Penicillium sp.-L4, a causative fungus of rot in citrus fruits, was isolated and its mode of hydrolytic enzyme production was investigated. Carboxymethylcellulase (CMCase), polygalacturonase(PGase), extra- & intra-cellular $\beta$-glucosidase and cellobiase were produced drastically by addition of substrates in minimal media. Production of the hydrolytic enzymes were induced efficiently by cellobiose and cellooligosaccharides which were the products of cellulose hydrolysis, but repressed by addition of mono-saccharide such as glucose, raffinose, galacturonic acid. The relative activity of p-nitrophenyl-$\beta$-D-glucopyranoside(PNPG) hydrolysis was higher than that of cellobiose hydrolysis in extracellular enzymes, and reverse is true in intracellular enzymes. Intact enzyme production of P. sp.-L4 on lemon peel lesion was sequential. $\beta$-Glucosidase and CMCase were produced first and followed by PGase. The enzyme productivities and pH in lesions were coincident with optimal pH of each enzyme activities.
Cellulomonas fimi에서 유래한 $\beta$-glucosidase 유전자를 갖고 있는 대장균으로부터 $\beta$-glucosidase 효소를 정제하였다. 전기 영동과 크로마토그라피 실험을 수행함으로써 정제된 효소의 분자량은 56,000 달톤이며 단일 폴리펩티드로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 정제된 $\beta$-glucosidase 효소는 당이 $\beta$-결합을 하고 있는 cellobiose, PNPG, PNPC 등의 기질에 대하여 작용하여 분해시킬 수 있었으나, $\alpha$-결합을 갖고있는 maltose는 분해할 수 없었으므로, $\beta$-결합에 대한 기질 특이성을 갖고 있음을 알았다. 철, 수은, 구리 등의 중금속 이온들에 의해 효소 활성이 저해되었고 DTT에 의해 효소의 활성이 활성화됨을 보임으로써 $\beta$-glucosidase 효소의 활성화 부위는 -SH 기가 중요하게 작용하고 있음을 시사하였다.
Lactulose는 lactose의 이성질체로 galactose와 fructose의 ${\beta}$-1,4-glycosidic 결합으로 구성된 비소화성 기능성 이당으로 소장에서 분해되지 않고 대장에 도달하여 장내 유산균에 의해 이용되어 대장의 pH를 저하시켜 유해균의 증식을 억제 시키고 장내 균총을 유익한 방향으로 개선하는 효과를 가지고 있다. 또한 수용성 식이섬유로 작용하여 변비와 간성뇌질환등의 치료에 이용되고 있고 lactose에 비해 감미도 및 용해도가 우수하여 다양한 식품산업으로 유용하게 사용될 수 있는 높은 잠재적 활용가치를 보유하고 있는 기능성 당류이기도 하다. Lactulose를 생산하기 위하여 화학적 방법과 효소적 방법이 보고 되어있는데, lactose를 강알칼리 조건에서 이성화시키는 화학적 방법에 의한 lactulose의 생산은 고온, 고압의 반응 조건 및 중화 과정에서 사용되는 강산으로 인해 생성물의 과분해 및 부산물 생성에 의한 복잡한 정제과정이 요구되며 환경오염에 대한 심각한 문제를 내포하고 있다는 단점이 있다. 이러한 화학적 방법과는 달리 ${\beta}$-galactosidase 또는 cellobiose 2-epimerase와 같은 효소를 이용한 lactulose의 생산은 반응의 정밀성, 특이성, 반응공정의 안전성 및 친환경적 생산방법이라는 다양한 장점을 가지고 있다. 하지만, 효소적 생산 방법 중에서 ${\beta}$-galactosidase를 이용한 lactulose의 생산은 기질로서 유당뿐 아니라 과당을 함께 사용해야 하며 높은 기질농도에서만 반응이 이루어 지기 때문에 경제적으로 비효율적이라는 단점이 지적되고 있기도 하다. Lactulose의 효소적 생산방법에 있어서 이러한 단점을 극복하기 위하여 lactose 단일 기질로부터 높은 수율의 lactulose를 생산할 수 있는 cellobiose 2-epimerase를 이용한 lactulose생산 방법에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있지만 향후 효소 반응 공정 및 효소특성개량에 대한 지속적인 연구를 통하여 lactulose 산업적 생산을 위한 다양한 연구가 필요한 실정이다.
High-molecular-weight ${\beta}-glucosidase$ (EC 3.2.1.21) was purified from the culture filtrate of Trichoderma koningii through a four-step procedure including chromatography on Bio-Gel P-150, DEAE-Sephadex A-50 and SP-Sephadex C-50; and chromatofocusing on Polybuffer exchanger PBE 94. The molecular weight of the enzyme was determined to be about 101,000 by SDS-polyacrylamide gel electrophoreses, and the isoelectric point was estimated to be 4.96 by analytical isoelectric focusing. The temperature optimum for activity was about $55^{\circ}C$, and the pH optimumwas 3.5. The enzyme was considerably thermostable, for no loss of activity was observed when the enzyme was preincubated at $60^{\circ}C$ for 5h. Km values for cellobiose, gentiobiose, sophorose, salicin and $p-nitrophenyl-{\betha}-D-glucoside$ were 99.2, 14.7, 7.09, 3.15 and 0.70 mM, respectively, which indicates that the enzyme has much higher affinity towards $p-nitrophenyl-{\betha}-D-glucoside$ than towards the other substrates, especially cellobiose. Substrate inhibition by $p-nitrophenyl-{\betha}-D-glucoside$ and salicin was observed at the conecntrations exceeding 5mM. Gluconolactone was a powerful inhibitor against the action of the enzyme on $p-nitrophenyl-{\betha}-D-glucoside\;(K_i\;37.9\;{\mu}M)$, wherease glucose was much less effective ($K_i$ 1.95 mM). Inhibition was of the competitive type in each case. Transglucosylation activity was detected shen the readtion products formed from $p-nitrophenyl-{\betha}-D-glucoside$ by the enzyme were analysed using high-performance liquid chromatography.
Park, Ah-Reum;Hong, Joo-Hee;Kim, Jae-Jin;Yoon, Jeong-Jun
Mycobiology
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제40권3호
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pp.173-180
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2012
A ${\beta}$-glucosidase from Penicillium italicum was purified with a specific activity of 61.8 U/mg, using a chromatography system. The native form of the enzyme was an 88.5-kDa tetramer with a molecular mass of 354 kDa. Optimum activity was observed at pH 4.5 and $60^{\circ}C$, and the half-lives were 1,737, 330, 34, and 1 hr at 50, 55, 60, and $65^{\circ}C$, respectively. Its activity was inhibited by 47% by 5 mM $Ni^{2+}$. The enzyme exhibited hydrolytic activity for p-nitrophenyl-${\beta}$-D-glucopyranoside (pNP-Glu), p-nitrophenyl-${\beta}$-D-cellobioside, p-nitrophenyl-${\beta}$-D-xyloside, and cellobiose, however, no activity was observed for p-nitrophenyl-${\beta}$-D-lactopyranoside, p-nitrophenyl-${\beta}$-D-galactopyranoside, carboxymetyl cellulose, xylan, and cellulose, indicating that the enzyme was a ${\beta}$-glucosidase. The $k_{cat}/K_m\;(s^{-1}mM^{-1})$ values for pNP-Glu and cellobiose were 15,770.4 mM and 6,361.4 mM, respectively. These values were the highest reported for ${\beta}$-glucosidases. Non-competitive inhibition of the enzyme by both glucose ($K_i=8.9mM$) and glucono-${\delta}$-lactone ($K_i=11.3mM$) was observed when pNP-Glu was used as the substrate. This is the first report of non-competitive inhibition of ${\beta}$-glucosidase by glucose and glucono-${\delta}$-lactone.
Alkyl-glucoside의 생산을 위하여 상용화 cellulase인 Celluclast의 당전이 반응을 사용하였다. 5가지 종류의 알코올을 acceptor molecule로 하여 반응을 살펴본 결과 methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropanol 그리고 butanol에서 당전이 반응이 일어남을 확인하였다. 반응 수율이 높았던, methyl alcohol과 ethyl alcohol의 반응산물을 MALDI-TOF MS와 효소적인 방법을 사용하여 각각의 산물이 methyl ${\beta}$-D-glucopyranoside와 ethyl ${\beta}$-D-glucopyranoside임을 확인하였다. 시간대별 methyl-glucoside와 ethyl-glucoside의 생산량을 비교하여 본 결과 9시간에서 최대 생산 수율 65% (mol/mol)와 59%(mol/mol)를 각각 보였으며, 이후 반응은 진행되지 않았다. Cellulose의 당전이 반응으로 생성된 부산물인 glucose를 제거하기 위하여 고정화 효모 system을 도입하였고, 그 결과 glucose를 모두 제거할 수 있었다. 이상의 결과에서 Celluclast를 이용한 alkyl-glucoside의 생산을 성공적으로 수행하였고, 고정화 효모 system을 도입하여 친환경적으로 부산물을 제거하여 고순도의 ethyl-glucoside를 생산하였다.
Penicillium verruculosum 배양액으로부터 소단위체 분자량이 60,000(cellobiohydrolase I)과 66,000(cellobiohydrolase II) 및 76,000(cellobiohydrolase III)인 cellobiohydrolase를 분리 정제하여 그들의 일반적 특성을 검토하였다. 이들 세 효소들은 모두 당단백질로서 cellobiohydrolase I, II 그리고 III는 각각 $8.6\%$, $4.2\%$ 그리고 $8.5\%$의 당함량을 나타냈으며 세 효소 모두 pH 4.5 - 5.0, 온도 $50 - 60^{\circ}C$에서 최적조건을 나타냈다. Cellobiohydrolase I, II 및 III는 모두 Avicel, cotton, 여지 등의 결정성 섬유소 뿐만 아니라 carboxymethyl cellulose에도 활성도를 나타냈다. 정제된 cellobiohydrolase I, II 및 III의 Avicel에 대한 비 활성도는 각각 0.07, 0.10, 그리고 0.07 unit per mg. of protein 이었으며 Avicel 분해 생성물은 거의 cellobiose였다. 또한 p-Nitrophenyl-$\beta$-D-cellobioside를 기질로 하였을 때 이들 세 효소 모두 포도당에 의해 활성도가 저해되지 않은 반면 cellobiose에 의해서는 저해되었다. 아미노산조성, 트립신에 의한 펩타이드들의 용출양상 그리고 항체를 이용한 Immunoblotting 결과로부터 cellobiohydrolase II와 III는 동일 유전자산물이거나 1차 구조가 거의 유사한 단백질로 추정된다. Cellobiohydrolase II로부터 분리한 2 개의 펩타이드의 아미노산 서열은 Trichoderma cellobiohydrolase I과 상동성을 보였으며 또한 이 두 호소의 아미노산조성은 매우 유사하였다.
경북 경주지역의 저병해 고추경착지역의 토양으로부터 생물학적 방제기작중의 하나인 항생물질을 생산하는 길항미생물을 분히하기 위하여 70여종의 세균을 분리하였으며 이들을 대상으로 고추역병균 Phytophthora capsici를 가장 강력하게 길항하는 균주를 최종 선발하였다. 선발균주는 Chryseomonas luteola로 동정되었고 방제 기작은 약한 siderophore 생산성과 cellulase 생산성도 기인되었으나 항생물질 생산성이 주요 기작임을 확인하였다. 항진균성 항생물질의 대량생산의 기초자료로 활용하고자 항생물질 생산의 최적배지 조건 및 배양조건을 조사하였는데 길항균주의 항생물질 생산에 미치는 탄소원의 영향은 0.45% N-acetyl-D-glucosamine과 0.15% D(+) cellobiose에서 81%와 89%의 P. capsicivh자의 성장 억제율을 나타냈다. 질소원의 경우는 0.55% $NH_4$CI 첨가시 69%의 억제율을 나타냈고 무기염의 영향에 있어서는 0.01% KCI을 사용했을 때 63%의 억제율을 나타냈다. 또한 배양 조건에 있어서는 pH 7.0m $30^{\circ}C$에서 84시간 배양시 가장 높은 항진균성 항생물질 생산성을 나타내었다. 토양내에서 실제로 생물방제력을 발휘하는지를 확인하기 위하여 고추를 이용한 in vivo pot test를 실시한 결과 P capsici 만 처리한 것은 고추역병 현상을 나타냈고, P capsici 와 길항균 C luteola 5042를 함께 처리한 것은 역병 현상이 나타나지 않았다. 이것으로 길항균주는 C luteola 5042 P capsici 의 성장을 저해하여 고추 역병의 발병을 억제한다는 사실을 확인할수 있었다.
This study aimed to isolate and characterize wild yeast strains from the vineyard soil in Korea. Twenty yeast strains were isolated from vineyard soil in Gimpo-si, Gyeonggi-do, Korea, where Vitis labrusca cv. Campbell Early is grown. Eighteen strains were previously recorded in Korea. The remaining two, Cyberlindnera mrakii VG-21-10C and Starmerella bacillaris GR9 were not previously recorded in Korea. The mycological characteristics of VG-21-10C and GR9 were investigated. Both were oval-shaped, convex, and smooth. However, differences were evident in colony color and carbon assimilation activities. Strain VG-21-10C is white-colored and assimilates glucose, glycerol, D-xylose, D-cellobiose, D-saccharose, and D-raffinose as carbon sources. Strain GR9 is cream-colored and assimilates glucose, D-saccharose, and D-raffinose as carbon sources.
To clone ${\beta}$-glucosidase gene from Cellulomonas sp. a gene library was constructed using E. coli JM83 pUC9. Among 2,500 pseudotransformants obtained, 20 clones developed yellow color on the p-nitrophenyl- -D-glucopyranoside filter paper These 20 clones were classified into three groups based on the results of activity staining using nondenaturating polyacrylamide gel electrophoresis and restriction enzyme digestions. Among the three groups, only one group containing pCEl plasmid has specificity for cellobiose.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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