In the fed-batch fermentation of penicillin specific uptake rates of carbon source and ammonia nitrogen, and specific production rate of penicillin as the most important process variables were evaluated over the fermentation course and their effects on the productivity studied. As the results, glucose and lactose each as a major carbon source showed the following values, respectively ; the specific uptake rates of 47-93 mg hexose per gm-DCW per he and 37-44 mg hexose per gm-DCW per hr, the specific uptake rates of 4.6-6.8 mg $NH_3-N$ per gm-DCW per hr, and 1.2 mg $NH_3-N$ per gm-DCW per he and the specific production rates of 32-42 arbitrary unit per gm-DCW per hr and 46-50 arbitrary unit per gm-DCW per hr. The productivity of penicillin could be improved by controlling the feed rates of glucose and ammonia nitrogen to meet the uptake rates.
Sf21 cells become popular as the host permissive cell line to support the baculovirus AcNPV replication and protein synthesis. The cells grow well on TC-100 medium that contains $0.1\%$ D-glucose as the major carbon source, strongly suggesting the presence of endogenous glucose transporters. However, unlike human glucose transporters, very little is known about the characteristics of the endogenoussugar transporter(s) in Sf21 cells. Thus, some kinetic properties of the sugar transport system were investigated, involving the uptake of 2-deoxy-D-glucose (2dG1c). In order to obtain a true measure of the initial rate of uptake, the uptake of $[^3H]2dGlc$ from both low $(100{\mu}M)$ and high (10 mM) extracellular concentrations was measured over periods ranging from 30 sec to30 min. The data obtained indicated that the uptake was linear for at least 2 min at both concentrations, suggesting that measurements made over a 1min time course would reflect initial rates of the jexpse uptake. To determine $K_m\;and\;V_{max}$ of the endogenous glucose transporter(s) in Sf21 cells, the uptake of 2dG1c was measured over a range of substrate concentrations $(50{\mu}M\~10mM)$ 2dG1c uptake by the Sf21 cells appeared to involve both saturable and non-saturable (or very low affinity) components. A saturable transport system for 2dG1c was relatively high, the $K_m$ value for uptake being < 0.45 mM. The $V_{max}$ value obtained for 2dG1c transport in the Sf21 cells was about 9.7-folds higher than that reported for Chinese hamster ovary cells, which contain a GLUT1 homologue. Thus, it appeared that the transport activity of the Sf21 cells was very high. In addition, the Sf21 glucose transporter was found to have very low affinity for cytochalasin B, a potent inhibitor of human erythrocyte glucose transporter
The baculovirus/insect cell expression system is of great value in the study of structure-function relationships in mammalian glucose-transport proteins by site-directed mutagenesis and for the large-scale production of these proteins for mechanistic and biochemical studies. Spodoptera frugiperda Clone 21 (Sf2l) cells grow well on TC-100 medium that contains $0.1\%$ D-glucose as the major carbon source, strongly suggesting the presence of endogenous glucose transporters. However, very little is known about the properties of the endogenous sugar transporter(s) in Sf2l cells, although a saturable transport system for hexose uptake has been previously revealed in the Sf cells. In order to further examine the substrate and inhibitor recognition properties of the Sf2l cell transporter, the ability of hexoses to inhibit 2-deoxy-D-glucose (2dGlc) transport was investigated by measuring inhibition constants $(K_i)$. The $K_i's$ for reversible inhibitors were determined from plots of uptake versus inhibitor concentration. Transport was effectively inhibited by D-mannose and D-glucose. Of the hexoses tested, L-glucose had the least effect on 2dGlc transport in the Sf2l cells, indicating that the transport is stereoselective. Unlike the human HepG2 type glucose transport system, D-mannose had a somewhat greater affinity for the Sf2l cell transporter than D-glucose, implying that the hydroxyl group at the C-2 position is not necessary for strong binding. However, epimerization at the C-4 position of D-glucose (D-galactose) resulted in a dramatic decrease in affinity of the hexose for the Sf2l cell transporter. Such a lowering of affinity might be the result of the involvement of the C-4 hydroxyl in hydrogen bonding. It is therefore suggested that Sf2l cells were found to contain an endogenous sugar transport activity that in several aspects resembles the human HepG2 type glucose transporter, although the insect and human transporters do differ in their affinity for cytochalasin B.
Cis-dichlorodiammine platin${\mu}M$II (Cisplatin), an effective chemotherapeutic agent, induces acute renal failure by unknown mechanisms. To investigate direct toxic effects of cisplatin on the renal proximal tubular transport system, LLC-$PK_1$ cell line was selected as a cell model and the sugar transport activity was evaluated during a course of cisplatin treatment. Cells grown to confluence were treated with cisplatin for 60 min, washed, and then incubated for up to 5 days. At appropriate intervals, cells were tested for sugar transport activity using ${\alpha}-methyl-D-[^{14}C]glucopyranoside$ (AMG) as a model substrate. In cells treated with 100 ${\mu}M$ cisplatin, the AMG uptake was progressively impaired after 3 days. The viability of cells was not substantially changed with cisplatin of less than 100 ${\mu}M$, but it decreased markedly with 150 and 200 ${\mu}M$. In cisplatin-treated cells, the $Na^+$ -dependent AMG uptake was drastically inhibited with no change in the $Na^+$ -independent uptake. Kinetic analysis indicated that Vmax was suppressed, but Km was not altered. The $Na^+$ -dependent phlorizin binding was also decreased in cisplatin-treated cells. However, the AMG efflux from preloaded cells was not apparently retarded by cisplatin treatment. These data indicate that the cisplatin treatment impairs $Na^+$ -hexose cotransporters in LLC-$PK_1$ cells and suggest strongly that defects in transporter function at the luminal plasma membrane of the proximal tubular cells constitute an important pathogenic mechanism of cisplatin nephrotoxicity.
Unlike the mammalian glucose transporter GLUT1, little is known about the nature of the endogenous sugar transporter(s) in insect cells. In order to establish the transport characteristics and other properties of the sugar transport proteins of Sf9 cells, a series of kinetic analyses was performed. A saturable transport system for hexose uptake has been revealed in the insect cells. The apparent affinity of this transport system(s) for 2-deoxy-D-glucose was relatively high, the $K_m$ for uptake being <0.5 mM. To further investigate the substrate and inhibitor recognition properties of the insect cell transporter, the ability of other sugars or drugs to inhibit 2-deoxy-D-glucose transport was examined by measuring inhibition constants ($K_j$). Transport was inhibited by D-mannose, D-glucose, and D-fructose. However, the apparent affinity of the C-4 epimer, D-galactose, for the Spodoptera transporter was relatively low, implying that the hydroxyl group at the C-4 position may play a role in the strong binding of glucose and mannose to the transporter. The results also showed that transport was stereoselective, being inhibited by D-glucose but not by L-glucose. It is therefore concluded that insect cells contain an endogenous glucose transport activity that in several aspects resembles the human erythrocyte glucose transporter. However, the mammalian and insect transporters were different in some of their kinetic properties, namely, their affinities for fructose and for cytochalasin B.
Proceedings of the Korean Society for Applied Microbiology Conference
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2005.06a
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pp.233-244
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2005
Guanosine fermentation process can be well predicted and analyzed by the proposed state equations describing the dynamic change of a bioreactor. Pyruvate and alanine were found to be characteristically accumulated along with the decline of the guanosine formation rate during the mid-late phase of the process. The enzymological study of the main pathways in glucose catabolism and the quantitative stoichiometric calculation of metabolic flux distribution revealed that it was entirely attributed to the shift of metabolic flux from hexose monophosphate (HMP) pathway to glycolysis pathway. The process optimization by focusing on the restore of the shift of metabolic flux was conducted and the overcoming the decrease of oxygen uptake rate (OUR) was taken as the relevant factor of the trans-scale operation. As a result, the production of guanosinewas increased from 17 g/L to over 34 g/I.
Candida magnoliae, an osmotolerant and erythritol producing yeast, prefers D-fructose to D-glucose as carbon sources. For the investigation of the fructophilic characteristics with respect to sugar transportation, a sequential extraction method using various detergents and ultracentrifugation was developed to isolate cellular membrane proteins in C. magnoliae. Immunoblot analysis with the Pma1 antibody and two-dimensional electrophoresis analysis coupled with MS showed that the fraction II was enriched with membrane proteins. Eighteen proteins out of 36 spots were identified as membrane or membrane-associated proteins involved in sugar uptake, stress response, carbon metabolism, and so on. Among them, three proteins were significantly upregulated under the fructose supplying conditions. The hexose transporter was highly homologous to Ght6p in Schizosaccharomyces pombe, which was known as a predominant transporter for the fructose uptake of S. pombe because it exhibited higher affinity to D-fructose than D-glucose. The physicochemical properties of the ATP-binding cassette transporter and inorganic transporter explained their direct or indirect associations with the fructophilic behavior of C. magnoliae. The identification and characterization of membrane proteins involved in sugar uptake might contribute to the elucidation of the selective utilization of fructose to glucose by C. magnoliae at a molecular level.
The biochemical study of sugar uptake in yeasts started five decades ago and led to the early production of abundant kinetic and mechanistic data. However, the first accurate overview of the underlying sugar transporter genes was obtained relatively late, due mainly to the genetic complexity of hexose uptake in the model yeast, Saccharomyces cerevisiae. The genomic era generated in turn a massive amount of information, allowing the identification of a multitude of putative sugar transporter and sensor-encoding genes in yeast genomes, many of which are phylogenetically related. This review aims to briefly summarize our current knowledges on the biochemical and molecular features of the transporters of pentoses in yeasts, when possible establishing links between previous kinetic studies and genomic data currently available. Emphasis is given to recent developments concerning the identification of D-xylose transporter genes, which are thought to be key players in the optimization of S. cerevisiae for bioethanol production from lignocellulose hydrolysates.
In order to investigate central metabolic changes in Beijerinckia indica, cells were grown on different carbon sources and intracellular flux distributions were studied under varying concentrations of nitrogen. Metabolic fluxes were estimated by combining material balances with extracellular substrate uptake rate, biomass formation rate, and exopolysaccharide (EPS) accumulation rate. Thirty-one metabolic reactions and 30 intracellular metabolites were considered for the flux analysis. The results revealed that most of the carbon source was directed into the Entner-Doudoroff pathway, followed by the recycling of triose-3-phosphate back to Hexose6-phosphate. The pentose phosphate pathway was operated at a minimal level to supply the precursors for biomass formation. The different metabolic behaviors under varying nitrogen concentrations were observed with flux analysis.
The numbers of aleurone layers and thickness of pericarp of waxy rice in dorsal side were higher than those in vental side, However, varietal characteristics of the bran structures were observed. The water uptake rates of brown rice at $60^{\circ}C$ were similar between $j{\times}indica$ varieties(Hangangchalbyeo, H and Baegunchalbyeo, B) and higer than that of japonica variety (Shinsunchalbyeo, S). Inherent viscosities for H, B and S waxy rice starches were 1.92, 1.84 and 1.73 $dlg^{-1}$, respectively. The minimum moistures for gelatinization of waxy rice starches determined by DSC were $36.4{\sim}38.6%$ which represented 4moles of water per mole of hexose unit.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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