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Structural and functional effects of manipulating the degree of methylesterification in a model homogalacturonan with a pseudo-random fungal pectin methylesterase followed by a processive methylesterase
저자
Kim, Yang ; Cameron, Randall G. ; Williams, Martin A.K. ; Luzio, Gary A.
발행기관
학술지명
권호사항
발행연도
2018
작성언어
-등재정보
SCI,SCIE,SCOPUS
자료형태
학술저널
수록면
879-886(8쪽)
제공처
<P><B>Abstract</B></P> <P>We explored the possibility of controlling charge distribution in the homogalacturonan regions of pectin to produce a population of demethylesterified molecules with desirable functional properties by utilizing consecutive treatments with pectin methylesterases (PME) having different modes of action. A fungal PME from <I>Aspergillus aculeatus</I> (<I>Aa</I>-PME), with a pseudo-random mode of action, was used to demethylesterify a extremely high methylesterified HG (DM 94%, average degree of polymerization 246) by reducing the degree of methylesterification (DM) from 94% to either 70% or 80%. A second demethylesterification step, to 50% DM, was performed using a processive PME from <I>Carica papaya</I> (<I>CpL</I>-PME). Introduced demethylesterified blocks were released either by exhaustive or limited endo polygalacturonase (EPG) digestion. Degree of blockiness (DB), absolute degree of blockiness (DB<SUB>abs</SUB>), average demethylesterified block size ( B S ¯ ) and number of average sized demethylesterified blocks per molecule ( B N ¯ ) were estimated. B S ¯ and B N ¯ as well as DB/DB<SUB>abs</SUB> differed depending on the initial DM reduction by <I>Aa</I>PME, the number of activity units of <I>CpL</I>PME used and the reaction pH (<I>P</I> < 0.05). Consecutive demethylesterification of HG by <I>AaPME</I> to 80% DM and then by <I>CpL</I>PME to 50% DM at pH 4.5 produced significantly longer oligomer blocks compared to <I>Aa-PME</I> demethylesterification to 70% DM followed by <I>CpL</I>-PME to 50% DM at pH 7.0. Limited EPG digestion released nearly intact demethylesterified blocks and the released oligomers were coupled with <I>in silico</I> modeling. Resulting oligomer distribution corresponded to the <I>in silico</I> mode of action representing contiguous demethylesterification of 10 GalA residues rather than that of random or complete block-wise demethylesterification. Calcium-mediated gels of the modified HGs displayed G′ higher than G″ values and both moduli differed significantly according to the amount of <I>CpL</I>PME applied even though their final DMs were identical. These results suggest the possibility of controlling B S ¯ and engineering a population of demethylesterified pectin molecules with specified demethylesterified B S ¯ and functional properties.</P> <P><B>Highlights</B></P> <P> <UL> <LI> A fungal and a plant pectin methylesterase were sequentially applied to a model homogalacturonan. </LI> <LI> Average demethylesterified block size and number differed based on the treatment. </LI> <LI> A processive multiple attack mode of action best explained block distributions. </LI> <LI> Significant correlations between B S ¯ , B N ¯ , degree of blockiness and G′ were observed. </LI> <LI> Functional properties could be customized using PMEs of different mode of actions. </LI> </UL> </P> <P><B>Graphical abstract</B></P> <P>[DISPLAY OMISSION]</P>
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