Escherichia coli expression and characterization of α-amylase from Geobacillus thermodenitrificans DSM-465 / Expressão e caracterização de Escherichia coli de alfa-amilase de Geobacillus thermodenitrificans DSM-465

ABSTRACT

Alpha amylase, catalyzing the hydrolysis of starch is a ubiquitous enzyme with tremendous industrial applications. A 1698 bp gene coding for 565 amino acid amylase was PCR amplified from Geobacillus thermodenitrificans DSM465, cloned in pET21a (+) plasmid, expressed in BL21 (DE3) strain of E. coli and characterized. The recombinant enzyme exhibited molecular weight of 63 kDa, optimum pH 8, optimum temperature 70°C, and KM value of 157.7µM. On pilot scale, the purified enzyme efficiently removed up to 95% starch from the cotton fabric indicating its desizing ability at high temperature. 3D model of enzyme built by Raptor-X and validated by Ramachandran plot appeared as a monomer having 31% α-helices, 15% ß-sheets, and 52% loops. Docking studies have shown the best binding affinity of enzyme with amylopectin (∆G -10.59). According to our results, Asp 232, Glu274, Arg448, Glu385, Asp34, Asn276, and Arg175 constitute the potential active site of enzyme.

RESUMO

A alfa-amilase, que catalisa a hidrólise do amido, é uma enzima ubíqua com imensas aplicações industriais. Um gene de 1698 pb que codifica a amilase de 565 aminoácidos foi amplificado por PCR, a partir de Geobacillus thermodenitrificans DSM-465, clonado no plasmídeo pET21a (+), expresso na cepa BL21 (DE3) de E. coli e caracterizado. A enzima recombinante exibiu peso molecular de 63 kDa, pH ótimo igual a 8, temperatura ótima de 70° C e valor KM de 157,7 µM. Em escala piloto, a enzima purificada removeu com eficiência até 95% de amido do tecido de algodão, indicando sua capacidade de desengomagem em alta temperatura. O modelo 3D da enzima construída por Raptor-X e validada por Ramachandran plot apareceu como um monômero com 31% de hélices alfa, 15% de folhas beta e 52% de loops. Os estudos de docking mostraram melhor afinidade de ligação da enzima com amilopectina (∆G - 10,59). De acordo com nossos resultados, Asp 232, Glu274, Arg448, Glu385, Asp34, Asn276 e Arg175 constituem o sítio ativo potencial da enzima.