Hydrolysis and chemo-enzymatic Synthesis to prepare xylogluco-oligosaccharides for study of xyloglucans-cellulose interactions
Hydrolyses et Synthèse chimio-enzymatiques appliquées à la préparation de xyloglucooligosaccharides pour l'étude des interactions xyloglucanes-cellulose
Résumé
Xyloglucans-cellulose network is the load-bearing structure of the high plant primary cell wall. Physical chemistry studies of their interactions require well characterized substrates which remain a challenge. Preparation of a range of well defined complex branched xylogluco-oligosaccharides was carried out by chemo-enzymatic synthesis including the use of the glycosynthase Cel7B E197A. Together with xyloglucans obtained by extraction and hydrolysis, these substrates enabled to examine the influence of different structural parameters of these hemicelluloses on their interaction capacity toward cellulose. In order to evaluate impact of these parameters, several techniques were used. Determination of adsorption isotherms illustrated the improvement of adsorption capacity with larger molecular weight chains, prone to loop formation, and a critical size, from which adsorption is significant. Moreover, when short flexible side chains extended from simple xylosyl residue to longer xylosyl-ß- 1,2-galactosyl branches no significant changes were observed while further fucosylation did correlate with an improved affinity as far as the branches distribution did not interfere. Based on an isothermal titration calorimetry approach two affinity sites with minor thermal effects were tentatively identified as: (i) readily accessible exothermal surface sites and (ii) endothermal sites of lower accessibility in slit porosity of cellulose for lower molecular weight substrates, and as self association for native fractions. In addition, a solid state NMR investigation, taking advantage of enrichment or depletion in 13 C, underlined the conserved higher mobility of longer side chains even after adsorption. Optimal length of XGs adsorbed train was also determined. Any barely detectable changes in cellulosic surface chains conformations were observed.
Le réseau xyloglucanes-cellulose est la structure portante de la paroi primaire des cellules végétales chez les plantes supérieures. Les interactions entre ces deux polysaccharides ont été examinées lors de travaux antérieurs, mais le manque de substrats parfaitement caractérisés limite ces études. La préparation d'une gamme de xylogluco-oligosaccharides branchés complexes par synthèse chimio-enzymatique, utilisant la glycosynthase Cel7B E197A, associée à des xyloglucanes naturels obtenus par extraction et hydrolyse enzymatique, a permis l'étude de l'influence de nombreuses caractéristiques structurales de ces hémicelluloses, sur leur capacité d'interaction avec la cellulose. Afin d'évaluer l'impact de ces paramètres, plusieurs techniques ont été mise en oeuvre. La détermination d'isothermes d'adsorption a illustré une amélioration de la capacité d'adsorption par augmentation de la masse molaire et une taille critique, à partir de laquelle l'adsorption est significative. Les résidus galactosyle et xylosyle n'ont pas montré de conséquences majeures sur ces interactions contrairement aux résidus fucosyle qui semblent favorables, bien que la variation de répartition des ramifications puisse également être en jeu. La titration calorimétrique isotherme a montré la présence de deux types de sites identifiés comme : (i) site de surface exothermique et (ii) site endothermique localisé au niveau des rainures de la cellulose, dans le cas des substrats de faible masse molaire ou à l'auto-association dans le cas des xyloglucanes natifs. Enfin, une analyse RMN du solide de composites xyloglucanes-cellulose de contraste isotopique variable a mis en évidence la conservation de la grande mobilité des chaînes latérales après adsorption ainsi qu'une absence de modification conformationnelle des signaux relatifs aux chaînes de surface de la cellulose.
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