Measurements of single molecular affinity interactions between carbohydrate-binding modules and crystalline cellulose fibrils

文献情報

出版日 2013-03-13
DOI 10.1039/C3CP51072G
インパクトファクター 3.676
著者

Mengmeng Zhang, Bin Wang, Bingqian Xu


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要旨

Combining atomic force microscopy (AFM) recognition imaging and single molecule dynamic force spectroscopy (SMDFS), we studied the single molecule affinity interactions between the carbohydrate-binding module (CBM) and plant cell wall cellulose using the CBM3a (from Clostridium thermocellum) and CBM2a (from Cellvibrio japonicus) functionalized AFM tips. The binding efficiencies of the CBMs to the cellulose were determined by the binding areas on the crystalline cellulose fibrils surface using the recognition imaging. Several dynamic and kinetic parameters, such as the reconstructed free energy change, energy barrier and bond lifetime constant, were also obtained based on the measured single molecule unbinding forces, which are used to illuminate the affinity of the CBMs binding to the natural and single cellulose surface from a totally different aspect. It was found that CBM3a has a little higher binding efficiency and affinity than CBM2a to both natural and extracted cellulose surfaces and both the CBMs have higher affinities to the natural cell wall cellulose compared to the extracted single cellulose. The in-depth understanding of the binding mechanisms of the CBM–cellulose interactions of this study may pave the way for more efficient plant cell wall degradation and eventually facilitate biofuel production.

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掲載誌

Physical Chemistry Chemical Physics

Physical Chemistry Chemical Physics
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Physical Chemistry Chemical Physics (PCCP) is an international journal co-owned by 19 physical chemistry and physics societies from around the world. This journal publishes original, cutting-edge research in physical chemistry, chemical physics and biophysical chemistry. To be suitable for publication in PCCP, articles must include significant innovation and/or insight into physical chemistry; this is the most important criterion that reviewers and Editors will judge against when evaluating submissions. The journal has a broad scope and welcomes contributions spanning experiment, theory, computation and data science. Topical coverage includes spectroscopy, dynamics, kinetics, statistical mechanics, thermodynamics, electrochemistry, catalysis, surface science, quantum mechanics, quantum computing and machine learning. Interdisciplinary research areas such as polymers and soft matter, materials, nanoscience, energy, surfaces/interfaces, and biophysical chemistry are welcomed if they demonstrate significant innovation and/or insight into physical chemistry. Joined experimental/theoretical studies are particularly appreciated when complementary and based on up-to-date approaches.

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