With the advantages of biocatalytic method, enzymes have been excavated for the synthesis of chiral amino acids by the reductive amination of ketones, offering a promising way of producing pharmaceutical intermediates. In this work, a robust phenylalanine dehydrogenase (PheDH) with wide substrate spectrum and high catalytic efficiency was constructed through rational design and active-site-targeted, site-specific mutagenesis by using the parent enzyme from Bacillus halodurans. Active sites with bonding substrate and amino acid residues surrounding the substrate binding pocket, 49L-50G-51G, 74M,77K, 122G-123T-124D-125M, 275N, 305L and 308V of the PheDH, were identified. Noticeably, the new mutant PheDH (E113D-N276L) showed approximately 6.06-fold increment of kcat/Km in the oxidative deamination and more than 1.58-fold in the reductive amination compared to that of the wide type. Meanwhile, the PheDHs exhibit high capacity of accepting benzylic and aliphatic ketone substrates. The broad specificity, high catalytic efficiency and selectivity, along with excellent thermal stability, render these broad-spectrum enzymes ideal targets for further development with potential diagnostic reagent and pharmaceutical compounds applications.
A highly efficient cellobiohydrolase (CBH)-secreting basidiomycetous fungus, Agaricus arvensis KMJ623, was isolated and identified based on its morphological features and sequence analysis of internal transcribed spacer rDNA. An extracellular CBH was purified to homogeneity from A. arvencis culture supernatant using sequential chromatography. The relative molecular mass of A. arvencis CBH was determined to be 65 kDa by SDSPAGE and 130 kDa by size-exclusion chromatography, indicating that the enzyme is a dimer. A. arvencis CBH showed a catalytic efficiency ($k_{cat}/K_m$) of 31.8 $mM^{-1}\;s^{-1}$ for p-nitrophenyl-${\beta}$-D-cellobioside, the highest level seen for CBH-producing microorganisms. Its internal amino acid sequences showed significant homology with CBHs from glycoside hydrolase family 7. Although CBHs have been purified and characterized from other sources, A. arvencis CBH is distinguished from other CBHs by its high catalytic efficiency.
본 연구에서는 온도가 큰 폭으로 변화하는 배기가스에 대응하기 위하여 플라즈마 촉매 공정을 이용하여 넓은 온도범위($150{\sim}500^{\circ}C$)에서 질소산화물($NO_x$)의 전환효율을 향상시키고자 하였다. 촉매 자체의 활성이 높은 고온에서는 $NO_x$저감이 효과적으로 일어나므로 고온 영역에서는 플라즈마 발생을 중지한 채 운전하고, 저온영역에서는 촉매상에 플라즈마를 발생시켜 $NO_x$ 전환효율을 증가시켰다. 촉매의 종류, 반응온도, 환원제(n-헵테인)의 농도 및 에너지 밀도의 변화가 $NO_x$ 전환효율에 미치는 영향을 조사하였다. 다양한 촉매를 비교분석한 결과, 고온에서 촉매에 의한 $NO_x$ 전환효율은 $Ag-Zn/{\gamma}-Al_2O_3$ 촉매의 경우가 90% 이상으로 가장 우수하였다. 저온 영역에서는 탄화수소 선택적 환원 공정에 의해 $NO_x$가 거의 제거되지 않았으나, 플라즈마를 촉매상에서 발생시킬 경우 약 90%의 높은 $NO_x$ 전환효율을 나타내었다. 배기가스의 온도변화에 대응하여 플라즈마를 촉매상에 생성시켜 운전할 경우 $150{\sim}500^{\circ}C$에서 $NO_x$ 전환효율을 높게 유지할 수 있다.
MCFC(molten carbonate fuel cell) power generation system is prime candidate for the utilization of fossil based fuels to generate ultra clean power with a high efficiency. In the MCFC power plant system, a combustor performs a role to supply high temperature mixture gases for cathode and heat for reformer by using the stack off-gas of the anode which includes a high concentration of $H_2O$ and $CO_2$. Since a combustor needs to be operated in a very lean condition and to avoid excessive local heating, catalytic combustor is usually used. The catalytic combustion is accomplished by the catalytic chemical reaction between fuel and oxidizer at catalyst surface, different from conventional combustion. In this study, a mathematical model for the prediction of internal flow and catalytic combustion characteristics in the catalytic combustor adopted in the MCFC power plant system is suggested by using the numerical methods. The numerical simulation models are then implemented into the commercial CFD code. After verifying result by comparing with the experimental data and calibrated kinetic parameters of catalytic combustion reaction, a numerical simulation is performed to investigate the variation of flow and combustion characteristics by changing such various parameters as inlet configuration and inlet temperature. The result show that the catalytic combustion can be effectively improved for most of the case by using the perforated plate and subsequent stable catalytic combustion is expected.
Increasing the active catalyst surface area is important in improving a converter's efficiency. In addition, uniform flow is advantageous in that it produces more efficient catalytic conversion. This results in the ability to use a smaller catalytic converter with uniform flow as opposed to a larger converter requirement for non-uniform flow. Therefore, it is important to characterize the internal flow of the catalytic converter. To characterize the system's flow patterns, velocity measurements were taken at the mid and exit planes of a ceramic honeycomb catalytic converter at flow rates of 37.8 l/s and 94.4 l/s. Measurements were conducted using LDV. The profiles were measured along both the major and minor axis of the planes. Primary flow direction velocities measured along the minor axis, at both flow rates, varied greatly at the mid plane and somewhat at the exit plane. The areas of greatest air flow were seen near the edges of the walls and on the side of the converter opposite the flow's entrance region. It also appears that the high velocities opposite the intake are due to the design of the entrance region. The entrance region is possibly too small to properly redirect the vertically entering fluid into an evenly distributed flow in the primary flow direction.
Anode off-gas of high temperature fuel cells such as MCFC contains a significant amount of combustible components like hydrogen, carbon monoxide and methane according to fuel utilization ratio of the fuel cell stack. Thus, it is important to fully burn anode off-gas and utilize the generated heat in order to increase system efficiency and reduce emissions as well. In the present study, 25 kW catalytic combustor has been developed for the application to a load-following 300kW MCFC system. Mixing and combustion characteristics have been experimentally investigated with the catalytic combustor. Since the performance of catalytic combustor directly depends on the combustion catalyst, this study has been focused on the experimental investigation on the combustion characteristics of multiple catalysts having different structures and compositions. Results show that the exhaust emissions are highly dependent on the catalyst loading and the ratio of catalytic components. Test results at load-following conditions are also shown in the present study.
Insoluble catalytic electrodes were fabricated by RF magnetron sputtering of Pt on Ti substrates and the performance of seawater electrolysis was compared in these electrodes to that is DSA electrodes. The Pt-sputtered insoluble catalytic electrodes were nearly 150 nm-thick with a roughness of $0.18{\mu}m$, which is 1/660 and 1/12 of these values for the DSA (dimensionally stable anodes) electrodes. The seawater electrolysis performance levels were determined through measurements of the NaOCl concentration, which was the main reaction product after electrolysis using artificial seawater. The NaOCl concentration after 2 h of electrolysis with artificial seawater, which has 3.5% NaCl normally, at current densities of 50, 80 and 140 mA/$cm^2$ were 0.76%, 1.06%, and 2.03%, respectively. A higher current density applied through the electrodes led to higher electrolysis efficiency. The efficiency reached nearly 58% in the Pt-sputtered samples after 2 h of electrolysis. The reaction efficiency of DSA showed higher values than that of the Pt-sputtered insoluble catalytic electrodes. One plausible reason for this is the higher specific surface area of the DSA electrodes; the surface cracks of the DSAs resulted in a higher specific surface area and higher reaction sites. Upon the electrolysis process, some Mg- and Ca-hydroxides, which were minor components in the artificial seawater, were deposited onto the surface of the electrodes, resulting in an increase in the electrical resistances of the electrodes. However, the extent of the increase ranged from 4% to 7% within an electrolysis time of 720 h.
Cho, Myung-A;Yoon, Jihoon G.;Kim, Vitchan;Kim, Harim;Lee, Rowoon;Lee, Min Goo;Kim, Donghak
Biomolecules & Therapeutics
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제27권6호
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pp.577-583
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2019
Human cytochrome P450 2C9 is a highly polymorphic enzyme that is required for drug and xenobiotic metabolism. Here, we studied eleven P450 2C9 genetic variants-including three novel variants F69S, L310V, and Q324X-that were clinically identified in Korean patients. P450 2C9 variant enzymes were expressed in Escherichia coli and their bicistronic membrane fractions were prepared The CO-binding spectra were obtained for nine enzyme variants, indicating P450 holoenzymes, but not for the M02 (L90P) variant. The M11 (Q324X) variant could not be expressed due to an early nonsense mutation. LC-MS/MS analysis was performed to measure the catalytic activities of the P450 2C9 variants, using diclofenac as a substrate. Steady-state kinetic analysis revealed that the catalytic efficiency of all nine P450 2C9 variants was lower than that of the wild type P450 2C9 enzyme. The M05 (R150L) and M06 (P279T) variants showed high $k_{cat}$ values; however, their $K_m$ values were also high. As the M01 (F69S), M03 (R124Q), M04 (R125H), M08 (I359L), M09 (I359T), and M10 (A477T) variants exhibited higher $K_m$ and lower $k_{cat}$ values than that of the wild type enzyme, their catalytic efficiency decreased by approximately 50-fold compared to the wild type enzyme. Furthermore, the novel variant M07 (L310V) showed lower $k_{cat}$ and $K_m$ values than the wild type enzyme, which resulted in its decreased (80%) catalytic efficiency. The X-ray crystal structure of P450 2C9 revealed the presence of mutations in the residues surrounding the substrate-binding cavity. Functional characterization of these genetic variants can help understand the pharmacogenetic outcomes.
In this work, a nickel metal (Ni) electroplating on the activated carbon fiber (Ni/ACFs) surfaces was carried out to remove the toxic hydrogen chloride (HCl) gas. The surface properties of the treated ACFs were determined by using nitrogen adsorption isotherms at 77 K, SEM, and X-ray diffraction (XRD) measurements. HCl removal efficiency was confirmed by a gas-detecting tube technique. As a result, the nickel metal contents on the ACF surfaces were increased with increasing the plating time. And, it was found that the specific surface area or the micropore volume of the ACFs studied was slightly decreased as increasing the plating time. Whereas, it was revealed that the HCl removal efficiency containing nickel metal showed higher efficiency values than that of untreated ACFs. These results indicated that the presence of nickel metal on the ACF surfaces played an important role in improving the HCl removal over the Ni/ACFs, due to the catalytic reactions between nickel and chlorine.
A study of the treatment of piggery wastes using a multilayered metal-activated carbon system followed by carbon bed filtration was carried out at bench scale. From the physicochemical properties obtained from samples treated with aqueous solutions containing metallic ions such as Ag$^+$, Cu$^{2+}$, Na$^{-}$, K$^+$ and Mn$^{2+}$, main inspections are subjected to isothem shape, pore distribution with micropore, SEM and EDX. Multilayered metal-activated carbons were contacted to waste water to inwestigate the simultaneous catalytic effect for the COD, BOD, T-N and T-P removal. From these removal performance was achieved. The high efficiency of the multilayered metal-activated carbon bed, satisfactory removal performance was achieved. The high efficiency of the multilayered metal-activated carbon bed was derermined by the properties of this material for trapping, catalytic effect and adsorption of organic solid particles.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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