БИОФИЗИКА, 2023, том 68, № 5, с. 892-899

МОЛЕКУЛЯРНАЯ БИОФИЗИКА

УДК 577.325

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭНДОИНУЛИНАЗЫ

ИЗ Aspergillus ficuum С МОНО-, ДИ- И ПОЛИСАХАРИДАМИ

М.Г. Холявка*^,***^{, #}, В.Г. Артюхов*

*Воронежский государственный университет, Университетская пл., 1, Воронеж, 394018, Россия

**Институт биофизики клетки РАН - обособленное подразделение ФИЦ «Пущинский научный центр биологических

исследований РАН», Институтская ул., 3, Пущино Московской области, 142290, Россия

***Севастопольский государственный университет, Университетская ул., 33, Севастополь, 299053, Россия

^#E-mail: holyavka@rambler.ru

Поступила в редакцию 20.07.2023 г.

После доработки 10.08.2023 г.

Принята к публикации 16.08.2023 г.

Целью работы был анализ особенностей пространственной организации молекулы эндоинулиназы

из Aspergillus ficuum после связывания с моно-, ди- и полисахаридами. Изучены изменения объема и

количества внутренних полостей при связывании инулиназы с моно- (глюкоза, фруктоза), ди- (са-

хароза, манноза) и полисахаридами (инулин), описаны преобразования в количестве и длине тун-

нелей и пор, проанализирована реорганизация состава и локализации скоплений заряженных и

гидрофобных аминокислотных остатков на поверхности молекулы фермента. Показано, что в мо-

делях инулиназы в комплексе с сахарозой (вторым субстратом) и маннозой (активатором) наблюда-

ются одинаковые типы внутренних структур. Аналогичная закономерность выявлена и при образо-

вании комплексов с продуктом реакции - фруктозой и ингибитором - глюкозой. Кроме того, уста-

новлено, что состав как заряженных, так и гидрофобных скоплений не претерпевает значительных

изменений после связывания инулиназы с моно-, ди- и полисахаридами, т.е. взаимодействие с ря-

дом названных углеводов отражается преимущественно на внутренних структурах фермента. Изу-

ченные особенности связывания инулиназ с различными лигандами необходимо учитывать при

разработке на их основе современных промышленных биокатализаторов.

Ключевые слова: инулиназа, катализ, полости, туннели, компьютерное моделирование.

DOI: 10.31857/S0006302923050083, EDN: PGZZTE

Благодаря своей способности гидролизовать

тельно выше для инвертаз (≥1500) и ниже для

инулин фермент инулиназа играет важную роль в

инулиназ (≤10). Установлено, что соотношение

пищевой промышленности в области производ-

этих типов активностей зависит от рН, темпера-

ства фруктозы и фруктоолигосахаридов из экс-

туры и метода определения ферментативной ак-

трактов инулиносодержащих растений [1]. Раз-

тивности [12]. Существуют данные об активатор-

личают экзо- и эндоинулиназы. Экзоинулиназы в

ном действии маннозы на инулиназу [13, 14]. Та-

качестве продуктов образуют в основном моноса-

ким образом, сахара, содержащиеся в

хариды, эндоинулиназы

- преимущественно

растительном сырье, способны оказывать раз-

олигосахариды [2, 3], т.е. эндоинулиназа действу-

личное влияние на инулиназную активность.

ет на внутренние β-2,1-гликозидные связи ину-

Именно поэтому важно изучать механизмы взаи-

лина с образованием фруктоолигосахаридов раз-

модействия различных сахаров с молекулами

личной длины цепи [4, 5].

ферментов методами молекулярного докинга и

Известно, что растительное сырье, богатое

3D-моделирования [15, 16].

инулином, представляет собой смесь сахаров [4] и

Известно, что свойства и функции различных

может включать, помимо инулина, такие углево-

ферментов определяются их пространственной

ды как сахароза и манноза. При этом фруктоза и

структурой, обусловленной аминокислотной по-

глюкоза, являясь продуктами гидролиза инулина,

следовательностью и ее пространственной уклад-

оказывают на фермент ингибирующее воздей-

кой, выражающейся в определенной третичной

ствие [6-8]. Основным субстратом фермента яв-

структуре [17]. Даже небольшое изменение разме-

ляется инулин, однако сахароза также способна

ров той или иной макромолекулы в пределах не-

выступать в качестве минорного субстрата [9, 10].

скольких ангстрем, может повлечь за собой суще-

В работе [11] было показано, что отношение ак-

ственное изменение ее свойств, вплоть до полной

тивности к сахарозе и инулину обычно значи-

потери каталитической активности [18, 19]. Со-

892

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭНДОИНУЛИНАЗЫ

893

временные методы компьютерного моделирова-

конформационную подвижность биомакромоле-

ния пространственных структур белков

кул и участвуют в различных механизмах их дена-

позволяют прогнозировать влияние различных

турации [21, 24]. Помимо постоянно существую-

факторов на их свойства и функции [20, 21].

щих, есть полости, которые формируются на

весьма краткий период. Примером такой структу-

Внутренние полости, туннели и поры являют-

ры могут служить полости, образующиеся в ре-

ся важными элементами пространственной орга-

зультате флип-флоп перехода ароматического

низации белка. Они участвуют в таких процессах,

кольца фенилаланина. Это в очередной раз напо-

как распознавание и связывание лигандов, пере-

минает о том, что молекулы ферментов являются

нос малых молекул, а также меж- и внутримоле-

динамичными, а не статичными системами, и что

кулярный перенос энергии [22-24]. Данные эле-

для функционирования им необходима опреде-

менты пространственной структуры ферментов

ленная конформационная подвижность.

принимают участие в образовании специфиче-

ского микроокружения, необходимого для осу-

В связи с вышесказанным целью работы было

ществления биохимических реакций, и обеспе-

выявить особенности взаимодействий эндоину-

чивают транспорт различных соединений к ак-

линазы из Aspergillus ficuum с моно-, ди- и полиса-

тивному и субстратсвязывающему центрам белка.

харидами, учитывая параметры туннелей, поло-

Белок-субстратные взаимодействия возника-

стей и пор, которые образуются в ходе этих взаи-

ют только в непосредственной близости субстра-

модействий, а именно их объемы (в нм³) и

та и активного центра. Большинство ферментов

протяженность (в Å).

(>60%) имеют каталитические центры, располо-

женные в глубоких внутренних полостях [17, 25].

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Отсюда следует, что структура молекулы фермен-

та нуждается в особых путях, идущих через моле-

В качестве объекта исследования была выбрана

кулу белка для обеспечения каталитического вза-

пространственная структура эндоинулиназы из As-

имодействия. Такими путями выступают тунне-

pergillus ficuum (PDB ID: 3SC7). Отрисовка молекул

ли, через которые осуществляется транспорт

углеводов была произведена в HyperChem.

субстратов, кофакторов, растворителей и продук-

Докинг белковых структур с лигандами осу-

тов к активному центру и от него [26].

ществляли в программном обеспечении AutoDo-

Туннели тяжело поддаются анализу из-за

ck Vina (https://sourceforge.net/projects/ autodock-

большого количества их промежуточных форм,

vina-1-1-2-64-bit). Вычисление параметров тун-

но именно благодаря разнообразию вариаций

нелей и внутренних полостей осуществляли при

структур и размеров туннелей, состава выстилаю-

помощи программы MOLE (http://mole.chemi.

щих их аминокислотных остатков, а также обу-

muni.cz). Анализ скоплений аминокислот на по-

словленной туннелями конформационной дина-

верхностях белковых молекул проводили на ос-

мичности в белковых молекулах данные струк-

нове программного обеспечения Maestro

10.3

турные элементы принимают участие в

(https://www.schrodinger.com/ products/maestro).

обеспечении доступа предпочтительного суб-

Расстояния между аминокислотными остатка-

страта к активному центру фермента и в то же

ми на поверхности ферментов были рассчитаны

время ограничении такового для нежелательных

на основе координат атомов в их составе по фор-

молекул путем соединения внутреннего про-

муле:

странства биомакромолекул с внешним про-

странством, позволяя стерически комплементар-

ным субстратам перемещаться внутрь и/или вы-

где x₁ и x₂ - координаты атомов двух аминокис-

ходить из активных центров ферментов;

обеспечении доступа лигандов с различными фи-

лот по оси абсцисс, y₁ и y₂ - координаты атомов

зико-химическими свойствами к регуляторным

аминокислот по оси ординат, z₁ и z₂ - координа-

центрам; поддержании стабильности белков;

ты по оси аппликат. За скопление принимали

обеспечении термодинамической и кинетиче-

аминокислотные остатки, расстояние между ко-

ской составляющих реакций, требующих отсут-

торыми не превышало 10 Å [30].

ствия водного окружения [19, 27, 28].

Полости белковых молекул считаются энерге-

РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

тически невыгодными элементами простран-

ственной структуры, так как в некоторых случаях

В пространственной структуре эндоинулина-

они могут быть заполнены водой, из-за чего кон-

зы из Aspergillus ficuum (PDB ID: 3SC7) обнаруже-

формация всей молекулы оказывается менее ста-

но четыре скопления заряженных и восемь скоп-

бильной [29]. Тем не менее, данные структуры ча-

лений гидрофобных аминокислотных остатков.

сто являются эволюционно консервативными,

После одноточечного взаимодействия с исполь-

так как играют важную роль в формировании

зуемыми в данной работе носителями количе-

пространственной организации ферментов. Так,

ство, аминокислотный состав (табл. 1) и локали-

полости зачастую обеспечивают необходимую

зация (рис.

1) заряженных аминокислотных

БИОФИЗИКА том 68

№ 5

2023

894

МАКИН и др.

Таблица 1. Аминокислотный состав заряженных скоплений на поверхности молекулы инулиназы из Aspergillus

ficuum

Лиганд

Скопление 1

Скопление 2

Скопление 3

Скопление 4

Без лигандов

His82, His85, Lys86,

Glu239, Arg183, Glu246,

Lys410, Glu497, Arg386,

Asp424, Glu452,

Asp361, Asp37,

Glu243, Glu247, Lys344,

Glu433, Lys419

Lys450, Asp399,

Glu516

Lys345, Asp282, Asp285

Glu453, Asp454

Комплекс с

His82, His85, Lys86,

Glu239, Arg183, Glu246,

Lys410, Glu497, Arg386,

Asp424, Glu452,

фруктозой

Asp361, Asp37,

Glu243, Glu247, Lys344,

Glu433, Lys419

Lys450, Asp399,

Glu516

Lys345, Asp282, Asp285

Glu453, Asp454

Комплекс с

His82, His85, Lys86,

Glu239, Arg183, Glu246,

Lys410, Glu497, Arg386,

Asp424, Glu452,

глюкозой

Asp361, Asp37,

Glu243, Glu247, Lys344,

Glu433, Lys419

Lys450, Asp399,

Glu516

Lys345, Asp282, Asp285

Glu453, Asp454

Комплекс с

His82, His85, Lys86,

Glu243, Glu247, Lys344,

Lys410, Glu497, Arg386,

Asp424, Glu452,

инулином

Asp361, Asp37,

Glu246, Lys345

Glu433, Lys419

Lys450, Asp399,

Glu516

Glu453, Asp454

Комплекс с

His82, His85, Lys86,

Glu239, Arg183, Glu246,

Lys410, Glu497, Arg386,

Asp424, Glu452,

маннозой

Asp361, Asp37,

Glu243, Glu247, Lys344,

Glu433, Lys419

Lys450, Asp399,

Glu516

Lys345, Asp282, Asp285

Glu453, Asp454

Комплекс с

His82, His85, Lys86,

Glu239, Arg183, Glu246,

Lys410, Glu497, Arg386,

Asp424, Glu452,

сахарозой

Asp361, Asp37,

Glu243, Glu247, Lys344,

Glu433, Lys419

Lys450, Asp399,

Glu516

Lys345, Asp282

Glu453, Asp454

Рис. 1. Локализация скоплений заряженных аминокислотных остатков в составе моделей эндоинулиназы из Aspergillus

ficuum при одноточечном связывании с углеводами.

БИОФИЗИКА том 68

№ 5

2023

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭНДОИНУЛИНАЗЫ

895

Таблица 2. Аминокислотный состав гидрофобных скоплений на поверхности молекулы инулиназы из Aspergillus

ficuum

Лиганд

Скоп-

ление 1

ление 2

ление 3

ление 4

ление 5

ление 6

ление 7

ление 8

Tyr104,

Ala164,

Phe181,

Pro241,

Pro62,

Pro165,

Pro377,

Pro107,

Gly244,

Ala286,

Ala371,

Ile437,

Tyr39,

Gly170,

Gly378,

Без

Val143,

Gly311,

Gly224,

Ile369,

Pro441,

Trp67,

Ile168,

Gly401,

лигандов

Gly112,

Ala308,

Pro261,

Val504,

Pro327,

Val66,

Leu172,

Ala400,

Ala117,

Pro307,

Pro283

Tyr397

Val446

Gly323

Gly196,

Gly500

Gly186,

Gly51

Trp213

Ala206

Tyr104,

Ala164,

Phe181,

Pro241,

Pro62,

Pro165,

Pro377,

Pro107,

Gly244,

Ala286,

Ala371,

Ile437,

Tyr39,

Gly170,

Gly378,

Комплекс с

Val143,

Gly311,

Gly224,

Ile369,

Pro441,

Trp67,

Ile168,

Gly401,

фруктозой

Gly112,

Ala308,

Pro261,

Val504,

Pro327,

Val66,

Leu172,

Ala400,

Ala117,

Pro307,

Pro283

Tyr397

Val446

Gly323

Gly196,

Gly500

Gly186,

Gly51

Trp213

Ala206

Tyr104,

Ala164,

Phe181,

Pro241,

Pro62,

Pro165,

Pro377,

Pro107,

Gly244,

Ala286,

Ala371,

Ile437,

Tyr39,

Gly170,

Gly378,

Комплекс

Val143,

Gly311,

Gly224,

Ile369,

Pro441,

Trp67,

Ile168,

Gly401,

с глюкозой

Gly112,

Ala308,

Pro261,

Val504,

Pro327,

Val66,

Leu172,

Ala400,

Ala117,

Pro307,

Pro283

Tyr397

Val446

Gly323

Gly196,

Gly500

Gly186,

Gly51

Trp213

Ala206

Ala164,

Gly112,

Pro62,

Pro165,

Pro377,

Val143,

Ala286,

Ala371,

Ile437,

Tyr39,

Gly170,

Gly378,

Комплекс

Ala206,

Gly224,

Ile369,

Pro441,

Trp67,

Ile168,

Gly401,

с инулином

Pro107,

Pro261,

Val504,

Pro327,

Val66,

Leu172,

Ala400,

Ala117,

Pro283

Tyr397

Val446

Gly323

Gly196,

Gly500

Gly186

Trp213

Tyr104,

Ala164,

Phe181,

Pro241,

Pro62,

Pro165,

Pro377,

Pro107,

Gly244,

Ala286,

Ala371,

Ile437,

Tyr39,

Gly170,

Gly378,

Комплекс

Val143,

Gly311,

Gly224,

Ile369,

Pro441,

Trp67,

Ile168,

Gly401,

с маннозой

Gly112,

Ala308,

Pro261,

Val504,

Pro327,

Val66,

Leu172,

Ala400,

Ala117,

Pro307,

Pro283

Tyr397

Val446

Gly323

Gly196,

Gly500

Gly186,

Gly51

Trp213

Ala206

Tyr104,

Ala164,

Phe181,

Pro241,

Pro62,

Pro165,

Pro377,

Pro107,

Gly244,

Ala286,

Ala371,

Ile437,

Tyr39,

Gly170,

Gly378,

Комплекс

Val143,

Gly311,

Gly224,

Ile369,

Pro441,

Trp67,

Ile168,

Gly401,

с сахарозой

Gly112,

Ala308,

Pro261,

Val504,

Pro327,

Val66,

Leu172,

Ala400,

Ala117,

Pro307,

Pro283

Tyr397

Val446

Gly323

Gly196,

Gly500

Gly186,

Gly51

Trp213

Ala206

остатков изменяются только при связывании с

ный докинг подразумевает взаимодействие од-

инулином, что выражается в изменении состава

ной молекулы лиганда с выбранной моделью

аминокислот во втором скоплении. Одноточеч-

белка.

БИОФИЗИКА том 68

№ 5

2023

896

МАКИН и др.

Рис. 2. Локализация скоплений гидрофобных аминокислотных остатков в составе моделей эндоинулиназы из Aspergillus

ficuum при одноточечном связывании с углеводами.

Для гидрофобных скоплений также наблюда-

объемом 0.205 нм³. В модели, полученной путем

ются изменения состава (табл. 2), количества и

одноточечного докинга инулиназы с инулином,

локализации (рис. 2) аминокислотных остатков

полость объемом 0.152 нм³прилегает к лиганду,

только при взаимодействии с инулином: исчезает

что может оказывать значительное влияние на

четвертое гидрофобное скопление, изменяется

сродство лиганда к ферменту, тогда как в других

состав второго скопления.

моделях данная полость отсутствует (рис. 3). По-

В ходе исследования был проведен анализ

ры в представленных моделях отсутствуют.

внутренних структур моделей инулиназ (табл. 3).

Разные полости (у инулиназы без лигандов их

Типичными представителями внутренних струк-

шесть) имеют отличный объем вследствие раз-

тур являются туннели, внутренние полости и по-

личного их расположения в пространстве моле-

ры. Внутренние полости представляют собой

кулы и аминокислотного состава их стенок. Во

пространство, не заполненное аминокислотами и

всех представленных моделях наблюдается при-

не соединенное с внешним растворителем. Тер-

сутствие двух полостей равного объема 0.171 нм³.

мин «пора» означает путь, идущий через молеку-

В большинстве моделей присутствует туннель

лу белка, без каких-либо прерываний внутренней

длиной 15.09 Å, кроме комплексов с маннозой и

полостью, с одной стороны соединенный с внеш-

сахарозой, в которых длина туннеля составляет

ней поверхностью молекулы. «Туннель» - путь,

11.78 Å. В модели «инулиназа-инулин» также

соединяющий поверхность белка с внутренней

присутствует второй туннель длиной 6.39 Å.

полостью, или две или несколько внутренних по-

лостей [26].

Во всех представленных моделях присутству-

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ют внутренние полости, большая из них имеет

В результате проведенных расчетов было вы-

объем 0.308 нм³. При взаимодействии с маннозой

явлено, что в моделях комплексов молекулы ину-

и сахарозой образуется новая внутренняя полость

линазы из Aspergillus ficuum с сахарозой и манно-

БИОФИЗИКА том 68

№ 5

2023

898

МАКИН и др.

зой наблюдаются одинаковые типы внутренних

В. А. Абелян и Л. С. Манукян, Биохимия, 61 (6),

структур, что может служить подтверждением то-

1028 (1996).

го, что данные сахара оказывают схожий эффект

T. A. Kovaleva, M. G. Kholyavka, and V. G. Artyuk-

на активность фермента. Манноза является акти-

hov, Biotechnology in Russia, 1, 43 (2012).

ватором инулиназы, тогда как сахароза представ-

R. S. Singh, T. Singh, and C. Larroche, Bioresour

ляет собой субстрат для данного фермента, наря-

Technol. 273, 641 (2019).

ду с инулином [31]. В случае взаимодействия с

A. Mathur and D. Sadana, World J. Pharmacy Pharma-

фруктозой (продуктом реакции гидролиза инули-

ceut. Sci., 10 (4), 360 (2021).

на) происходит ингибирование фермента. Моде-

Q. Meng, C. Lu, H. Gao, et al., Bioresour. Technol.,

ли комплексов энзима с глюкозой и фруктозой

320, 124346 (2021).

обладают схожими профилями внутренних

L. Zhang, C. Zhao, W. Y. Ohta, and Y. Wang, Process

структур, что позволяет сделать вывод об ингиби-

Biochemistry, 40 (5), 1541 (2005).

торных свойствах глюкозы в отношении инули-

R. I. Corona, A. Morales-Burgos, C. Pelayo, et al., Bi-

назы [15]. Кроме того, было показано, что состав

oprocess Biosyst. Eng., 42, 1779 (2019).

как заряженных, так и гидрофобных скоплений

M. Germec and I. Turhan, Biomass Convers. Biorefin.,

на поверхности молекулы инулиназы из Aspergil-

13 (6), 4727 (2021).

lus ficuum не претерпевает значительных измене-

10.

D. Das, R. Selvaraj, and M. Ramananda Bhat, Bio-

ний после ее взаимодействия с изучаемыми нами

catal. Agric. Biotechnol., 22, 101363 (2019).

лигандами. Соответственно, можно сделать вы-

11.

E. J. Vandamme and D. G. Derycke, Adv. Appl. Micro-

вод о том, что взаимодействие с рядом представ-

biol., 29, 139 (1983).

ленных сахаров происходит с изменением кон-

12.

M. G. Holyavka, V. G Artyukhov, and T. A. Kovaleva,

фигурации и состава внутренних структур фер-

Biocatal. Biotransformation, 34 (1), 1 (2016).

мента - туннелей и внутренних полостей.

13.

Q. Sun, M. Arif, Z. Chi, et al., Int. J. Biol. Macromol.,

Производство инулина из инулинсодержаще-

169, 206 (2021).

го сырья - необходимый этап в технологии созда-

14.

Т. А. Ковалева, М. Г. Холявка, М. И. Калашникова

ния низкокалорийных подсластителей. Данное

и Д. А. Сливкин, Технологии живых систем, 1, 60

исследование позволяет углубить понимание ме-

(2011).

ханизмов взаимодействия инулиназы с различ-

15.

М. Г. Холявка и В. Г. Артюхов, Инулиназы в услови-

ными углеводами, что открывает возможность

ях различного микроокружения: биофизические, ки-

применять полученные результаты в пищевой

нетические и структурно-функциональные свой-

промышленности, благодаря пониманию того,

ства (Изд. дом ВГУ, Воронеж, 2018).

какие поли-, ди- и олигосахариды являются ин-

16.

M. G. Holyavka, M. S. Kondratyev, A. A. Samchenko,

гибиторами инулиназ (фруктоза, глюкоза), а ка-

et al., Comput. Biol. Med., 71, 198 (2016).

кие - их активаторами (сахароза, манноза).

17.

L. Pravda, K. Berka, R. Svobodová-Vařeková, et al.,

BMC Bioinformatics, 15 (1), 379 (2014).

ФИНАНСИРОВАНИЕ РАБОТЫ

18.

G. P. Barletta and S. Fernandez-Alberti, J. Chem. The-

ory Comput., 14 (2), 998 (2018).

Исследование выполнено при финансовой

поддержке Министерства науки и высшего обра-

19.

J. Brezovsky, B. Kozlikova, and J. Damborsky, In Pro-

tein Engineering. Methods in Molecular Biology, Vol.

зования Российской Федерации в рамках Госу-

1685, Ed. by U. Bornscheuer, and M. Höhne (Humana

дарственного задания ВУЗам в сфере научной де-

Press, New York, 2018), pp. 25-42. DOI: 10.1007/978-

ятельности на 2023-2025 годы, проект № FZGU-

1-4939-7366-8_3

2023-0009.

20. M. Petřek, P. Košinová, J. Koča, and M. Otyepka,

Structure, 15 (11), 1357 (2007).

КОНФЛИКТ ИНТЕРЕСОВ

21. A. Stank, D. B. Kokh, M. Horn, et al., Nucl. Acids

Авторы заявляют об отсутствии конфликта

Res., 45 (W1), W325 (2017).

интересов.

22. S. E. D. Dias, A. M. Martins, Q. T. Nguyen, and

A. J. P. Gomes, BMC Bioinformatics, 18 (1), 1 (2017).

23. H. Li and Y. O. Kamatari, In High Pressure Bioscience -

СОБЛЮДЕНИЕ ЭТИЧЕСКИХ СТАНДАРТОВ

Basic Concepts, Applications and Frontiers, Ed. by K.

Настоящая работа не содержит описания ка-

Akasaka and H. Matsuki (Springer, 2015), pp. 237-257.

ких-либо исследований с использованием людей

24. M. S. Mason, B.Y. Chen, and F. Jagodzinski, Mole-

и животных в качестве объектов.

cules, 23 (2), 351 (2018).

25. S. Marques, J. Brezovsky, and J. Damborsky, Under-

standing Enzymes: Function, Design, Engineering, and

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

Analysis (Jenny Stanford Publishing, New York, 2016).

1. M. G. Holyavka, A. R. Kayumov, D. R. Baydamshina,

26. P. Kokkonen, D. Bednar, G. Pinto, et al., Biotechnol.

et al., Int. J. Biol. Macromol., 115, 829 (2018).

Adv., 37 (6), 107386 (2019).

БИОФИЗИКА том 68

№ 5

2023

ОСОБЕННОСТИ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ЭНДОИНУЛИНАЗЫ

899

27. T. Davids, M. Schmidt, D. Böttcher, and U. T. Born-

30. Д. Ю. Богомолов, Ф. А. Сакибаев, М. Г. Холявка

scheuer, Curr. Opin. Chem. Biol., 17 (2), 215 (2013).

и др., Сорбционные и хроматографические про-

28. A. Stank, D. B. Kokh, J. C. Fuller, and R. C. Wade,

цессы, 21 (4), 555 (2021).

Acc. Chem. Res., 49 (5), 809 (2016).

29. U. Sreenivasan and P. H. Axelsen, Biochemistry, 51,

31. Т. А. Ковалева, М. Г. Холявка и В. Г Артюхов, Био-

12785 (1992).

технология 1, 43 (2012).

The Specificity of Interactions between Endoinulinase from Aspergillus ficuum

and Mono-, Di- and Polysaccharides

S.M. Makin*, A.N. Dubovitskaya*, D.Yu. Bogomolov*, M.S. Kondratyev*^, **,

M.G. Holyavka*^, ***, and V.G. Artyukhov*

*Voronezh State University, Universitetskaya pl. 1, Voronezh, 394018 Russia

**Institute of Cell Biophysics, Russian Academy of Sciences, Institutskaya ul. 3, Pushchino, Moscow Region, 142290 Russia

***Sevastopol State University, Universitetskaya ul. 33, Sevastopol, 299053 Russia

The aim of this study was to analyze the peculiarities of spatial organization of an endoinulinase molecule

from Aspergillus ficuum after its binding to mono-, di-, and polysaccharides. This study examined changes in

volume and number of internal cavities upon binding of inulinase to mono- (glucose, fructose), di- (sucrose,

mannose), and polysaccharides (inulin). Transformations in the quantity and length of tunnels and pores

were described, and the reorganization of the composition and localization of charged and hydrophobic ami-

no acid residues clusters on the surface of the enzyme molecule was analyzed. It was shown that the models

of inulinase in the complex with sucrose (an alternative substrate) and mannose (an activator) exhibit the

same types of internal structures. The similar pattern was found in the formation of complexes with fructose

(a reaction product) and glucose (an inhibitor). In addition, it was established that both charged and hydro-

phobic clusters do not undergo significant changes in chemical composition after the binding of inulinase to

mono-, di-, and polysaccharides, i.e., the interaction between inulinase and carbohydrates mentioned above

primarily affects the internal structures of the enzyme. The specificity of the binding of inulinases to various

ligands should be taken into account while developing modern industrial biocatalysts based on inulinase.

Keywords: inulinase, catalysis, cavities, tunnels, computer modeling

БИОФИЗИКА том 68

№ 5

2023