Glycoside Hydrolase Family 51 α‐l‐Arabinofuranosidases from Clostridium thermocellum and Cellvibrio japonicus Release O–5‐Feruloylated Arabinose

Abstract

Arabinofuranosidases act synergistically with other enzymes to depolymerize arabinoxylans by cleaving arabinofuranose substituents from the β‐(1→4)‐linked d‐xylopyranose backbone. Because arabinose feruloylation is a barrier to some, but not all, arabinofuranosidases, we investigated the actions of three α‐l‐arabinofuranosidases from the glycoside hydrolase (GH) family 51 on feruloylated arabinoxylan‐oligosaccharide standard compounds with and without feruloyl esterase. GH51 α‐l‐arabinofuranosidases from Clostridium thermocellum and Cellvibrio japonicus both partially released feruloylated arabinose (up to 59% for C. thermocellum). Simultaneous incubation with arabinofuranosidases and feruloyl esterase quantitatively released arabinose from feruloylated standard compounds. Therefore, although feruloylation does not completely obstruct GH51 arabinofuranosidases, synergistic approaches utilizing multiple enzymes remain the most effective tactic for enzymatic breakdown of feruloylated compounds.

Molekulare Charakterisierung ferulasäurehaltiger Polysaccharidgele

“…Beispielsweise konnte gezeigt werden, dass FS-haltige AXOS schlechter durch die menschliche Dickdarmmikrobiota fermentiert werden können als ihre FS-freien Analoga (Snelders et al, 2014). Zudem sind manche Arabinofuranosidasen nicht in der Lage, selbst einfache FS-haltige AX-Seitenketten abzuspalten (Rémond et al, 2008;Schendel et al, 2016c). Speziell AX aus Mais, insbesondere Popcornmais, sind durch komplexe Seitenkettenstrukturen gekennzeichnet.…”

“…Allerdings konnten nur Resonanzsignale der enthaltenen FS sowie der anomeren Protonen der Gal eindeutig zugeordnet werden. Gleichzeitig ist es denkbar, dass FS-haltige AN durch die eingesetzte Arabinofuranosidase nicht hydrolysiert werden können, wie es bereits für FS-haltige AXOS gezeigt wurde (Schendel et al, 2016c).…”

“…Eine Unterscheidung zwischen einfach, mehrfach sowie mit OFS substitutierten OS ist mit der erweiterten Methode jedoch nicht möglich. Die direkte Analyse der FS-OS mittels HPLC-MS n ermöglichte qualitative Aussagen zu den erhaltenen FS auf den enzymatischen Verdau, was in der Literatur bereits für Arabinofuranosidasen an FS-haltigen AXOS demonstriert wurde (Rémond et al, 2008;Schendel et al, 2016c). Studien bereits gezeigt wurde (Oosterveld et al, 2000b;Carvajal-Millán et al, 2005b;Zaidel et al, 2012).…”

2D-HSQC-NMR-Based Screening of Feruloylated Side-Chains of Cereal Grain Arabinoxylans

“…However, many of the ferulates remain in their original monomeric form ( Bunzel, 2001 ), and key characteristics of AX, particularly those related to enzymatic digestibility and microbial fermentation, are mediated not only by ferulate dimers’/higher oligomers’ crosslinking of cell wall polymers, but also by the abundance and structural complexity of their monomeric feruloylated side-chain substituents. For example, many arabinofuranosidases cannot cleave even the most simple feruloylated side-chain, feruloylated arabinose (FA; 5- O - trans -feruloyl- l -arabinofuranose; see Figure 1 ), from the xylan backbone ( Wood and McCrae, 1996 ; Luonteri et al, 1999 ; Rémond et al, 2008 ; Schendel et al, 2016a ). A study focused on the maize grain fraction resistant to mild acid pretreatment and subsequent enzymatic saccharification found that feruloylated oligosaccharides made up 39% of the enzyme-resistant oligosaccharides, and most of these feruloylated oligosaccharides contained either the complex, feruloylated trisaccharide side-chain FAXG (α- l -galactopyranosyl-(1 → 2)-β- d -xylopyranosyl-(1 → 2)-5- O - trans -feruloyl- l -arabinofuranose; see Figure 1 ) or the feruloylated disaccharide FAX (β- d -xylopyranosyl-(1 → 2)-5- O - trans -feruloyl- l -arabinofuranose; see Figure 1 ) side-chains ( Appeldoorn et al, 2013 ).…”