• 제목/요약/키워드: Protein Immobilization

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Nanoscale Fabrication of Biomolecular Layer and Its Application to Biodevices

  • Park, Jeong-Woo;Nam, Yun-Suk;Masamichi Fujihira
    • Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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    • 제9권2호
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    • pp.76-85
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    • 2004
  • Biodevices composed of biomolecular layer have been developed in various fields such as medical diagnosis, pharmaceutical screening, electronic device, photonic device, environmental pollution detection device, and etc. The biomolecules such as protein, DNA and pigment, and cells have been used to construct the biodevices such as biomolecular diode, biostorage device, bioelectroluminescence device, protein chip, DNA chip, and cell chip. Substantial interest has focused upon thin film fabrication or the formation of biomaterials mono- or multi-layers on the solid surfaces to construct the biodevices. Based on the development of nanotechnology, nanoscale fabrication technology for biofilm has been emerged and applied to biodevices due to the various advantages such as high density immobilization and orientation control of immoblized biomolecules. This review described the nanoscale fabrication of biomolecular film and its application to bioelectronic devices and biochips.

지방의 종류가 다른 식이의 섭취가 하지고정 흰 쥐의 근 섬유별 근 위축과 PPAR${\delta}$ 활성에 미치는 영향 (Effects of Different Types of Dietary Fat on Muscle Atrophy According to Muscle Fiber Types and PPAR${\delta}$ Expression in Hindlimb-Immobilized Rats)

  • 이호욱;박미나;이연숙
    • Journal of Nutrition and Health
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    • 제44권5호
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    • pp.355-365
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    • 2011
  • 본 연구는 지방의 종류와 함량이 다른 식이의 섭취가 하지 고정 흰 쥐의 근육 내 화학 조성, PPAR${\delta}$ 및 관련 효소의 발현에 미치는 영향을 근육 종류에 따라 알아 보기 위해 수행되었다. 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 1) 10일 간의 하지고정과 식이 중재에 의해 실험동물의 체중, 식이섭취량 및 혈청 지방산에는 유의적인 차이가 없었다. 2) 10일 간의 하지고정에 따라 근육 양은 하지 근육 종류에 따라, 각각 soleus 에서 약 57%, plantaris에서 약 39% 그리고 gastrocnemius에서 약 38%로 달리 감소되었다 (p < 0.01). 특히 soleus에서 가장 많은 감소 현상을 보였다. 이러한 감소 경향은 식이 지방의 종류 및 함량에 영향을 받지 않았다. 3) 10일 간의 하지고정에 따라 근육 내 조성 변화의 경우, gastrocnemius에서 분석한 근육 총 단백질량은 정상 다리(contralateral)와 비교하여 하지고정에 따라 유의적으로 감소 (CO, 41%; FO, 40%; HCO, 37%; HBT, 38%)하였다. Plantaris, gastrocnemius에서 분석한 근육 내 중성지방량의 경우에도, 정상다리와 비교하여 하지고정에 따라 plantaris(CO, 39%; FO, 27%; HCO, 38%; HBT, 35%)와 gastrocnemius(CO, 38%; FO, 34%; HCO, 33%; HBT, 34%) 모두에서 유의적으로 감소하였다. 그러나, 근 단백질량과 중성지방량의 감소 현상은 모두 식이군 간의 차이는 나타나지 않았다. 4) PPAR${\delta}$ 단백질은 하지고정에 의해 plantaris에서는 유의적으로 증가 (p < 0.05)하였고, gastrocnemius, soleus에서는 증가하는 경향을 나타내었다. PPAR${\delta}$ 단백질과는 반대로 PPAR${\delta}$ mRNA는 하지고정에 의해 plantaris에서는 유의적으로 감소 하였고, soleus에서는 FO군만 PPAR${\delta}$ mRNA 발현 양이 유의적으로 감소하였다. PPAR${\alpha}$의 경우 하지고정에 따라 두 근육에서 모두 영향을 받지 않았다. mCPT1 mRNA는 하지고정에 따라 soleus와 plantaris 모두에서 변화가 없었지만, PDK4 mRNA는 하지고정에 따라 plantaris에서 유의적으로 감소하였고, 반대로 soleus에서는 유의적으로 증가하였다. 5) PPAR${\delta}$ 단백질은 세 근육의 FO군에서 모두 크게 증가하는 경향을 보였지만, 식이에 따른 유의적인 차이를 보이지는 않았다. PPAR${\delta}$ mRNA의 경우, plantaris의 CO군과 비교해 FO군에서 mRNA 발현이 유의적으로 낮은 수준이었고, 다른 군에서는 유의적인 차이가 없었다. Soleus의 PPAR${\delta}$ mRNA는 CO군과 비교해 FO, HCO 그리고 HBT군 모두에서 발현 양이 유의적으로 낮은 수준을 보였다. 반면, PPAR${\alpha}$의 mRNA 발현은 두 근육에서 모두 식이에 의한 영향을 받지 않았다. mCPT1 mRNA 발현의 경우, plantaris에서는 CO군과 비교해 FO군에서 발현 양이 유의적으로 낮은 수준을 보였지만, 고지방 식이 군에서는 유의적인 차이가 없었다. 반대로, soleus에서는 CO군과 비교해 FO군에서 발현이 유의적으로 높은 수준을 보였지만, 고지방 식이 군에서는 CO군과 비교해 유의적인 차이는 없었다. PDK4 mRNA의 경우, plantaris에서는 CO군과 비교해 FO군의 mRNA 발현 양이 유의적으로 높은 수준을 보였다. 고지방 식이 군에서는 CO군과 비교해 발현 양의 유의적인 차이가 없었다. 한편, soleus에서는 FO군에서 발현이 낮은 경향을 보였을 뿐, 식이에 따른 mRNA 발현에는 모든 군에서 유의적인 차이가 없었다. 본 연구에서는 10일간의 하지고정에 의해서 모든 근육에서 유의적인 근 위축이 유발되었고, 이에 따라 근육 양의 감소와 함께 근육 총 단백질의 유의적인 감소가 나타났다. 하지만 근육 총 단백질과 중성지방의 유의적인 감소에도 불구하고, 하지고정에 의한 근육 내 중성지방 축적은 일어나지 않았다. 이는 하지고정에 의해 모든 근육에서 증가된 PPAR${\delta}$ 단백질이 하지고정 초기에 근육 내 중성지방의 축적을 억제했을 것으로 사료된다. 결론적으로, 하지고정에 따른 근 위축에 의해 근육 내 지질대사를 조절하는 PPAR${\delta}$의 mRNA 발현은 감소하였지만, ${\omega}$-3 PUFA를 함유한 어유 식이는 PPAR${\delta}$ 단백질 및 관련 효소의 발현 수준과 활성에 근 섬유별특성에 따라 긍정적인 영향을 줌으로써 근육 내 지질축적을 비롯한 근위축의 경감에 도움을 줄 수 있다는 가능성을 제시하였다.

D-xylose에서 D-xylulose로의 전환을 위한 D-xylose Isomerase의 정전기적 고정화 (Electrostatic Immobilization of D-Xylose Isomerase to a Cation Exchanger for the Conversion of D-Xylose to D-Xylulose)

  • 항누엔티;김성건;권대혁
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제40권2호
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    • pp.163-167
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    • 2012
  • D-Xylose는 Saccharomyces cerevisiae에서 기질로 이용될 수 없어 S. cerevisiae가 이용 가능한 D-xylulose로의 전환이 요구된다. 효소고정화 시스템을 통한 D-xylose로부터 D-xylulose로의 전환을 위해 대장균의 D-xylose 이성화효소(XI)의 카르복시 말단에 양이온 교환수지를 이용한 단순 정제 및 고정화가 가능하도록 10-arginine tag(R10)을 융합하였다. 융합단백질인 XIR10은 재조합 대장균에서 과잉발현되었고 단일 단계의 양이온 교환 크로마토그라피를 통하여 고순도로 정제되었다. 정제된 XIR10은 카르복시 말단의 10-arginine tag과의 정전기적 상호작용을 통하여 양이온 교환수지에 고정화되었다. 고정화 및 비고정화된 XIR10은 넓은 범위의 pH 및 온도에서 비슷한 D-xylose 이성화효소 활성을 보였다. 이 결과는 양이온 교환수지로의 고정화는 XIR10의 효소적 기능에 영향을 주지 않는다는 것을 나타낸다. 고정화된 XIR10의 최적화된 조건에서 D-xylose의 25%는 D-xylulose로 이성화되었다. 본 연구의 결과들은 10-arginine tag과 양이온 교환수지간의 상호작용을 통해 정전기적 고정화된 XIR10이 D-xylose로부터 D-xylulose로의 전환에 응용 가능하다는 것을 명확하게 보여주었다.

글루코스 기반 바이오연료전지를 위한 다양한 분자량의 폴리에틸렌이민을 이용한 글루코스 산화효소 고정화 (Immobilization of Glucose Oxidase using Branched Polyethyleneimines of Various Molecular Weights for Glucose Based Biofuel Cell)

  • 안연주;정용진;권용재
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • 제54권5호
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    • pp.693-697
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    • 2016
  • 본 연구에서는 탄소나노튜브(CNT), 글루코스 산화효소(Glucose oxidase, GOx) 및 다양한 분자량의 가지달린 폴리에틸렌이민(Polyethyleneimine, branched, bPEI)을 물리적으로 결합하여 GOx/PEI/CNT 구조를 제조한 뒤, 가교제인 테레프타랄데하이드(Terephthalaldehyde, TPA)와 알돌축합반응을 통해 TPA/[GOx/bPEI/CNT] 구조의 촉매를 합성하였으며, 각각의 전기화학적 특성 및 장기안정성 등을 평가하였다. GOx/PEI/CNT의 경우, PEI의 분자량의 증가에 따라 유의한 차이를 확인할 수 없었으나, TPA 도입한 TPA/[GOx/bPEI/CNT]는 PEI 분자의 증가에 따라 전자전달 및 장기안정성은 향상되며 글루코스의 물질전달은 감소함을 확인하였다. 또한 효소연료전지 음극 촉매로서의 최적 bPEI 분자량을 확인한 결과, 750 k PEI를 이용한 촉매(TPA/[GOx/bPEI-750k/CNT]에서 최고의 최대전력밀도($0.995mW{\cdot}cm^{-2}$)를 얻을 수 있음을 확인하였다.

Comparative study on Hsp25 expression in Mongolian gerbil and mouse cerebellum

  • Lee, Heang-Yeon;Kim, Seong-Hwan;Lee, Jae-Bong;Shin, Chang-Ho
    • 한국동물위생학회지
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    • 제29권4호
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    • pp.469-482
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    • 2006
  • The term 'heat shock protein (Hsps)' was derived from the fact that these proteins were initially discovered to be induced by hyperthermic conditions. In response to a range of stressful stimuli, including hyperthermia, immobilization, UV radiation, amino acid analogues, arsenite, various chemicals, and drugs the mammalian brain demonstrates a rapid and intense induction of the heat shock protein. Moreover, Hsps were expressed on the various pathological conditions including trauma, focal or global ischemia, hypoxia, infarction, infections, starvation, and anoxia. Especially, Hsp25 has a protective activity, facilitated by the ability of the protein to decrease the intracellular levels of reactive oxygen species (ROS) as well as its chaperone activity, which favors the degradation of oxidized proteins. Recently, it has clearly demonstrated that Hsp25 is constitutively expressed in the adult mouse cerebellum by parasagittal bands of purkinje cells in three distinct regions, the central zone (lobule VI-VII) and nodular zone (lobule IX-X), and paraflocculus. The Mongolian gerbil has been introduced into stroke study model because of its unique brain vasculature. There are no significant connections between the basilarvertebral system and the carotid system. This anatomy feature renders the mongolian gerbil susceptible to forebrain ischemia-induced seizure. The present study is designed to examine the pattern of Hsp25 expression in the cerebellum of this animal in comparison with that in mouse.

Stability Analysis of Bacillus stearothermopilus L1 Lipase Fused with a Cellulose-binding Domain

  • Hwang Sangpill;Ahn Ik-Sung
    • Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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    • 제10권4호
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    • pp.329-333
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    • 2005
  • This study was designed to investigate the stability of a lipase fused with a cellulose­binding domain (CBD) to cellulase. The fusion protein was derived from a gene cluster of a CBD fragment of a cellulase gene in Trichoderma hazianum and a lipase gene in Bacillus stearother­mophilus L1. Due to the CBD, this lipase can be immobilized to a cellulose material. Factors affecting the lipase stability were divided into the reaction-independent factors (RIF), and the re­action-dependent factors (RDF). RIF includes the reaction conditions such as pH and tempera­ture, whereas substrate limitation and product inhibition are examples of RDF. As pH 10 and $50^{\circ}C$ were found to be optimum reaction conditions for oil hydrolysis by this lipase, the stability of the free and the immobilized lipase was studied under these conditions. Avicel (microcrystal­line cellulose) was used as a support for lipase immobilization. The effects of both RIF and RDF on the enzyme activity were less for the immobilized lipase than for the free lipase. Due to the irreversible binding of CBD to Avicel and the high stability of the immobilized lipase, the enzyme activity after five times of use was over $70\%$ of the initial activity.

Immobilization and Characterization of a Liposome-Mediated Reconstituted Nicotinic Acetylcholine Receptor

  • Suh, Jeong-Ihn;Palk, Bo-Hyun;Oh, Se-Zu;Suh, Jung-Hun;Cho, Key-Seung;Palk, Young-Ki
    • BMB Reports
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    • 제28권2호
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    • pp.155-161
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    • 1995
  • A nicotinic acetylcholine receptor (nAchR) isolated from the electric tissues of Torpedo californica has been reconstituted into a vesicle comprising a bifunctional azo-ligand (Bae 1) compound, and a liposome containing phospholipids and cholesterol (1 : 1, w/w). The liposome-mediated reconstituted receptor showed a concentration-dependent response to cholinergic drugs in a lithium ion flux assay. This liposome-mediated reconstituted nAchR was immobilized onto an electrode using various synthetic polymers which were tested for their response to the cholinergic ligands. The immobilized nAchR not only exhibited a linear response to a wide range of cholinergic ligand concentrations but also retained an operational stability which lasted for longer than 6 days. Thus, this result provides a basis for application of the immobilized nAchR-based biosensor in detecting cholinergic ligands in vitro.

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Characterization of Proteus vulgaris K80 Lipase Immobilized on Amine-Terminated Magnetic Microparticles

  • Natalia, Agnes;Kristiani, Lidya;Kim, Hyung Kwoun
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제24권10호
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    • pp.1382-1388
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    • 2014
  • Proteus vulgaris K80 lipase was expressed in Escherichia coli BL21 (DE3) cells and immobilized on amine-terminated magnetic microparticles (Mag-MPs). The immobilization yield and activity retention were 84.15% and 7.87%, respectively. A homology model of lipase K80 was constructed using P. mirabilis lipase as the template. Many lysine residues were located on the protein surface, remote from active sites. The biochemical characteristics of immobilized lipase K80 were compared with the soluble free form of lipase K80. The optimum temperature of K80-Mag-MPs was $60^{\circ}C$, which was $20^{\circ}C$ higher than that of the soluble form. K80-Mag-MPs also tended to be more stable than the soluble form at elevated temperatures and a broad range of pH. K80-Mag-MP maintained its stable form at up to $40^{\circ}C$ and in a pH range of 5.0-10.0, whereas soluble K80 maintained its activity up to $35^{\circ}C$ and pH 6.0-10.0. K80-Mag-MPs had broader substrate specificity compared with that of soluble K80. K80-Mag-MPs showed about 80% residual relative activity after five recovery trials. These results indicate the potential benefit of K80-Mag-MPs as a biocatalyst in various industries.

글루타알데하이드에 의해 결합된 효소촉매를 이용한 글루코스 센서의 성능향상 (Performance Improvement of Glucose Sensor Adopting Enzymatic Catalyst bonded by Glutaraldehyde)

  • 안연주;정용진;이규빈;권용재
    • 한국수소및신에너지학회논문집
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    • 제27권4호
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    • pp.378-385
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    • 2016
  • In this study, we synthesized a biocatalyst consisting of glucose oxidase (GOx), polyethyleneimine (PEI) and carbon nanotube (CNT) with addition of glutaraldehyde (GA)(GA/[GOx/PEI/CNT])for fabrication of glucose sensor. Main bonding of the GA/[GOx/PEI/CNT] catalyst was formed by crosslinking of functional end groups between GOx/PEI and GA. Catalytic activity of GA/[GOx/PEI/CNT] was quantified by UV-Vis and electrochemical measurements. As a result of that, high immobilization ratio of 199% than other catalyst (with only physical adsorption) and large sensitivity value of $13.4{\mu}A/cm^2/mM$ was gained. With estimation of the biosensor stability, it was found that the GA/[GOx/PEI/CNT] kept about 88% of its initial activity even after three weeks. It shows GA minimized the loss of GOx and improved sensing ability and stability compared with that using other biocatalysts.