Lee, Jae Pil;Shin, Eun-Sun;Cho, Min Yeol;Lee, Kyung-Dong;Kim, Hoon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제28권12호
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pp.2036-2045
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2018
An endo-${\beta}$-1,4-glucanase gene, cel5L, was cloned using the shot-gun method from Bacillus sp.. The gene, which contained a predicted signal peptide, encoded a protein of 496 amino acid residues, and the molecular mass of the mature Cel5L was estimated to be 51.8 kDa. Cel5L contained a catalytic domain of glycoside hydrolase (GH) family 5 and a carbohydrate-binding module family 3 (CBM_3). Chromatography using HiTrap Q and CHT-II resulted in the isolation of two truncated forms corresponding to 50 (Cel5L-p50) and 35 kDa (Cel5L-p35, CBM_3-deleted form). Both enzymes were optimally active at pH 4.5 and $55^{\circ}C$, but had different half-lives of 4.0 and 22.8 min, respectively, at $70^{\circ}C$. The relative activities of Cel5L-p50 and Cel5L-p35 for barley ${\beta}$-glucan were 377.0 and 246.7%, respectively, compared to those for carboxymethyl-cellulose. The affinity and hydrolysis rate of pNPC by Cel5L-p35 were 1.7 and 3.3 times higher, respectively, than those by Cel5L-p50. Additions of each to a commercial enzyme set increased saccharification of pretreated rice straw powder by 17.5 and 21.0%, respectively. These results suggest CBM_3 is significantly contributing to thermostability, and to affinity and substrate specificity for small substrates, and that these two enzymes could be used as additives to enhance enzymatic saccharification.
To study the lipid adsorption characteristic of chitosans with different molecular weights and the degrees of deacetylation, in vitro test and near-infrared (NIR) spectroscopic analysis have been performed for the measurement of lipid adsorption characteristics of chitosan. The degrees of deacetylation in chitosans were $70{\%},\;85{\%}\;and\;92{\%}$ at different deacetylation times (1 hr, 2 hrs, 3 hrs), respectively. The molecular weight of each chitosan was controlled by enzymatic hydrolysis, and then the molecular weight of the chitosan was 4 kDa. The bulk density, water holding capacity and fat binding capacity of each chitosan powder were $96.2-504.0{\%},\;374.4-1217.9{\%},\;and\;307.0-659.3{\%}$, respectively. The higher molecular weight of chitosan was exhibited the lower bulk density and the higher water and fat binding capacities. Bindinf capacities of chitosan powders to bile salts, cholesterol and linoleic acid were $41.2-63.3{\%},\;40.8-67.4{\%},\;42.6-72.6{\%}$, respectively. In NIR spectrum of lipid adsorbed chitosan the occurrence static eletronical binding between chitosan and lipid was identified by NIR spectrum peak induced from combination of carboxylic group in lipid and amino group in chitosan. In conclusion, the higher degree of deacetylation and molecular weight of chitosan showed the higher lipid binding capacity and the lipid adsorption of chitosan were occurred by combination of carboxylic group in lipids and amino group in chitosan.
A ${\beta}$-glucosidase with the molecular mass of 160,000 Da was purified to homogeneity from cell extract of a cellulolytic bacterium, Cellulomonas uda CS1-1. The kinetic parameters ($K_m$ and $V_{max}$) of the enzyme were determined with pNP-cellooligosccharides (DP 1-5) and cellobiose. The molecular orbital theoretical studies on the cellulolytic reactivity between the pNP-cellooligosaccharides as substrate (S) molecules and the purified ${\beta}$-glucosidase (E) were conducted by applying the frontier molecular orbital (FMO) interaction theory. The results of the FMO interaction between E and S molecules verified that the first stage of the reaction was induced by exocyclic cleavage, which occurred in an electrophilic reaction based on a strong charge-controlled reaction between the highest occupied molecular orbital (HOMO) energy of the S molecule and the lowest occupied molecular orbital (LUMO) energy of the hydronium ion ($H_3O^+$), more than endocyclic cleavage, whereas a nucleophilic substitution reaction was induced by an orbital-controlled reaction between the LUMO energy of the oxonium ion ($SH^+$) protonated to the S molecule and the HOMO energy of the $H_2O_2$ molecule. A hypothetic reaction route was proposed with the experimental results in which the enzymatic acid-catalyst hydrolysis reaction of E and S molecules would be progressed via $SN_1$ and $SN_2$ reactions. In addition, the quantitative structure-activity relationships (QSARs) between these kinetic parameters showed that $K_m$ has a significant correlation with hydrophobicity (logP), and specific activity has with dipole moment, respectively.
A novel ${\beta}$-agarase, AgaJ5, was identified from an agar-degrading marine bacterium, Gayadomonas joobiniege G7. It belongs to the glycoside hydrolase family 86 and is composed of 805 amino acids with a 30-amino-acid signal peptide. Zymogram analysis showed that purified AgaJ5 has agarase activity. The optimum temperature and pH for AgaJ5 activity were determined to be $30^{\circ}C$ and 4.5, respectively. AgaJ5 was an acidic ${\beta}$-agarase that had strong activity at a narrow pH range of 4.5-5.5, and was a cold-adapted enzyme, retaining 40% of enzymatic activity at $10^{\circ}C$. AgaJ5 required monovalent ions such as $Na^+$ and $K^+$ for its maximum activity, but its activity was severely inhibited by several metal ions. The $K_m$ and $V_{max}$ of AgaJ5 for agarose were 8.9 mg/ml and 188.6 U/mg, respectively. Notably, thin-layer chromatography, mass spectrometry, and agarose-liquefication analyses revealed that AgaJ5 was an endo-type ${\beta}$-agarase producing neoagarohexaose as the final main product of agarose hydrolysis. Therefore, these results suggest that AgaJ5 from G. joobiniege G7 is a novel endo-type neoagarohexaose-producing ${\beta}$-agarase having specific biochemical features that may be useful for industrial applications.
Alkaliphilic Bacillus sp. S-1 secretes a large amount (approximately 80% of total pullulanase activity) of an extracellular pullulanase (PUL-E). The pullulanase exists in two forms: a precursor form (PUL-I: $M_r$ 180,000), and a processed form (PUL-E: $M_r$ 140,000). Two forms were purified to homogeneity and their properties were compared. PUL-I was different in molecular weight, isoelectric point, $NH_2$-terminal amino acid sequence, and stabilities over pH and temperature ranges. The catalytic activities of PUL-I were also distinguishable in the $K_m$ and $V_{max}$ values for various substrates, and in the specific activity for pullulan hydrolysis. PUL-E showed 10-fold higher specific activities than PUL-I. However. PUL-I is immunologically identical to PUL-E, suggesting that PUL-I is initially synthesized and proteolytically processed to the mature form of PUL-E. Processing was inhibited by PMSF, but not by pepstatin, suggesting that some intracellular serine proteases could be responsible for processing of the PUL-I. PUL-I has a different conformational structure for antibody recognition from that of PUL-E. It is also postulated that the translocation of alkaline pullulanase(AP) in the bacterium possibly requires processing of the $NH_2$-terminal region of the AP protein. Processing of the precursor involves a conformational shift. resulting in a mature form. Therefore. precursor processing not only cleaves the signal peptide, but also induces conformational shift. allowing development of active form of the enzyme.
Kim, Dongwook;Kim, Hee-Jin;Chae, Hyun-Seok;Park, Nam-Gun;Kim, Young-Boong;Jang, Aera
한국축산식품학회지
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제34권6호
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pp.844-851
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2014
This study focused on the anti-oxidative and collagenase- and elastase inhibition effects of low molecular weight peptides (LMP) from commercial Jeju horse leg bone hydrolysates (JHLB) on pancreatin, via enzymatic hydrolysis. Cell viability of dermal fibroblasts exposed to UVB radiation upon treatment with LMP from JHLB was evaluated. Determination of the antioxidant activity of various concentrations of LMP from JHLB were carried out by assessing 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) and 2,2-azino-bis-3-ethybenzothiazoline-6-sulphonic acid (ABTS) radical scavenging activity, ferric reducing antioxidant power (FRAP), and oxygen radical absorbance capacity (ORAC). The DPPH radical scavenging activity of LMP from JHLB (20 mg/mL) was 92.21% and ABTS radical scavenging activity (15 mg/mL) was 99.50%. FRAP activity (30 mg/mL) was $364.72{\mu}M/TE$ and ORAC activity (1 mg/mL) was $101.85{\mu}M/TE$. The anti-wrinkle potential was assessed by evaluating the elastase- and collagenase inhibition potential of these LMP. We found that 200 mg/mL of LMP from JHLB inhibited elastase activity by 41.32%, and 100 mg/mL of LMP from JHLB inhibited collagenase activity by 91.32%. The cell viability of untreated HS68 human dermal fibroblasts was 45% when exposed to a UVB radiation dose of $100mJ/cm^2$. After 24 h of incubation with $500{\mu}g/mL$ LMP from JHLB, the cell viability increased to 60%. These results indicate that LMP from JHLB has potential utility as an anti-oxidant and anti-wrinkle agent in the food and cosmetic industry. Additional in vivo tests should be carried out to further characterize these potential benefits.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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