Enteromorpha polysaccharides (EP) extracted from green algae have displayed a wide variety of biological activities. However, their high molecular weight leads to a high viscosity and low solubility, and therefore, greatly restrains their application. To solve this problem, bacteria from the surface of Enteromorpha were screened, and an Alteromonas macleodii strain B7 was found to be able to decrease the molecular weight of EP in culture media. Proteins harvested from the supernatant of the A. macleodii B7 culture were subjected to native gel electrophoresis, and a band corresponding to the Enteromorpha polysaccharide lyase (EPL) was detected by activity staining. The enzyme identity was subsequently confirmed by MALDI-TOF/TOF mass spectrometry as the putative ${\alpha}$-amylase reported in A. macleodii ATCC 27126. The amylase gene (amySTU) from A. macleodii B7 was cloned into Escherichia coli, resulting in high-level expression of the recombinant enzyme with EP-degrading activity. AmySTU was found to be cold-adapted; however, its optimal enzyme activity was detected at $40^{\circ}C$. The ${\alpha}$-amylase was highly stable over a broad pH range (5.5-10) with the optimal pH at 7.5-8.0. The highest enzyme activity was detected when NaCl concentration was 2%, which dropped by 50% when the NaCl concentration was increased to 16%, showing an excellent nature of halotolerance. Furthermore, the amylase activity was not significantly affected by tested surfactants or the presence of some organic solvents. Therefore, the A. macleodii strain B7 and its ${\alpha}$-amylase can be useful in lowering EP molecular weight and in starch processing.
Park, Chan Mi;Jeong, Heon;Ma, Sang Hoon;Kim, Hyun Min;Joung, Young Hee;Yun, Chul-Ho
한국미생물·생명공학회지
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제47권4호
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pp.536-545
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2019
Cytochrome P450 (P450 or CYP) is involved in the metabolism of endogenous and exogenous compounds in most organisms. P450s have great potential as biocatalysts in the pharmaceutical and fine chemical industries because they catalyze diverse oxidative reactions using a wide range of substrates. The high-cost nicotinamide cofactor, NADPH, is essential for P450 reactions. Glucose-6-phosphate dehydrogenase (G6PDH) has been commonly used in NADPH-generating systems (NGSs) to provide NADPH for P450 reactions. Currently, only two G6PDHs from Leuconostoc mesenteroides and Saccharomyces cerevisiae can be obtained commercially. To supply high-cost G6PDH cost-effectively, we cloned the cytosolic G6PDH gene of Solanum lycopersicum (tomato) with 6xHis tag, expressed it in Escherichia coli, and purified the recombinant G6PDH (His-G6PDH) using affinity chromatography. In addition, enzymatic properties of His-G6PDH were investigated, and the His-G6PDH-coupled NGS was optimized for P450 reactions. His-G6PDH supported CYP102A1-catalyzed hydroxylation of omeprazole and testosterone by NADPH generation. This result suggests that tomato His-G6PDH could be a cost-effective enzyme source for NGSs for P450-catalyzed reactions as well as other NADPH-requiring reactions.
Seo Myung-Ji;Im Eun-Mi;Singh Deepak;Rajkarnikar Arishma;Kwon Hyung-Jin;Hyun Chang-Gu;Suh Joo-Won;Pyun Yu-Ryang;Kim Soon-Ok
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제16권8호
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pp.1311-1315
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2006
Aminocyclitol antibiotic validamycin A, a prime control agent for sheath blight disease of rice plants, is biosynthesized by Streptomyces hygroscopicus var. limoneus. Within the validamycin biosynthetic gene cluster, vldBC forms an operon of vldABC with vidA, the gene encoding 2-epi-5-epi-valiolone synthase. Biochemical studies, employing the recombinant proteins from Escherichia coli, established VldB and VldC as D-glucose $\alpha$-1-phosphate uridylyltransferase and glucokinase, respectively. This finding substantiates that the validamycin biosynthetic gene cluster harbors genes encoding the enzymes for UDP-glucose formation from glucose. Therefore, we propose that validamycin biosynthesis employs its own catalysts to generate UDP-glucose, but not depending on the primary metabolism.
The $\alpha$-L-arabinofuranosidase (Arfase) gene of Bacillus stearothermophilus No. 236 was cloned and sequenced. The ORF of the gene, designated arfA, encoded a 507 -residue polypeptide with calculated molecular mass of 57 kDa. The Arfase produced by a recombinant Escherichia coli strain containing the arfA gene was purified to apparent homogeneity and characterized. The molecular mass of the Arfase determined by SDS-PAGE was 60 kDa. However, according to gel filtration, it was estimated to be approximately 190 kDa. These results indicated that the functional form of the Arfase is trimeric. The optimal pH and temperature for the enzyme activity were pH 6.5 and $55^{\circ}C$, respectively. The half-life of the enzyme at $60^{\circ}C$ was about 6 h. Kinetic experiments at $45^{\circ}C$ with pNPM (p-nitrophenyl $\alpha$-L-arabinofuranoside) as a substrate gave the $K_m and V_{max}$ values of 1.19 mM and 26.1 U/ mg, respectively. When the enzyme was combined with Bacillus stearothermophilus No. 236 endoxylanase and $\beta$-xylosidase, it hydrolyzed arabinoxylan into L-arabinose and xylose more efficiently than Arfase alone. This synergistic effect suggested that the complete hydrolysis of xylan with large amounts of arabinose side chains required Arfase as well as endoxylanase and $\beta$-xylosidase.
Pediococcus pentosaceus ID-7 was isolated from kimchi, a Korean fermented food, and it showed high activity for lactose hydrolysis. The ${\beta}$-galactosidase of P. pentosaceus ID-7 belongs to the GH2 group, which is composed of two distinct proteins. The heterodimeric LacLM type of ${\beta}$-galactosidase found in P. pentosaceus ID-7 consists of two genes partially overlapped, lacL and lacM encoding LacL (72.2 kDa) and LacM (35.4 kDa). In this study, Escherichia coli MM294 was used for the production of LacL, LacM, and LacLM. These three types of recombinant proteins were expressed, purified, and characterized. The specific activities of LacLM and LacL were 339 and 31 U/mg, respectively. However, activity was not detected with LacM alone. The optimal pH of LacLM and LacL was pH 7.5 and pH 7.0, and the optimal temperature of LacLM and LacL was $40^{\circ}C$ and $50^{\circ}C$, respectively. The optimal temperature changes indicate that LacLM is able to achieve higher activity at a relatively lower temperature. LacLM was strongly activated by $Mg^{2+}$, $Mn^{2+}$, and $Zn^{2+}$, which was not true for LacL. Consistent with this, EDTA strongly inactivated LacLM and LacL, but the presence of reducing agents did not dramatically alter the activity. Taken together, multiple alignment of amino acid sequences and phylogenetic analysis results of LacL and LacM of P. pentosaceus ID-7 suggest the evolution of LacL into LacLM and that the use of divalent metal ions results in higher activity.
The agarase gene gaa16a was identified from a draft genome sequence of Gilvimarinus agarilyticus JEA5, an agar-utilizing marine bacterium. Recently, three agarase-producing bacteria, G. chinensis, G. polysaccharolyticus, and G. agarilyticus, in the genus Gilvimarinus were reported. However, there have been no reports of the molecular characteristics and biochemical properties of these agarases. In this study, we analyzed the molecular characteristics and biochemical properties of agarases in Gilvimarinus. Gaa16A comprised a 1,323-bp open reading frame encoding 441 amino acids. The predicted molecular mass and isoelectric point were 49 kDa and 4.9, respectively. The amino acid sequence of Gaa16A showed features typical of glycosyl hydrolase family 16 (GH16) ${\beta}$-agarases, including a GH16 domain, carbohydrate-binding region (RICIN domain), and signal peptide. Recombinant Gaa16A (excluding the signal peptide and carbohydrate-binding region, rGaa16A) was expressed as a fused protein with maltose-binding protein at its N-terminus in Escherichia coli. rGaa16A had maximum activity at $55^{\circ}C$ and pH 7.0 and 103 U/mg of specific activity in the presence of 2.5 mM $CaCl_2$. The enzyme hydrolyzed agarose to yield neoagarotetraose as the main product. This enzyme may be useful for industrial production of functional neoagaro-oligosaccharides.
A gene encoding a putative alanine racemase in Xanthomonas. oryzae pv. oryzae was cloned, expressed and characterized. Expression of the cloned gene was performed in Escherichia coli BL21(DE3)pLys using a pET-21(a) vector harbouring $6{\times}histidine$ tag. Purification of the recombinant alanine racemase by affinity chromatography resulted in major one band by sodium dodecyl sulfate polyacryl amide gel electrophoresis analysis, showing about 45 kDa of molecular weight. The alanine racemase gene, cloned in this experiment, appears to be constitutively expressed in X. oryzae, as analyzed by reverse transcriptase polymerase chain reaction. The enzyme was the most active toward L-alanine and secondly D-alanine, showing a racemic reaction, thus the enzyme is considered as an alanine racemase. The enzyme was considerably activated by addition of pyridoxal-5-phosphate (PLP), showing that 75% increase in activity was observed at 0.3 mM, compared with control. D-Cysteine as well as L-cysteine significantly inhibited the enzyme activity. The inhibitions by cysteines were more prominent in the absence of PLP, showing 9 and 5% of control activity at 2 mM of addition, respectively. The enzyme was the most active at pH 8.0 and more stable at alkaline pHs than acidic pH condition.
Based on its α-amylase activity at pH 5.0 and optimal pH of the crude enzyme, a strain (named B-5) with acid α-amylase production was screened. The B-5 strain was identified as Bacillus amyloliquefaciens through morphological, physiological, and biochemical characteristics analysis, as well as 16S rDNA phylogenetic analysis. Its α-amylase gene of GenBank Accession No. GU318401 was cloned and expressed in Escherichia coli. The purified recombinant α-amylase AMY-Ba showed the optimal pH of 5.0, and was stable at a pH range of 4.0-6.0. When hydrolyzing soluble starch, amylose, and amylopectin, AMY-Ba released glucose and maltose as major end products. The α-amylase AMY-Ba in this work was different from the well-investigated J01542-type α-amylase which also came from B. amyloliquefaciens. AMY-Ba exhibited notable adsorption and hydrolysis ability towards various raw starches. Structure analysis of AMY-Ba suggested the presence of a new starch-binding domain at its C-terminal region.
A novel xylanase gene, Kxyn, was cloned from Kocuria sp. Mn22, a bacteria isolated from the deep sea of the east Pacific. Kxyn consists of 1,170 bp and encodes a protein of 390 amino acids that shows the highest identity (63%) with a xylanase from Thermohifida fusca YX. The mature protein with a molecular mass of approximately 40 kDa was expressed in Escherichia coli BL21 (DE3). The recombinant Kxyn displayed its maximum activity at $55^{\circ}C$ and at pH 8.5. The $K_m,\;V_{max}$, and $k_{cat}$ values of Kxyn for birchwood xylan were 5.4 mg/ml, $272{\mu}mol/min{\cdot}mg$, and 185.1/s, respectively. Kxyn hydrolyzed birchwood xylan to produce xylobiose and xylotriose as the predominant products. The activity of Kxyn was not affected by $Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;Na^+,\;K^+$, ${\beta}$-mercaptoethanol, DTT, or SDS, but was strongly inhibited by $Hg^{2+},\;Cu^{2+},Zn^{2+}$, and $Pb^{2+}$. It was stable over a wide pH range, retaining more than 80% activity after overnight incubation at pH 7.5-12. Kxyn is a cellulase-free xylanase. Therefore, these properties make it a candidate for various industrial applications.
Choi, Seong-Seok;Seo, Yong Bae;Lim, Han Kyu;Nam, Soo-Wan;Kim, Gun-Do
한국미생물·생명공학회지
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제46권2호
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pp.145-153
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2018
Among the carotenoid biosynthesis genes, crtI gene encodes the phytoene desaturase (CrtI) enzyme, and phytoene desaturase convert phytoene to lycopene. Phytoene desaturase is involved in the dehydrogenation reaction, in which four single bonds in the phytoene are introduced into a double bond, eliminating eight hydrogen atoms in the process. Phytoene desaturase is one of the key regulating enzyme in carotenoid biosynthetic pathway of various carotenoid biosynthetic organisms. The crtI gene in genomic DNA of Paracoccus haeundaensis was amplified and cloned into a T-vector to analyze the nucleotide sequence. As a result, the crtI gene coding for phytoene desaturase from P. haeundaensis consists of 1,503 base pairs encoding 501 amino acids residues. An expression plasmid containing the crtI gene was constructed, and Escherichia coli cells containing this plasmid produced the recombinant protein of approximately 55 kDa, equivalent to the molecular weight of phytoene desaturase. The expressed protein in cell lysate showed enzymatic activity similar to phytoene desaturase. Phytoene and lycopene were analyzed by HPLC and measured at wavelength of 280 nm and 470 nm, respectively. The $K_m$ values for phytoene and NADPH were $11.1{\mu}M$ and $129.3{\mu}M$, respectively.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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