The roles of conserved amino acid residues (Va1329-Ala330-Asn331-Glu332), constituting an extra sugar-binding space (ESBS) of Thermus maltogenic amylase (ThMA), were investigated by combinatorial saturation mutagenesis. Various ThMA mutants were firstly screened on the basis of starch hydrolyzing activity and their enzymatic properties were characterized in detail. Most of the ThMA variants showed remarkable decreases in their hydrolyzing activity, but their specificity against various substrates could be altered by mutagenesis. Unexpectedly, mutant H-16 (Gly-Leu-Val-Tyr) showed almost identical hydrolyzing and transglycosylation activities to wild type, whereas K-33 (Ser-Gly-Asp-Glu) showed an extremely low transglycosylation activity. Interestingly, K-33 produced glucose, maltose, and acarviosine from acarbose, whereas ThMA hydrolyzed acarbose to only glucose and acarviosine-glucose. These results propose that the substrate specificity, hydrolysis pattern, and transglycosylation activity of ThMA can be modulated by combinatorial mutations near the ESBS.
${\beta}$-Glucosylglycerol (${\beta}-GG$) and their derivatives have potential applications in food, cosmetics and the healthcare industry, including antitumor medications. In this study, ${\beta}-GG$ and its unnatural glycosides were synthesized through the transglycosylation of two enzymes, Sulfolobus shibatae ${\beta}$-glycosidase (SSG) and Deinococcus geothermalis amylosucrase (DGAS). SSG catalyzed a transglycosylation reaction with glycerol as an acceptor and cellobiose as a donor to produce 56% of ${\beta}-GGs$ [${\beta}$-$\text\tiny{D}$-glucopyranosyl-($1{\rightarrow}1/3$)-$\text\tiny{D}$-glycerol and ${\beta}$-$\text\tiny{D}$-glucopyranosyl-($1{\rightarrow}2$)-$\text\tiny{D}$-glycerol]. In the second transglycosylation reaction, ${\beta}$-$\text\tiny{D}$-glucopyranosyl-($1{\rightarrow}1/3$)-$\text\tiny{D}$-glycerol was used as acceptor molecules of the DGAS reaction. As a result, 61% of ${\alpha}$-$\text\tiny{D}$-glucopyranosyl-($1{\rightarrow}4$)-${\beta}$-$\text\tiny{D}$-glucopyranosyl-($1{\rightarrow}1/3$)-$\text\tiny{D}$-glycerol and 28% of ${\alpha}$-$\text\tiny{D}$-maltopyranosyl-($1{\rightarrow}4$)-${\beta}$-$\text\tiny{D}$-glucopyranosyl-($1{\rightarrow}1/3$)-$\text\tiny{D}$-glycerol were synthesized as unnatural glucosylglycerols. In conclusion, the combined enzymatic synthesis of the unnatural glycosides of ${\beta}-GG$ was established. The synthesis of these unnatural glycosides may provide an opportunity to discover new applications in the biotechnological industry.
$\beta$ -Glucosidase-catalysed synthesis of glucosides with aromatic alcohols and monoterpene alcohols as accepters and cellobiose as a donor in the presence of various commercial $\beta$ -glucosidases were described. $\beta$ -Glucosidases from Aspergillus niger spp,. Trichoderma spp., Penicillium sup. and bitter almond have been shown to catalyze synthesis of $\beta$ -glucosides of benzyl alcohol, 2-hydroxybenzyl alcohol, 4-hydroxybenzyl alcohol, 2-phenylethyl alcohol, geraniol and citronellol in the presence of cellobiose as sugar donor. Among enzyme preparations tested, each $\beta$ -glucosides prepared from Aspergillus niger were isolated in the pure state by Diaion HP-20 and silica gel column chromatography. The products were identified as $\beta$ -glucosyl products of benzyl alcohol, 2-hydroxyhenzyl alcohol, 4-hydroxybenzyl alcohol, 2-phenyl ethyl alcohol, geraniol and citronellol by spectrometry (UV, IR, $^1$H-NMR, $^{13}$ C-NMR) and enzymatic hydrolysis with $\beta$ - glucosidase. Monoterpene alcohols with a sterically hindered hydroxyl group, such as linalool, $\ell$-menthol and $\alpha$-terpineol were not used as acceptors in transglycosylation reaction.
Enzymatic synthesis of glucosyl-sugar alcohols using various transglycosylating enzymes, such as cyclodextrin glucanotransferase (CGTase), ${\alpha}$-amylase, ${\alpha}$-glucosidase, and pullulanase was investigated using various sugar alcohols, such as sorbitol, xylitol, inositol, maltitol, and lactitol as glucosyl acceptors. CGTase showed the highest transglycosylating activity to sugar alcohols compared to other transglycosylating enzymes, and inositol and maltitol were the most suitable glucosyl acceptors. Soluble starch, extruded starch, cyclodextrins, and maltooligosaccharides were also identified to be adequate glucosyl donors for transglycosylation reaction of CGTase to sugar alcohols. The synthesis of glucosyl-maltitol in the reaction system using extruded starch as the glucosyl donor and maltitol as the glucosyl acceptor showed the best results showing the highest transglycosylation yield. The transglycosylation products were purified by activated carbon column chromatography with ethanol gradient elution. Chemical structures of above transglucosylated products were analyzed by nuclear magnetic resonance spectroscopy, and two products were identified to be maltotritol and maltotetraitol, in which one or two glucose molecules attached to the parent maltitol molecule by a ${\alpha}$-l,4-glucosidic bond, respectively.
Alkyl-glucoside의 생산을 위하여 상용화 cellulase인 Celluclast의 당전이 반응을 사용하였다. 5가지 종류의 알코올을 acceptor molecule로 하여 반응을 살펴본 결과 methyl alcohol, ethyl alcohol, isopropanol 그리고 butanol에서 당전이 반응이 일어남을 확인하였다. 반응 수율이 높았던, methyl alcohol과 ethyl alcohol의 반응산물을 MALDI-TOF MS와 효소적인 방법을 사용하여 각각의 산물이 methyl ${\beta}$-D-glucopyranoside와 ethyl ${\beta}$-D-glucopyranoside임을 확인하였다. 시간대별 methyl-glucoside와 ethyl-glucoside의 생산량을 비교하여 본 결과 9시간에서 최대 생산 수율 65% (mol/mol)와 59%(mol/mol)를 각각 보였으며, 이후 반응은 진행되지 않았다. Cellulose의 당전이 반응으로 생성된 부산물인 glucose를 제거하기 위하여 고정화 효모 system을 도입하였고, 그 결과 glucose를 모두 제거할 수 있었다. 이상의 결과에서 Celluclast를 이용한 alkyl-glucoside의 생산을 성공적으로 수행하였고, 고정화 효모 system을 도입하여 친환경적으로 부산물을 제거하여 고순도의 ethyl-glucoside를 생산하였다.
재조합 아밀로수크라아제의 폴리페놀 배당체를 합성하는 능력을 검사하였다. 이 효소의 효소작용 특성에 근거하여 설탕을 기질로 사용하였으며 21 종류의 각기 다른 폴리페놀 화합물들이 수용체로 사용되었다. 당 전이 반응은 사용한 폴리페놀에 따라 하나 또는 두 개의 주요 폴리페놀 배당체를 합성하였다. 합성된 폴리페놀 배당체들은 박막 크로마토그래피법을 이용하여 확인되었고, 새로이 합성된 배당체의 구조는 당 전이 작용 특성에 근거하여 예측되었다. 수용체로 가능한 폴리페놀의 구조적 특징들이 평가되었으며, 이러한 결과는 Deinococcus geothermalis 유래 아밀로수크라아제가 식품, 화장품, 및 제약산업에서 높은 잠재성을 갖는 폴리페놀 배당체의 효소적 합성에 매우 효율적인 촉매로 활용될 수 있다는 것을 보여준다.
Cyclodextrin glucanotransferase from Bacillus stearothemophilus and Bacillus macerans synthesized maltol and ethyl maltol monoglucoside, with a series of its maltooligo-glucosides by transglycosylation with dextrin as a donor, and maltol or ethyl maltol as an acceptor. The monoglucoside formed from reaction mixture of maltol or ethyl maltol by the successive actions of Bacillus stearothemophilus cyclodextrin glucanotransferase and Rhizopus glucoamylase was isolated by Diaion HP-20 column and silica gel column chromatography. The structure of the isolated monoglucoside was identified as maltol-$\alpha$-D-glucoside and ethyl maltol-$\alpha$-D-glucoside, respectively, by FAB-MS, UV, $^1$H-NMR, $^{13}$ C-NMR spectra and products by hydrolysis with acid, $\alpha$ - and $\beta$ -glucosidases.
호알칼리성 Bacillus sp. YC-335가 생산하는 CGTase의 효소학적 특성 및 작용반응을 살펴보았다. ${\alpha}-CD,\;{\beta}-CD$ 및 ${\gamma}-CD$로부터 glucosyl residues를 설탕으로 전이시키는 반응에 대한 효소의 최대 반응속도, Vmax 값은 각각 $16.13,\;21.8,\;9.8{\mu}moles glucose/min/mg\;protein$이었으며 Km 값은 각각 1.68, 0.33, 0.37 mM이었다. 효소의 전분 가수분해활성은 여러 당류에 의해 촉진되었으며 특히 전분 가수분해 산물인 maltose와 glucose에 의한 효과가 가장 좋았다. 이 효소는 ${\beta}CD$에 의해 효소의 전분 분해활성이 저해되었으며 비경쟁적 저해형식을 보였다. 또한 전분으로부터 효소작용에 의해 생성된 산물을 총당량법 및 HPLC 분석을 통해 조사한 결과 이 효소는 cyclization 작용 뿐만 아니라 transglycosylation 작용과 disproportionation 작용을 가지는 것으로 확인하였다.
Park, Na-Young;Cha, Jae-Ho;Kim, Dae-Ok;Park, Cheon-Seok
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제17권3호
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pp.454-460
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2007
Enzymatic properties and substrate specificity of recombinant $\beta-glycosidases$ from a hyperthermophilic archaeon, Sulfolobus shibatae (rSSG), were analyzed. rSSG showed its optimum temperature and pH at $95^{\circ}C$ and pH 5.0, respectively. Thermal inactivation of rSSG showed that its half-life of enzymatic activity at $75^{\circ}C$ was 15 h whereas it drastically decreased to 3.9 min at $95^{\circ}C$. The addition of 10 mM of $MnCl_2$ enhanced the hydrolysis activity of rSSG up to 23% whereas most metal ions did not show any considerable effect. Dithiothreitol (DTT) and 2-mercaptoethanol exhibited significant influence on the increase of the hydrolysis activity of rSSG rSSG apparently preferred laminaribiose $(\beta1\rightarrow3Glc)$, followed by sophorose $(\beta1\rightarrow2Glc)$, gentiobiose $(\beta1\rightarrow6Glc)$, and cellobiose $(\beta1\rightarrow4Glc)$. Various. intermolecular transfer products were formed by rSSG in the lactose reaction, indicating that rSSG prefers lactose as a good acceptor as well as a donor. The strong intermolecular transglycosylation activity of rSSG can be applied in making functional oligosaccharides.
Park, Soyoon;Moon, Keumok;Park, Cheon-Seok;Jung, Dong-Hyun;Cha, Jaeho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제28권4호
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pp.566-570
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2018
Because glycosylation of aesculetin and its 6-glucoside, aesculin, enhances their biological activities and physicochemical properties, whole-cell biotransformation and enzymatic synthesis methodologies using Neisseria polysaccharea amylosucrase were compared to determine the optimal production method for glycoside derivatives. High-performance liquid chromatography analysis of reaction products revealed two glycosylated products (AGG1 and AGG2) when aesculin was used as an acceptor, and three products (AG1, AG2, and AG3) when using aesculetin. The whole-cell biotransformation production yields of the major transfer products for each acceptor (AGG1 and AG1) were 85% and 25%, respectively, compared with 68% and 14% for enzymatic synthesis. These results indicate that whole-cell biotransformation is more efficient than enzymatic synthesis for the production of glycoside derivatives.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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