Organochlorine pesticide residues continue to remain as a major environmental threat worldwide. Lindane is an organochlorine pesticide widely used as an acaricide in medicine and agriculture. In the present study, a new lindane-degrading yeast strain, Pseudozyma VITJzN01, was identified as a copious producer of glycolipid biosurfactant. The glycolipid structure and type were elucidated by FTIR, NMR spectroscopy, and GC-MS analysis. The surface activity and stability of the glycolipid was analyzed. The glycolipids, characterized as mannosylerythritol lipids (MELs), exhibited excellent surface active properties and the surface tension of water was reduced to 29 mN/m. The glycolipid was stable over a wide range of pH, temperature, and salinity, showing a very low CMC of 25 mg/l. Bio-microemulsion of olive oil-in-water (O/W) was prepared using the purified biosurfactant without addition of any synthetic cosurfactants, for lindane solubilization and enhanced degradation assay in liquid and soil slurry. The O/W bio-microemulsions enhanced the solubility of lindane up to 40-folds. Degradation of lindane (700 mg/l) by VITJzN01 in liquid medium amended with bio-microemulsions was found to be enhanced by 36% in 2 days, compared with degradation in 12 days in the absence of bio-microemulsions. Lindane-spiked soil slurry incubated with bio-microemulsions also showed 20-40% enhanced degradation compared with the treatment with glycolipids or yeast alone. This is the first report on lindane degradation by Pseudozyma sp., and application of bio-microemulsions for enhanced lindane degradation. MEL-stabilized bio-microemulsions can serve as a potential tool for enhanced remediation of diverse lindane-contaminated environments.
Cyt2Aa2 is a mosquito-larvicidal protein produced as a 29 kDa crystalline protoxin from Bacillus thuringiensis subsp. darmstadiensis. To become an active toxin, proteolytic processing is required to remove amino acids from its N- and C-termini. This study aims to investigate the functional role of amino acid residues on the N-terminal ${\beta}1$ and C-terminal ${\alpha}F$ of Cyt2Aa2 protoxin. Mutant protoxins were constructed, characterized and compared to the wild type Cyt2Aa2. Protein expression data and SDS-PAGE analysis revealed that substitution at leucine-33 (L33) of ${\beta}1$ has a critical effect on dimer formation and structural stability against proteases. In addition, amino acids N230 and I233-F237 around the C-terminus ${\alpha}F$ demonstrated a crucial role in protecting the protoxin from proteolytic digestion. These results suggested that ${\beta}1$ and ${\alpha}F$ on the Nand C-terminal ends of Cyt2Aa2 protoxin play an important role in the molecular interaction and in maintaining the structural stability of the protoxin.
The isoform 1 of cyclodextrin glycosyltransferase (CGTase, EC 2.4.1.19) from Paenibacillus sp. A11 was purified by a preparative gel electrophoresis. The importance of histidine, tryptophan, tyrosine, and carboxylic amino acids for isoform 1 activity is suggested by the modification of the isoform 1 with various group-specific reagents. Activity loss, when incubated with diethylpyrocarbonate (DEP), a histidine modifying reagent, could be protected by adding 25 mM methyl-$\beta$-cyclodextrin substrate prior to the modification. Inactivation kinetics of isoform 1 with DEP resulted in second-order rate constants ($k_{inactivation}$) of $29.5\;M^{-1}s^{-1}$. The specificity of the DEP-modified reaction for the histidine residue was shown by the correlation between the loss of isoform activity and the increase in the absorbance at 246 nm of N-carbethoxyhistidine. The number of histidines that were modified by DEP in the absence and presence of a protective substrate was estimated from the increase in the absorbance using a specific extinction coefficient of N-carbethoxyhistidine of $3,200\;M^{-1}cm^{-1}$. It was discovered that methyl-$\beta$-CD protected per mole of isoform 1, two histidine residues from the modification by DEP. To localize essential histidines, the native, the DEP-modified, and the protected forms of isoform 1 were digested by trypsin. The resulting peptides were separated by HPLC. The peptides of interest were those with $R_t$ 11.34 and 40.93 min. The molecular masses of the two peptides were 5,732 and 2,540 daltons, respectively. When the data from the peptide analysis were checked with the sequence of CGTase, then His-140 and His-327 were identified as essential histidines in the active site of isoform 1.
In order to study the biological function of gapdh gene in yak, and prove whether the gapdh gene was a useful intra-reference gene that can be given an important role in molecular biology research of yak, the cDNA sequence encoding glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase from yak was cloned by the RT-PCR method using gene specific PCR primers. The sequence results indicated that the cloned cDNA fragment (1,008 bp) contained a 1,002 bp open reading frame, encoding 333 amino acids (AAs) with a molecular mass of 35.753 kDa. The deduced amino acids sequence showed a high level of sequence identity to Bos Taurus (99.70%), Xenopus laevis (94.29%), Homo sapiens (97.01%), Mus musculus (97.90%) and Sus scrofa (98.20%). The expression of yak's gapdh gene in heart, spleen, kidney and brain tissues was also detected; the results showed that the gapdh gene was expressed in all these tissues. Further analysis of yak GAPDH amino acid sequence implied that it contained a complete glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase active site (ASCTTNCL) which ranged from 148 to 155 amino acid residues. It also contained two conserved domains, a NAD binding domain in its N-terminal and a complete catalytic domain of sugar transport in its C-terminal. The phylogenetic analysis showed that yak and Bos taurus were the closest species. The prediction of secondary structures indicated that GAPDH of yak had a similar secondary structure to other isolated GAPDH. The results of this study suggested that the gapdh gene of yak was similar to other species and could be used as the intra-reference to analyze the expression of other genes in yak.
Adenylate kinase (AK) enzyme which acts as the catalyst of reversible high energy phosphorylation reaction between ATP and AMP which associate with energetic metabolism and nucleic acid synthesis and signal transmission. This enzyme has three distinct domains: Core, AMP binding domain (AMPbd) and Lid domain (LID). The primary role of AMPbd and LID is associated with conformational changes due to flexibility of two domains. Three dimensional structure of human AK1 has not been confirmed and various mutation experiments have been done to determine the active sites. In this study, AK1R138A which is changed arginine[138] of LID domain with alanine[138] was made and conducted with NMR experiments, backbone dynamics analysis and mo-lecular docking dynamic simulation to find the cause of structural change and substrate binding site. Synthetic human muscle type adenylate kinase 1 (hAK1) and its mutant (AK1R138A) were re-combinded with E. coli and expressed in M9 cell. Expressed proteins were purified and finally gained at 0.520 mM hAK1 and 0.252 mM AK1R138A. Multinuclear multidimensional NMR experiments including HNCA, HN(CO)CA, were conducted for amino acid sequence analysis and signal assignments of $^1H-^{15}N$ HSQC spectrum. Our chemical shift perturbation data is shown LID domain residues and around alanine[138] and per-turbation value(0.22ppm) of valine[179] is consid-ered as inter-communication effect with LID domain and the structural change between hAK1 and AK1R138A.
NAD+ analogs, 8-( 6-aminohexyl) aminonicotinamide adenine dinucleotide and N6-[(6- aminohewl)-carbamoylmethyl]- NAD+, were imobilized on bovine caseins by the action of hansglutaminase. It appears that NAD+ analogs bind with $\alpha$S1-and $\beta$-caseins through formation of the r-glutamylamine bond between the amino groups attached to the hexyl chains in NAD+ analogs and the glutaminyl residues in caseins. The NAD+ analogs immobilized on the caseins were enzymatically reducible by alcohol dehydrogenase. $\beta$-Casein was more useful carrier than the $\alpha$S1-casein and 8-substituted NAD+ analog was more effective than N6-substituted one in immobilization. Michaelis constant of 8-substituted NAD+ analog immobilized on $\beta$-casein in alcohol dehydrogenase reaction was similar to that of free from of NAD+ and that of NAD+ analog. Immobilized NAD+ was much more stable at alkaline pH than free NAD+ and its analog while maximum velocity was reduced to 31% of the free NAD+ analog. The coenzyme casein conjugated was recovered almost completely in casein precipitated by calcium.
Nugroho, Wahyu Sri Kunto;Kim, Dong-Woo;Han, Jong-Cheol;Hur, Young Baek;Nam, Soo-Wan;Kim, Hak Jun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.12
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pp.2087-2097
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2016
Most cold-adapted enzymes possess higher $K_m$ and $k_{cat}$ values than those of their mesophilic counterparts to maximize the reaction rate. This characteristic is often ascribed to a high structural flexibility and improved dynamics in the active site. However, this may be less convincing to cold-adapted metabolic enzymes, which work at substrate concentrations near $K_m$. In this respect, cold adaptation of a shikimate kinase (SK) in the shikimate pathway from psychrophilic Colwellia psychrerythraea (CpSK) was characterized by comparing it with a mesophilic Escherichia coli homolog (EcSK). The optimum temperatures for CpSK and EcSK activity were approximately $30^{\circ}C$ and $40^{\circ}C$, respectively. The melting points were $33^{\circ}C$ and $45^{\circ}C$ for CpSK and EcSK, respectively. The ${\Delta}G_{H_2O}$ (denaturation in the absence of denaturing agent) values were 3.94 and 5.74 kcal/mol for CpSK and EcSK, respectively. These results indicated that CpSK was a cold-adapted enzyme. However, contrary to typical kinetic data, CpSK had a lower $K_m$ for its substrate shikimate than most mesophilic SKs, and the $k_{cat}$ was not increased. This observation suggested that CpSK may have evolved to exhibit increased substrate affinity at low intracellular concentrations of shikimate in the cold environment. Sequence analysis and homology modeling also showed that some important salt bridges were lost in CpSK, and higher Arg residues around critical Arg 140 seemed to increase flexibility for catalysis. Taken together, these data demonstrate that CpSK exhibits characteristics of cold adaptation with unusual kinetic parameters, which may provide important insights into the cold adaptation of metabolic enzymes.
Kim, Young-Ok;Heo, Yu Li;Nam, Bo-Hye;Kim, Dong-Gyun;Jee, Young-Ju;Lee, Sang-Jun;An, Cheul-Min
Fisheries and Aquatic Sciences
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v.16
no.4
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pp.311-318
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2013
The gene encoding an esterase from Photobacterium sp. MA1-3 was cloned in Escherichia coli using the shotgun method. The amino acid sequence deduced from the nucleotide sequence (948 bp) corresponded to a protein of 315 amino acid residues with a molecular weight of 35 kDa and a pI of 6.06. The deduced protein showed 74% and 68% amino acid sequence identities with the putative esterases from Photobacterium profundum SS9 and Photobacterium damselae, respectively. Absence of a signal peptide indicated that it was a cell-bound protein. Sequence analysis showed that the protein contained the signature G-X-S-X-G included in most serine-esterases and lipases. The MA1-3 esterase was produced in both soluble and insoluble forms when E. coli cells harboring the gene were cultured at $18^{\circ}C$. The enzyme was a serine-esterase and was active against $C_2$, $C_4$, $C_8$ and $C_{10}$ p-nitrophenyl esters. The optimum pH and temperature for enzyme activity were pH 8.0 and $30^{\circ}C$, respectively. Relative activity remained up to 45% even at $5^{\circ}C$ with an activation energy of 7.69 kcal/mol, which indicated that it was a cold-adapted enzyme. Enzyme activity was inhibited by $Cd^{2+}$, $Cu^{2+}$, $Zn^{2+}$, and $Hg^{2+}$ ions.
Hippuryl-L-histidyl-L-leucine (Hip-L-His-L-Leu, HHL) is the known substrate of ACE, which used often in inhibition kinetic study to design new inhibitor. Here we use HHL molecule as a template to predict pharmacophore which can interact with residues in active site of AnCE, new potential insecticide target protein. To explain physicochemical properties related to molecular geometry and conformational change in reaction field as well as electron density of atoms associated to pharmacophores, geometry optimization, NMR chemical shifts and natural population analysis were performed by ab initio and DFT method. Calculated NMR chemical shifts showed good agreement with the experimental ones and obtained electron densities were used for analyzing pharmacophores of corresponding atoms. Finally, we could extract aye pharmacophores related to hydrophobic aliphatic and aromatic site, hydrogen bonding donor and acceptor site and Zn binding site from the HHL molecule.
The fibrinolytic enzyme, subtilisin D5, was purified from the culture supernatant of the isolated Bacillus amyloliquefaciens DJ-5. The molecular weight of subtilisin D5 was estimated to be 30 kDa. Subtilisin D5 was optimally active at pH 10.0 and $45^{\circ}C$. Subtilisin D5 had high degrading activity for the A$\alpha$-chain of human fibrinogen and hydrolyzed the $B{\beta}$-chain slowly, but did not affect the $\gamma$-chain, indicating that it is an $\alpha$-fibrinogenase. Subtilisin D5 was completely inhibited by phenylmethylsulfonyl fluoride, indicating that it belongs to the serine protease. The specific activity (F/C, fibrinolytic/caseinolytic activity) of subtilisin D5 was 2.37 and 3.52 times higher than those of subtilisin BPN' and Carlsberg, respectively. Subtilisin D5 exhibited high specificity for Meo-Suc-Arg-Pro-Tyr-pNA (S-2586), a synthetic chromogenic substrate for chymotrypsin. The first 15 amino acid residues of the N-terminal sequence of subtilisin D5 are AQSVPYGISQIKAPA; this sequence is identical to that of subtilisin NAT and subtilisin E.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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