504회

Functional and structural studies of a novel arylesterase from the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus solfataricus P1

이희봉 교수 (강원대학교)

A novel thermostable arylesterase, a 35-kDa monomeric enzyme, was purified from the thermoacidophilic archaeon Sulfolobus solfataricus P1. The optimum temperature and pH were 94°C and 7.0, respectively. The enzyme displayed remarkable thermostability: it retained 52% of its activity after 50 h of incubation at 90°C. In addition, the purified enzyme showed high stability against denaturing agents, including various detergents, urea, and organic solvents. The enzyme has broad substrate specificity besides showing an arylesterase activity toward aromatic esters: it exhibits not only carboxylesterase activity toward tributyrin and p-nitrophenyl esters containing unsubstituted fatty acids from butyrate (C₄) to palmitate (C₁₆), but also paraoxonase activity toward organophosphates such as p-nitrophenylphosphate, paraoxon, and methylparaoxon. The kcat/Km ratios of the enzyme for phenyl acetate and paraoxon, the two most preferable substrates among all tested, were 30.6 and 119.4 s^-1∙M^-1, respectively. The arylesterase gene consists of 918 bp corresponding to 306 amino acid residues. The deduced amino acid sequence shares 34% identity with that of arylesterase from Acinetobacter sp. strain ADP1. Furthermore, we successfully expressed active recombinant S. solfataricus arylesterase in Escherichia coli. Together, our results show that the enzyme is a serine esterase belonging to the A-esterases and contains a catalytic triad composed of Ser156, Asp251, and His281 in the active site. The crystal structure of the enzyme was determined from experimental phases to a resolution of 2.5 Ǻ. The full-length structure could be completely traced in the electron density. The 2.5 Ǻ crystal structure of the enzyme reveals a previously unpredicted a homo-tetramer formed by large buried surface area between monomer molecules suggesting the remarkable structural stability of hyperthermophilic enzyme.