素的协同作用，而木聚糖水解则没有。结论 这是第一份揭示 GH10 和 GH48 结构域之间协同作用的报告。本研究中发现的协同作用有助于了解 C. bescii 如何从这些顽固的植物细胞壁多糖中获取能量。该见解还为设计用于植物细胞壁多糖降解的稳健和多功能酶提供了启示。当复合木质纤维素玉米秸秆用作底物时，仅发现纤维素的协同作用，而木聚糖水解则没有。结论 这是第一份揭示 GH10 和 GH48 结构域之间协同作用的报告。本研究中发现的协同作用有助于了解 C. bescii 如何从这些顽固的植物细胞壁多糖中获取能量。该见解还为设计用于植物细胞壁多糖降解的稳健和多功能酶提供了启示。当复合木质纤维素玉米秸秆用作底物时，仅发现纤维素的协同作用，而木聚糖水解则没有。结论 这是第一份揭示 GH10 和 GH48 结构域之间协同作用的报告。本研究中发现的协同作用有助于了解 C. bescii 如何从这些顽固的植物细胞壁多糖中获取能量。该见解还为设计用于植物细胞壁多糖降解的稳健和多功能酶提供了启示。bescii 从这些顽固的植物细胞壁多糖中获取能量。该见解还为设计用于植物细胞壁多糖降解的稳健和多功能酶提供了启示。bescii 从这些顽固的植物细胞壁多糖中获取能量。该见解还为设计用于植物细胞壁多糖降解的稳健和多功能酶提供了启示。