Structure des xylosidases

Deux domaines sont retrouvés dans les β-xylosidases de la famille GH43 : un domaine

en hélice β au niveau N-terminal et un domaine en sandwich β au niveau C-terminal

(Brunzelle et al., 2008; Brüx et al., 2006; Nurizzo et al., 2002). Le repliement en hélice est

constitué de cinq pales (composées de quatre brins β antiparallèles avec une topologie en W)

distribuées de manière égale autour d‟un cercle. Le sandwich β est composé de deux feuillets

de cinq brins β antiparallèles (Brüx et al., 2006) ce qui signifie que les feuillets sont tête

bêche. La structure complète est plissée avec les chaînes latérales alternativement au-dessus et

au-dessous. Ce sandwich β va fermer une partie du site actif pour former une poche

(Brunzelle et al., 2008).

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Les résidus catalytiques sont situés dans un site actif peu profond au centre du

domaine en hélice β qui est proche d‟un résidu phénylalanine (inclu dans le domaine

sandwich). Les xylosidases ont au moins deux sous-sites pour lier deux xyloses et trois

résidus catalytiques : un acide aspartique (résidu basique), un acide glutamique (résidu acide)

et un résidu dont le rôle est moins connu (Lombard et al., 2014; Van Doorslaer et al., 1985).

Le résidu basique est situé entre deux prolines conservées, dont la position permet d‟activer

une molécule d‟eau favorisant l‟attaque du carbone anomérique et entrainant ainsi une

inversion de la configuration de ce carbone. Le résidu catalytique acide pourra alors protoner

l‟aglycon partant (Brüx et al., 2006). Le troisième résidu serait responsable de la modulation

du pKa du résidu catalytique acide. En effet, il permettrait de garder le résidu acide protonné

afin qu‟il agisse en tant qu‟acide pour la réaction (Brüx et al., 2006; Nurizzo et al., 2002). Un

autre rôle attribué à ce résidu est l‟orientation de l‟acide catalytique par rapport au substrat

(Brüx et al., 2006; Nurizzo et al., 2002). De plus, ce troisième résidu catalytique a un rôle

crucial dans la liaison du substrat via le O

2

du glycon ce qui permet la stabilisation de l‟état de

transition. Ces propriétés expliquent la conservation de ce résidu dans les GHs ayant un

domaine hélice β à cinq pales (Brüx et al., 2006). Les GH43 suivent un mécanisme

d‟inversion de la configuration du carbone anomérique (Braun et al., 1993;

Kersters-Hilderson et al., 1976). Toutefois, la plupart des β-xylosidases suivent un mécanisme de

rétention.

Comme nous l‟avons vu dans le chapitre 1. 2. II, les xylanes ont des compositons

variables d‟une espèce à l‟autre avec des substitutions nombreuses et variées. En

conséquence, l‟hydrolyse complète de ce substrat nécessite une grande variété d‟enzymes

agissant coopérativement ce qui signifie que la liaison d'un premier ligand sur son site

augmente l'affinité d'un autre ligand sur un autre site. Les xylanases et les β-xylosidases

agissent sur la chaîne principale (Biely, 1985a; Dekker, 1983). Afin que les xylanases aient

accès à la totalité de la chaîne principale, d‟autres classes d‟enzymes vont intervenir pour

débrancher les susbstitutions, notamment les α-D-glucuronidases (E.C. 3.2.1.139), α-L

-arabinofuranosidases (E.C. 3.2.1.55), acétyle xylane estérases (E.C. 3.1.1.72) et féruloyle

estérases (E.C. 3.1.1.73) (Biely, 1985b; Subramaniyan et al., 2002) (Figure 19). Des

monomères sont obtenus tels que des acides glucuroniques, des arabinofuranoses et des

résidus acétyles. Des féruloyle estérases pourront ensuite cliver les liaisons acide

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arabinofuranose et les β-D-xylosidases hydrolyseront les xylooligosaccharides à l‟extrémité

non réductrice produisant des résidus de xylose (Bachmann and Mccarthy, 1991; Bartolomé et

al., 1997; Saha, 2003; Shallom-Shezifi et al., 2005).

Figure 19 : Enzymes impliquées dans la dégradation des xylanes.

D‟après (Ratanakhanokchai et al., 2013).

Les α-L-arabinofuranosidases sont des enzymes qui catalysent spécifiquement

l‟hydrolyse des résidus α-L-(1,2)-, α-L-(1,3)- et α-L-(1,5)-arabinofuranosyles à l‟extrémité non

réductrice dans les oligosaccharides et les polysaccharides hémicellulosiques (Saha, 2000).

Ces enzymes sont spécifiques d‟une liaison 1,2, 1,3 ou 1,5 ou peuvent préférer des doubles

substitutions 1,2 et 1,3. Les α-L-arabinofuranosidases sont classées dans la base de données

CAZy dans les familles 2, 3, 43, 51, 54, 62, 127, 137 et 142 des GHs ((Lombard et al., 2014)

mis à jour le 13/06/2017). Il existe plusieurs structures possibles pour les α-L

-arabinofuranosidases comme la structure en tonneau (β/α)

8

ou (α/α)

6

ou encore une hélice β à

cinq pales. Le mécanisme d‟action est en majorité un mécanisme de rétention de la

configuration du carbone anomérique. Selon la spécificité de substrat, les α-L

-arabinofuranosidases ont été classées en trois groupes : les enzymes de type A sont actives sur

les arabinooligosaccharides et les pNP-glycosides synthétiques, les enzymes de type B

catalysent l‟hydrolyse des arabinooligosaccharides, des pNP-glycosides et des polymères

branchés alors que les enzymes de type C sont seulement actives sur les liaisons entre un

arabinose et un xylose dans les arabinoxylanes et inactives sur les pNP-glycosides.

Les α-D-glucuronidases clivent un acide uronique, substitution d‟une hémicellulose

(Gilbert, 2010) (par exemple un α-D-acide glucuronique substitue un xylose en position 2 ou 3

dans un glucuronoxylane (Aspinall and Mahomed, 1954; Sun et al., 1996)). Ces enzymes sont

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classées dans la base de données CAZy dans les familles GH4, GH67 et GH115 ((Lombard et

al., 2014) mis à jour le 05/10/17). Les enzymes de la famille GH4 ont un mécanisme de

rétention de la configuration du carbone anomérique alors que les autres suivent un

mécanisme d‟inversion de sa configuration. A l‟heure actuelle, il n‟y a pas de consensus sur la

structure tridimensionnelle de ces enzymes et les acides aminés impliqués dans la réaction.

Un acide aspartique ou un acide glutamique ont le rôle d‟acides aminés catalytiques pour une

partie des α-D-glucuronidases.

D‟autres enzymes peuvent agir sur des substitutions des hémicelluloses comme les

α-galactosidases (EC 3.2.1.22) (de Vries and Visser, 2001). Ces enzymes clivent les D

-galactoses. Elles sont classées dans les GH4, GH10, GH27, GH31, GH36, GH57, GH95 et

GH97. Ces enzymes suivent un mécanisme de rétention de la configuration du carbone

anomérique (sauf pour celles classées dans les GHs 95 et 97). La structure tridimensionnelle

retrouvée en majorité est un tonneau (β/α)

8

. Les acides aminés catalytiques correspondent à un

acide glutamique et/ ou un acide aspartique et/ ou une asparagine (Lombard et al., 2014) mis à

jour le 27/06/17).

Les féruloyle estérases et les acétyle xylane estérases, regroupées sous le terme de

carbohydrate estérases suppriment certains esters sur des polysaccharides et facilitent l‟action

des GHs sur des polysaccharides. Ces enzymes, qui ne sont pas des GHs, sont davantage

décrites dans la partie 8 ci-dessous car elles seront utilisées dans cette thèse.

Les hémicelluloses sont en partie substituées par des acides acétiques ou des phénols

estérifiés ce qui rend leur dégradation difficile (Pan et al., 2006). Les CEs (EC 3.1.1.1) sont

des enzymes qui catalysent la dé-O ou dé-N-acylation de saccharides substitués (Lombard et

al., 2014). Ces enzymes sont produites par des bactéries ou des champignons (Williamson et

al., 1998). Il existe actuellement 16 familles de CEs selon la base de données CAZy (mis à

jour le 15/09/2017, (Lombard et al., 2014)). Ces enzymes ont été identifiées dans des

arsenaux d‟enzymes microbiennes (de Vries et al., 1997; Guais et al., 2008). Les CEs sont

divisées en plusieurs groupes, la majorité des enzymes étant des acétyle xylane estérases (EC

3.1.1.72) et des féruloyle estérases (EC 3.1.1.73).

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Dans le document Création d'enzymes multimodulaires à façon dédiées à la dégradation de substrats complexes (Page 58-62)