The wild-type Corynebacterium glutamicum ATIC 13032 and Corynebacterium glutamicum ATTC 13032 lysC S301Y, exhibiting a deregulated aspartokinase, were compared concerning growth, lysine production, and intracellular carbon fluxes. Both strains differ by only one single nucleotide over the whole genome. In comparison to the wild-type, the mutant showed significant production of lysine with a molar yield of 0.087 mol (mol glucose$^{-1}$) whereas the biomass yield was reduced. The deregulation of aspartokinase further led to a global rearrangement of carbon flux throughout the whole central metabolism. This involved an increased flux through the pentose phosphate pathway (PPP) and an increased flux through anaplerosis. Because of this, the mutant revealed an enhanced supply of NADPH and oxaloacetate required for lysine biosynthesis. Additionally, the lumped flux through phosphoenolpyruvate carboxykinase and malic enzyme, withdrawing oxaloacetate back to the glycolysis and therefore detrimental for lysine production, was increased. The reason for this might be a contribution of malic enzyme to NADPH supply in the mutant in the mutant. The observed complex changes are remarkable, because they are due to the minimum genetic modification possible, the exchange of only one single nucleotide.
For the newly isolated $H_2$-producing chemoheterotrophic bacterium Citrobacter amalonaticus Y19, anaerobic glucose metabolism was studied in batch cultivation at varying initial glucose concentrations (3.5-9.5 g/l). The carbon-mass and energy balances were determined and utilized to analyze the carbon metabolic-pathways network. The analyses revealed (a) variable production of major metabolites ($H_2$, ethanol, acetate, lactate, $CO_2$, and cell mass) depending on initial glucose levels; (b) influence of NADH regeneration on the production of acetate, lactate, and ethanol; and (c) influence of the molar production of ATP on the production of biomass. The results reported in this paper suggest how the carbon metabolic pathway(s) should be designed for optimal Hz production, especially at high glucose concentrations, such as by blocking the carbon flux via lactate dehydrogenase from the pyruvate node.
Bolten, Christoph J.;Heinzle, Elmar;Muller, Rolf;Wittmann, Christoph
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.19
no.1
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pp.23-36
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2009
In the present work, the metabolic network of primary metabolism of the slow-growing myxobacterium Sorangium cellulosum was reconstructed from the annotated genome sequence of the type strain So ce56. During growth on glucose as the carbon source and asparagine as the nitrogen source, So ce56 showed a very low growth rate of $0.23\;d^{-1}$, equivalent to a doubling time of 3 days. Based on a complete stoichiometric and isotopomer model of the central metabolism, $^{13}C$ metabolic flux analysis was carried out for growth with glucose as carbon and asparagine as nitrogen sources. Normalized to the uptake flux for glucose (100%), cells recruited glycolysis (51%) and the pentose phosphate pathway (48%) as major catabolic pathways. The Entner-Doudoroff pathway and glyoxylate shunt were not active. A high flux through the TCA cycle (118%) enabled a strong formation of ATP, but cells revealed a rather low yield for biomass. Inspection of fluxes linked to energy metabolism revealed that S. cellulosum utilized only 10% of the ATP formed for growth, whereas 90% is required for maintenance. This explains the apparent discrepancy between the relatively low biomass yield and the high flux through the energy-delivering TCA cycle. The total flux of NADPH supply (216%) was higher than the demand for anabolism (156%), indicating additional reactions for balancing of NADPH. The cells further exhibited a highly active metabolic cycle, interconverting $C_3$ and $C_4$ metabolites of glycolysis and the TCA cycle. The present work provides the first insight into fluxes of the primary metabolism of myxobacteria, especially for future investigation on the supply of cofactors, building blocks, and energy in myxobacteria, producing natural compounds of biotechnological interest.
Journal of the Korean Society of Propulsion Engineers
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v.8
no.1
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pp.81-84
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2004
A water-cooled calorimeter chamber with 8 cooling channels based on KSR-III sub-scale chamber has been designed and manufactured. One dimensional empirical correlation has been used at the design stage and full three-dimensional CFD analysis has been conducted to confirm the cooling condition for hot fire test is safe. Predicted heat flux is accurate around the nozzle throat when the thermal resistance of carbon deposit is considered. However relatively large difference is observed in chamber part.
A flux determination methodology has been built which enables to develop constrained stoichiometric relationships and metabolic balances. The analysis differs from those developed for anaerobic growth conditions in that cell mass formation is a significant sink for carbon. When combined with experimental measurements, a determined system of equations results yielded tricarboxylic acid (TCA) cycle and glycolytic fluxes. The methodology was implemented to determine the fluxes of E. coli B/r and K12, and it was found that as the growth rate in a glucose minimal medium increased, the cells became increasing glycolytic and the TCA fluxes either leveled off or declined. The pattern identified for the TCA fluxes corresponded to ${\alpha}$-ketoglutarate dehydrogenase's induction-repression pattern, thereby suggesting that the induction-repression of the enzyme could result in significant flux changes. When the minimum flux solution was contrasted to the glycolytic and TCA fluxes determined, two observations were made. First, the minimum flux could provide the cell's biosynthetic ATP requirements. Second, at a high growth rate in a glucose medium, the excess glycolytic flux exceeded that of the TCA cycle, which appeared to more closely match the biosynthetic needs.
Young-Tae Lee;Sung-Eun Hwang;Byeong-Taek Kim;Ki-Hun Kim
Atmosphere
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v.34
no.1
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pp.69-81
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2024
In this paper, Annual flux variations in the Boseong Tall Tower (BTT) from 2016 to 2020 were analyzed using data from three levels (2.5 m, 60 m, and 300 m). BTT was installed in Boseong-gun, Jeollanam-do in February 2014 and continued to conduct energy exchange observations such as CO2, sensible heat, and latent heat using the eddy covariance method until March 2023. The BTT was located in a very flat and uniform paddy field, and flux observations were conducted at four levels: 2.5 m, 60 m, 140 m, and 300 m above ground. Surface energy balance was confirmed from observed data of net radiation flux, soil heat flux, sensible heat flux, and latent heat flux. Additionally, 2.5 m height surface fluxes, which are most influenced by agricultural land, were compared with data from Local Data Assimilation and Prediction System (LDAPS) of the Korea Meteorological Administration to evaluate the accuracy of LDAPS flux data. The correlation coefficient between LDAPS flux data and observed values was 0.95 or higher. Excluding summer latent heat flux data, there was a general tendency for LDAPS data to be higher than observed values. The footprint areas estimated below 60 m height mainly covered agricultural land, and flux observations at 2.5 m and 60 m heights showed typical agricultural characteristics. In contrast, the footprint estimated at 300 m height did not show agricultural characteristics, indicating that observations at this height encompassed a wide range, including mountains, sea, and roads. The analysis results of long-term flux observations can contribute to understanding the energy and carbon dioxide fluxes in agricultural fields. Furthermore, these results can be utilized as essential data for validating and improving numerical models related to such fluxes.
In this work, transient heat transfer analysis of functionally graded (FG) carbon nanotube reinforced nanocomposite (CNTRC) cylinders with various essential and natural boundary conditions is investigated by a mesh-free method. The cylinders are subjected to thermal flux, convection environments and constant temperature faces. The material properties of the nanocomposite are estimated by an extended micro mechanical model in volume fraction form. The distribution of carbon nanotube (CNT) has a linear variation along the radial direction of axisymmetric cylinder. In the mesh-free analysis, moving least squares shape functions are used for approximation of temperature field in the weak form of heat transform equation and the transformation method is used for the imposition of essential boundary conditions. Newmark method is applied for solution time depended problem. The effects of CNT distribution pattern and volume fraction, cylinder thickness and boundary conditions are investigated on the transient temperature field of the nanocomposite cylinders.
The modification of ultrafiltration membranes with carbon nanotube (CNT) buckypaper on fouling control was investigated. Two types of commercially available flat-sheet membranes were used: PS35 and PES900C/D (PES) (the PS35 membranes were hydrophilic with a molecular weight cutoff of 20 kDa, and the PES membranes were hydrophobic with a molecular weight cutoff of 20 kDa). The CNT buckypaper modified ultrafiltration membranes were prepared by filtering a CNT suspension through the flat-sheet membrane in a dead-end ultrafiltration unit. After modification, the pure water flux of PES was significantly increased, while the pure water flux of PS35 was decreased. The properties of the CNT modified membranes were also investigated. Considering the antifouling properties, pure water flux of the modified membrane, and the stability of CNT buckypaper layer on the membrane surface, ethanol solution with a concentration of 50 wt.%, multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) with a larger diameter (30-50 nm), and the CNT loading with $7.5g/m^2$ was selected. The CNT buckypaper on the surface of ultrafiltration membranes can trap the pollutants in sewage effluent and prevent them reaching the surface of virgin membranes. Water quality analysis showed that the effluent quality of the modified membrane was obviously improved. The removal efficiency of humic acid and protein-like matters by the modified membrane was significant. These results indicate the potential application of the CNT buckypaper layer modified membranes in the field of wastewater reclaim.
This study aims at investigating the effect of heat treatment conditions on the dry sliding wear behavior of thermally sprayed Ni-based self-flux alloy coatings. Ni-based self-flux alloy powders were sprayed onto a carbon steel substrate and then heat-treated at 700, 800, 900 and $1000^{\circ}C$ for 30 minutes in a vacuum furnace. Dry sliding wear tests were performed using sliding speed of 0.4 m/s and applied load of 6 N. AISI 52100 ball(diameter 8 mm) was used as counterparts. Microstructure and wear behavior of both as-sprayed and heat-treated Ni-based self-flux alloy coatings were studied using a scanning electron microscope(SEM), energy dispersive X-ray spectroscopy(EDX), electron probe micro-analysis(EPMA) and X-ray diffraction(XRD). It was revealed that microstructure and wear behavior of thermally sprayed Ni-based self-flux alloy coatings were much influenced by heat treatment conditions.
Korean Journal of Agricultural and Forest Meteorology
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v.5
no.2
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pp.116-127
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2003
The Tak flux measurement (TFM) site, one of the sites of Korean Flux Network (KoFlux) which is an infrastructure of AsiaFlux, is constructed at a northwest of Thailand. The eddy covariance technique is used for measuring energy, water and carbon dioxide ($CO_2$) fluxes, and a real time monitoring and simulation system (RTMASS) developed for data acquisition and processing. The RTMASS is the core structure of the KoFlux-data information system (KoFlux-DIS) and consisted of a remote and a local system. Data acquisition and transmission, and data storage, processing and publishing are functions of those systems, respectively. As primary results about the characteristics of mean flow and turbulence analysis, TFM is a proper site to measure and analyze the various fluxes and those budgets on tropical deciduous forest.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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