본 연구에서는 유전자 재조합 기술에 의해 제조된 ${\beta}-carotene$ 15,15'-dioxygenase의 반응특성 및 효소 kinetics를 규명하였다. ${\beta}-carotene$ 15,15'-dioxygenase 효소반응을 위한 최적 온도 및 pH를 측정한 결과, 최적 온도는 $40^{\circ}C$로 판명되었으며 최적 pH 는 9.0이었다. 저장 pH 6.0-9.0 범위에서 안정하였으며, pH 11에서도 80% 이상의 활성을 보이는 호알칼리성 효소임을 확인하였다. 온도 저장성을 확인한 결과, $35^{\circ}C$에서의 효소활성 반감기가 40분으로서 열에 민감한 것으로 판단되었다. 한편, ferrous ion-chelating agent와 sulfhydryl-binding agent를 사용하여 ${\beta}-carotene$ 15,15'-dioxygenase에 미치는 영향을 살펴 보았다. Ferrousion-chelating agent인 ${\alpha},{\alpha}'-dipyridyl$과 1,10-phenanthroline은 $1{\times}10^{-4}$ M에서 최소 저해농도를 형성하였으며, sulfhydryl-binding agent인 iodoacetamide와 PCMB는 $1{\times}10^{-3}$ M에서 N-ethylmaleimide은 $1{\times}10^{-4}$} M에서 최소저해농도를 형성함을 확인할 수 있었다. 본 연구에서의 효소반응은 Michaelis-Menten 곡선을 따름을 확인하였으며, Hanes-Woolf 작도법에 따른 결과, ${\beta}-carotene$ 15,15'-dioxygenase 효소의 $K_{m}$ 및 $V_{max}$ 값은 각각 $3.39{\times}10^{-6}$ 및 1.2 pmol/mg protein/min인 것으로 산출되었다.
The reactivity and stability of purified Lignostilbene- ${\alpha}$,${\beta$}-dioxygenase (LSD)-I were examined. Its optimum temperature was $50^{\circ}C$ at pH 8.5, but it was stable only up to $30^{\circ}C$. The activity of LSD-I increased 12-fold by $30\%$, with increased $V_{max}$ and lowered $K_m.$ LSD-I was stable in 10% methanol.
Kim, Seung-Il;Kim, Soo-Jung;Leem, Sun-Hee;Oh, Kye-Heon;Kim, Soo-Hyun;Park, Young-Mok
BMB Reports
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제34권2호
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pp.172-175
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2001
Catechol 1,2-dioxygenase $I_1$ ($CDI_1$) is the first enzyme of the $\beta$-ketoadipate pathway in Acinetobacter lowffii K24. $CDI_1$ has two cysteines (155, 202) and its enzyme activity is inhibited by the cysteine inhibitor, $AgNO_3$. Two mutants, $CDI_1$ C155V and $CDI_1$ C202V, were obtained by site-directed mutagenesis. The two mutants were overexpressed and the mutated amino acid residues (Cys$\rightarrow$Val) were characterized by peptide mapping and amino acid sequencing. Interestingly, $CDI_1$ C155V was inhibited by $AgNO_3$, whereas $CDI_1$ C202V was not inhibited. This suggests that $Cys^{202}$ is the sole inhibition site by $AgNO_3$ and is close to the active site of the enzyme. However, the results of the biochemical assay of mutated $CDI_1s$ suggest that the two cysteines are not directly involved in the activity of the catechol 1,2-dioxygenase of $CDI_1$.
Mycolic acid-containing gram-positive bacteria, so called nocardioform actinomycetes, have become a great interest to environmental microbiologists due to their metabolic versatility, multidegradative capacity and potential for bioremediation of priority pollutants. For example, Rhodococcus rhodochrous N75 was able to metabolize 4-methy1catechol via a modified $\beta$-ketoadipate pathway whereby 4-methylmuconolactone methyl isomerase catalyzes the conversion of 4-methylmuconolactone to 3-methylmuconolactone in order to circumvent the accumulation of the 'dead-end' metabolite, 4-methylmuconolactone. R. rhodochrous N75 has also shown the ability to transform a range of alkyl-substituted catechols to the corresponding muconolactones. A novel 3-methylmuconolactone-CoAsynthetase was found to be involved in the degradation of 3-methylmuconolactone, which is not mediated in a manner analogous to the classical $\beta$-ketoadipate pathway but activated by the addition of CoA prior to hydrolysis of lactone ring, suggesting that the degradative pathway for methylaromatic compounds by gram-positive bacteria diverges from that of proteobacteria. Mycobacterium sp. Strain PYR-l isolated from oil-contaminated soil was capable of mineralizing various polyaromatic hydrocarbons (PAHs), such as naphthalene, phenanthrene, pyrene, fluoranthrene, 1-nitropyrene, and 6-nitrochrysene. The pathways for degradation of PAHs by this organism have been elucidated through the isolation and characterization of chemical intermediates. 2-D gel electrophoresis of PAH-induced proteins enabled the cloning of the dioxygenase system containing a dehydrogenase, the dioxygenase small ($\beta$)-subunit, and the dioxygenase large ($\alpha$)-subunit. Phylogenetic analysis showed that the large a subunit did not cluster with most of the known sequences except for three newly described a subunits of dioxygenases from Rhodococcus spp. and Nocardioides spp. 2-D gel analysis also showed that catalase-peroxidase, which was induced with pyrene, plays a role in the PAH metabolism. The survival and performance of these bacteria raised the possibility that they can be excellent candidates for bioremediation purposes.
Pseudomonas sp. K82 has been reported to be an aniline-assimilating soil bacterium. However, this strain can use not only aniline as a sole carbon and energy source, but can also utilize benzoate, p-hydroxybenzoate, and aniline analogues. The strain accomplishes this metabolic diversity by using dif-ferent aerobic pathways. Pseudomonas sp. K82, when cultured in p-hydroxybenzoate, showed extradiol cleavage activity of protocatechuate. In accordance with those findings, our study attempted the puri-fication of protocatechuate 4,5-dioxygenase (PCD 4,5). However the purified PCD 4,5 was found to be very unstable during purification. After Q-sepharose chromatography was performed, the crude enzyme activity was augmented by a factor of approximately 4.7. From the Q-sepharose fraction which exhibited PCD 4,5 activity, two subunits of PCD4,5 (${\alpha}$ subunit and ${\beta}$ subunit) were identified using the N-terminal amino acid sequences of 15 amino acid residues. These subunits were found to have more than 90% sequence homology with PmdA and PmdB of Comamonas testosteroni. The molecular weight of the native enzyme was estimated to be approximately 54 kDa, suggesting that PCD4,5 exists as a het-erodimer (${\alpha}$$_1$${\beta}$$_1$). PCD 4,5 exhibits stringent substrate specificity for protocatechuate and its optimal activity occurs at pH 9 and 15 $^{\circ}C$. PCR amplification of these two subunits of PCD4,5 revealed that the ${\alpha}$ subunit and ${\beta}$ subunit occurred in tandem. Our results suggest that Pseudomonas sp. K82 induced PCD 4,5 for the purpose of p-hydroxybenzoate degradation.
포접력을 지닌 2-hydroxypropyl-β-cyclodextrin(β-HPCD)을 비롯한 cyclodextrin계 화합물은 소수성 유기물질의 용해도를 증가시킴으로써 미생물에 의한 분해를 촉진시키나 그 외의 자세한 기작은 알려져 있지 않다. 본 실험에서는 β-HPCD 유무에 따라 고분자 PAHs 분해력을 지닌 Novosphingobium pentaromtivorans US6-1 균주의 pyrene라 benzo[a]pyrene(B[a]P)의 분해정도, 이때의 biomass 변화 및 dioxygenase활성을 측정함으로써 PAHs 생분해과정에서 β-HPCD의 역할을 규명하고자 하였다. 실험구는 균주와 PAHs, β-HPCD의 존재 유무에 따라 8개 조건으로 준비하였으며 각 실험구의 배양기간에 따른 PAHs 분해도와 생체량의 변화를 측정하였다. Pyrene의 경우 β-HPCD가 존재함에 따라 분해도가 증진되는 것이 확인되었으며, 특히 B[a]P의 분해에는 β-HPCD가 필수요소로 작용하였다. 생체량의 변화는 PAHs의 존재 유무에 영향을 받지 않았고 β-HPCD의 존재 유무에 따라 차이를 나타내었다. 또한 US6-1 균주는 β-HPCD가 포함된 MM2 무기영양배지에서 전배양 할 때에 ZoBell 배지에서 전배양하는 경우에 비해 catechol-1,2-dioxygenase 효소활성이 높은 것으로 나타났으나 그 값은 빈영양상태에서 배양한 세포의 효소환성과 큰 차이를 보이지는 않았다. 이상의 결과로 볼 때 β-HPCD는 PAHs의 이용성을 높여주는 동시에 탄소원으로 이용되어 균주의 생체량 증가에 기여함으로써 PAMs의 분해력을 증진시키지만 dioxygenase 효소활성에는 영향을 미치지 않는 것으로 사료된다.
Park, Soon-Ho;Kim, Jae-Woo;Yun, Sung-Ho;Leem, Sun-Hee;Kahng, Hyung-Yeel;Kim, Seung-Il
Journal of Microbiology
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제44권6호
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pp.632-640
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2006
In this study, the biodegradative activities of monocyclic aromatic compounds were determined from the multi-drug resistant (MDR) Acinetobacter baumannii, which were studied in the form of clinical isolates from a hospital in Korea. These bacteria were capable of biodegrading monocyclic aromatic compounds, such as benzoate and p-hydroxybenzoate. In order to determine which pathways are available for biodegradation in these stains, we conducted proteome analyses of benzoate, and p-hydroxybenzoate-cultured A. baumannii DU202, using 2-DE/MS analysis. As genome DB of A. baumannii was not yet available, MS/MS analysis or de novo sequencing methods were employed in the identification of induced proteins. Benzoate branch enzymes [catechol 1,2-dioxygenase (CatA) and benzoate dioxygenase $\alpha$ subunit (BenA)] of the $\beta$-ketoadipate pathway were identified under benzoate culture condition and p-hydroxybenzoate branch enzymes [protocatechuate 3,4-dioxygenas $\alpha$ subunit (PcaG) and 3-carboxy-cis,cis-muconate cycloisomerase (PcaR)] of the $\beta$-ketoadipate pathway were identified under p-hydroxybenzoate culture condition, respectively, thereby suggesting that strain DU202 utilized the $\beta$-ketoadipate pathway for the biodegradation of monocyclic aromatic compounds. The sequence analysis of two purified dioxygenases (CatA and PcaGH) indicated that CatA is closely associated with the CatA of Acinetobacter radiresistance, but PcaGH is only moderately associated with the PcaGH of Acinetobacter sp. ADPI. Interestingly, the fused form of PcaD and PcaC, carboxymuconolactone decarboxylase (PcaCD), was detected on benzoate-cultured A. baumannii DU202. These results indicate that A. baumannii DU202 exploits a different $\beta$-ketoadipate pathway from other Acinetobacter species.
It has been reported that sulfur-containing intermediates or products in the transsulfuration pathway including S-adenosylmethionine, 5'-methylthioadenosine, glutathione and taurine can prevent liver injury mediated by inflammation response induced by lipopolysaccharide (LPS) treatment. The present study examines the modulation of hepatic metabolism of sulfur amino acid in a model of acute sepsis induced by LPS treatment (5 mg/kg, iv). Serum TNF-alpha and hepatotoxic parameters were significantly increased in rats treated with LPS, indicating that LPS results in sepsis at the doses used in this study. LPS also induced oxidative stress determined by increases in malondialdehyde levels and decreases in total oxy-radical scavenging capacities. Hepatic methionine and glutathione concentrations were decreased, but S-adenosylho-mocysteine, cystathionine, cysteine, hypotaurine and taurine concentrations were increased. Hepatic protein expression of methionine adenosyltransferase, cystathionine beta-synthase and cysteine dioxygenase were induced, but gamma-glutamylcysteine ligase catalytic subunit levels were decreased. The results show that sepsis activates transsulfuration pathway from methionine to cysteine, suggesting an increased requirement for methionine during sepsis.
Acute betaine treatment induces time-dependent changes in the hepatic glutathione (GSH), cysteine and S-adenosylmethionine (SAM) levels. Our previous study demonstrated that betaine administered $1{\sim}4$ hours prior to sacrifice decreased hepatic GSH levels, but these levels were increased when measured 24 hours following the treatment. The present study was aimed to determine dose-dependent effects of betaine on hepatic metabolism of sulfur amino acid in mice. Mice were sacrificed 2.5 or 24 hours after intraperitoneal treatment with betaine at different dose levels ranging from 50 to 1000 mg/kg. The concentrations of methionine and SAM were increased by a betaine dose of 100 mg/kg, and the concentrations of GSH and cysteine were decreased by a betaine dose of 200 mg/kg at 2.5 hours. These changes were augmented with increasing doses of betaine. At 24 hours following betaine treatment, increased GSH and decreased taurine levels were observed from dose levels of 400 mg/kg. Changes in hepatic activities of cystathionine beta-synthase, gammaglutamylcysteine ligase and cysteine dioxygenase were observed from dose levels of $200{\sim}400$ mg/kg of betaine administered 24 hours prior to sacrifice.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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