A novel ${\beta}$-agarase, AgaJ5, was identified from an agar-degrading marine bacterium, Gayadomonas joobiniege G7. It belongs to the glycoside hydrolase family 86 and is composed of 805 amino acids with a 30-amino-acid signal peptide. Zymogram analysis showed that purified AgaJ5 has agarase activity. The optimum temperature and pH for AgaJ5 activity were determined to be $30^{\circ}C$ and 4.5, respectively. AgaJ5 was an acidic ${\beta}$-agarase that had strong activity at a narrow pH range of 4.5-5.5, and was a cold-adapted enzyme, retaining 40% of enzymatic activity at $10^{\circ}C$. AgaJ5 required monovalent ions such as $Na^+$ and $K^+$ for its maximum activity, but its activity was severely inhibited by several metal ions. The $K_m$ and $V_{max}$ of AgaJ5 for agarose were 8.9 mg/ml and 188.6 U/mg, respectively. Notably, thin-layer chromatography, mass spectrometry, and agarose-liquefication analyses revealed that AgaJ5 was an endo-type ${\beta}$-agarase producing neoagarohexaose as the final main product of agarose hydrolysis. Therefore, these results suggest that AgaJ5 from G. joobiniege G7 is a novel endo-type neoagarohexaose-producing ${\beta}$-agarase having specific biochemical features that may be useful for industrial applications.
Herein, we cloned and expressed an endo-β-1,4-glucanase gene (celA1805) from Bacillus subtilis B111 in Escherichia coli. The recombinant celA1805 contains a glycosyl hydrolase (GH) family 8 domain and shared 76.8% identity with endo-1,4-β-glucanase from Bacillus sp. KSM-330. Results showed that the optimal pH and temperature of celA1805 were 6.0 and 50℃, respectively, and it was stable at pH 3-9 and temperature ≤50℃. Metal ions slightly affected enzyme activity, but chemical agents generally inhibited enzyme activity. Moreover, celA1805 showed a wide substrate specificity to CMC, barley β-glucan, lichenin, chitosan, PASC and avicel. The Km and Vmax values of celA1805 were 1.78 mg/ml and 50.09 µmol/min/mg. When incubated with cellooligosaccharides ranging from cellotriose to cellopentose, celA1805 mainly hydrolyzed cellotetrose (G4) and cellopentose (G5) to cellose (G2) and cellotriose (G3), but hardly hydrolyzed cellotriose. The concentrations of reducing sugars saccharified by celA1805 from wheat straw, rape straw, rice straw, peanut straw, and corn straw were increased by 0.21, 0.51, 0.26, 0.36, and 0.66 mg/ml, respectively. The results obtained in this study suggest potential applications of celA1805 in biomass saccharification.
Two genes encoding probable α-ʟ-arabinofuranosidase (E.C. 3.2.1.55) isozymes (ABFs) with 92.3% amino acid sequence identity, ABF51A and ABF51B, were found from chromosomes 3 and 5 of Saccharomycopsis fibuligera KJJ81, an amylolytic yeast isolated from Korean wheat-based nuruk, respectively. Each open reading frame consists of 1,551 nucleotides and encodes a protein of 517 amino acids with the molecular mass of approximately 59 kDa. These isozymes share approximately 49% amino acid sequence identity with eukaryotic ABFs from filamentous fungi. The corresponding genes were cloned, functionally expressed, and purified from Escherichia coli. SfABF51A and SfABF51B showed the highest activities on p-nitrophenyl arabinofuranoside at 40~45℃ and pH 7.0 in sodium phosphate buffer and at 50℃ and pH 6.0 in sodium acetate buffer, respectively. These exoacting enzymes belonging to the glycoside hydrolase (GH) family 51 could hydrolyze arabinoxylo-oligosaccharides (AXOS) and arabino-oligosaccharides (AOS) to produce only ʟ-arabinose, whereas they could hardly degrade any polymeric substrates including arabinans and arabinoxylans. The detailed product analyses revealed that both SfABF51 isozymes can catalyze the versatile hydrolysis of α-(1,2)- and α-(1,3)-ʟ-arabinofuranosidic linkages of AXOS, and α-(1,2)-, α-(1,3)-, and α-(1,5)-linkages of linear and branched AOS. On the contrary, they have much lower activity against the α-(1,2)- and α-(1,3)-double-substituted substrates than the single-substituted ones. These hydrolases could potentially play important roles in the degradation and utilization of hemicellulosic biomass by S. fibuligera.
α-Galactosidase is a debranching enzyme widely used in the food, feed, paper, and pharmaceuticals industries and plays an important role in hemicellulose degradation. Here, T26, an aerobic bacterial strain with thermostable α-galactosidase activity, was isolated from laboratory-preserved lignocellulolytic microbial consortium TMC7, and identified as Parageobacillus thermoglucosidasius. The α-galactosidase, called T26GAL and derived from the T26 culture supernatant, exhibited a maximum enzyme activity of 0.4976 IU/ml when cultured at 60℃ and 180 rpm for 2 days. Bioinformatics analysis revealed that the α-galactosidase T26GAL belongs to the GH36 family. Subsequently, the pET-26 vector was used for the heterologous expression of the T26 α-galactosidase gene in Escherichia coli BL21 (DE3). The optimum pH for α-galactosidase T26GAL was determined to be 8.0, while the optimum temperature was 60℃. In addition, T26GAL demonstrated a remarkable thermostability with more than 93% enzyme activity, even at a high temperature of 90℃. Furthermore, Ca2+ and Mg2+ promoted the activity of T26GAL while Zn2+ and Cu2+ inhibited it. The substrate specificity studies revealed that T26GAL efficiently degraded raffinose, stachyose, and guar gum, but not locust bean gum. This study thus facilitated the discovery of an effective heat-resistant α-galactosidase with potent industrial application. Meanwhile, as part of our research on lignocellulose degradation by a microbial consortium, the present work provides an important basis for encouraging further investigation into this enzyme complex.
Lee, Young-Keun;Sathesh-Prabu, Chandran;Kim, Min Kyung
Journal of Radiation Industry
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v.8
no.2
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pp.65-69
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2014
The cellobiohydrolase gene (cbhI), a key component of a cellulolytic system, of a mutant PfCM4 (Pleurotus florida), developed through gamma ray radiation mutagenesis, was isolated and cloned. The deduced amino acid sequence was closely related to the glycoside hydrolase family 7 (GH7). The molecular weight of the deduced amino acid sequence of cbhI gene was found to be 22.4 kDa. Though the percent identity was found to be much less (35.61%) between the wild type and mutant, the cellulolytic activity of PfCM4 was 17.24% higher than that of the wild type. This shows that the catalytic domain of the cbhI gene was conserved in the mutant PfCM4.
The SCO0284 gene of Streptomyces coelicolor A3(2) is predicted to encode an α-galactosidase (680 amino acids) belonging to glycoside hydrolase family 27. In this study, the SCO0284 coding region was cloned and overexpressed in Streptomyces lividans TK24. The mature form of SCO0284 (641 amino acids, 68 kDa) was purified from culture broth by gel filtration chromatography, with 83.3-fold purification and a yield of 11.2%. Purified SCO0284 showed strong activity against p-nitrophenyl-α-D-galactopyranoside, melibiose, raffinose, and stachyose, and no activity toward lactose, agar (galactan), and neoagarooligosaccharides, indicating that it is an α-galactosidase. Optimal enzyme activity was observed at 40℃ and pH 7.0. The addition of metal ions or EDTA did not affect the enzyme activity, indicating that no metal cofactor is required. The kinetic parameters Vmax and Km for p-nitrophenyl-α-D-galactopyranoside were 1.6 mg/ml (0.0053 M) and 71.4 U/mg, respectively. Thin-layer chromatography and mass spectrometry analysis of the hydrolyzed products of melibiose, raffinose, and stachyose showed perfect matches with the masses of the sodium adducts of the hydrolyzed products, galactose (M+Na, 203), melibiose (M+Na, 365), and raffinose (M+Na, 527), respectively, indicating that it specifically cleaves the α-1,6-glycosidic bond of the substrate, releasing the terminal D-galactose.
Previously, cellulase and xylanase producing microorganism, Bacillus subtilis NC1, was isolated from soil. Based on the 16S rRNA gene sequence and API 50 CHL test the strain was identified as Bacillus subtilis, and named as B. subtilis NC1. We cloned and sequenced the genes for cellulase and xylanase. Plus, the deduced amino acid sequences from the genes of cellulase and xylanase were determined and were also identified as glycosyl hydrolases family (GH) 5 and 30, respectively. In this study to optimize the medium parameters for cellulase production by B. subtilis NC1 the RSM (response surface methodology) based on CCD (central composite design) model was performed. Three factors, tryptone, yeast extract, and NaCl, for N or C source were investigated. The cellulase activity was measured with a carboxylmethyl cellulose (CMC) plate and the 3,5-dinitrosalicylic acid (DNS) methods. The coefficient of determination (R2) for the model was 0.960, and the probability value (p=0.0001) of the regression model was highly significant. Based on the RSM, the optimum conditions for cellulase production by B. subtilis NC1 were predicted to be tryptone of 2.5%, yeast extract of 0.5%, and NaCl of 1.0%. Through the model verification, cellulase activity of Bacillus subtilis NC1 increased from 0.5 to 0.62 U/ml (24%) compared to the original medium.
A genomic library was constructed to clone a xylanase gene (Mxyn10) from Demequina sp. JK4 isolated from a deep sea. Mxyn10 encoded a 471 residue protein with a calculated molecular mass of 49 kDa. This protein showed the highest sequence identity (70%) with the xylanase from Streptomyces lividans. Mxyn10 contains a catalytic domain that belongs to the glycoside hydrolase family 10 (GH10) and a carbohydrate-binding module (CBM) belonging to family 2. The optimum pH and temperature for enzymatic activity were pH 5.5 and $55^{\circ}C$, respectively. Mxyn10 exhibited good pH stability, remaining stable after treatment with buffers ranging from pH 3.5 to 10.0. The protein was not significantly affected by a variety of chemical reagents, including some compounds that usually inhibit the activity of other related enzymes. In addition, Mxyn10 showed activity on cellulose. These properties mark Mxyn10 as a potential enzyme for industrial application and saccharification processes essential for bioethanol production.
Wang, Guozeng;Luo, Meng;Lin, Juan;Lin, Yun;Yan, Renxiang;Streit, Wolfgang R.;Ye, Xiuyun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.29
no.5
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pp.765-775
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2019
A new ${\alpha}$-amylase-encoding gene (amySL3) of glycoside hydrolase (GH) family 13 was identified in soda lake isolate Alkalibacterium sp. SL3. The deduced AmySL3 shares high identities (82-98%) with putative ${\alpha}$-amylases from the genus Alkalibacterium, but has low identities (<53%) with functionally characterized counterparts. amySL3 was successfully expressed in Escherichia coli, and the recombinant enzyme (rAmySL3) was purified to electrophoretic homogeneity. The optimal temperature and pH of the activity of the purified rAmySL3 were determined to be $45^{\circ}C$ and pH 7.5, respectively. rAmySL3 was found to be extremely halophilic, showing maximal enzyme activity at a nearly saturated concentration of NaCl. Its thermostability was greatly enhanced in the presence of 4 M NaCl, and it was highly stable in 5 M NaCl. Moreover, the enzyme did not require calcium ions for activity, and was strongly resistant to a range of surfactants and hydrophobic organic solvents. The major hydrolysis products of rAmySL3 from soluble starch were maltobiose and maltotriose. The high ratio of acidic amino acids and highly negative electrostatic potential surface might account for the halophilic nature of AmySL3. The extremely halophilic, calcium-independent, and surfactant-resistant properties make AmySL3 a promising candidate enzyme for both basic research and industrial applications.
A novel endodextranase isolated from Paenibacillus sp. was found to produce isomaltotetraose and small amounts of cycloisomaltooligosaccharides with a degree of polymerization of 7-14 from dextran. To determine the active site, the enzyme was modified with 1-ethyl-3-[3-(dimethylamino)-propyl]-carbodiimide (EDC) and α-epoxyalkyl α-glucosides (EAGs), an affinity labeling reagent. The inactivation followed pseudo first-order kinetics. Kinetic analysis and chemical modification using EDC and EAGs indicated that carboxyl groups are essential for the enzymatic activity. Three Asp and one Glu residues were identified as candidate catalytic amino acids, since these residues are completely conserved across the GH family of 66 enzymes. Replacement of Asp189, Asp340, or Glu412 completely abolished the enzyme activity, indicating that these residues are essential for catalytic activity.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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