A new strain, GS603, having ${\beta}$-glucosidase activity was isolated from soil of a ginseng field, and its ability to convert major ginsenoside $Rb_1$ to minor ginsenoside or gypenoside was studied. Strain GS603 was identified as an Intrasporangium species by phylogenetic analysis and showed high ginsenoside-converting activity in LB and TSA broth but not in nutrient broth. The culture broth of the strain GS603 could convert ginsenoside $Rb_1$i into two metabolites, which were analyzed by TLC and HPLC and shown to be the minor ginsenoside $F_2$ and gypenoside XVII by NMR.
Ginsenoside $Rb_1$ is the main component in ginsenosides. It is a protopanaxadiol-type ginsenoside that has a dammarane-type triterpenoid as an aglycone. In this study, ginsenoside $Rb_1$ was transformed into gypenoside XVII, ginsenoside Rd, ginsenoside $F_2$ and compound K by glycosidase from Leuconostoc mesenteroides DC102. The optimum time for the conversion was about 72 h at a constant pH of 6.0 to 8.0 and the optimum temperature was about $30^{\circ}C$. Under optimal conditions, ginsenoside $Rb_1$ was decomposed and converted into compound K by 72 h post-reaction (99%). The enzymatic reaction was analyzed by highperformance liquid chromatography, suggesting the transformation pathway: ginsenoside $Rb_1$${\rightarrow}$ gypenoside XVII and ginsenoside Rd${\rightarrow}$ginsenoside $F_2{\rightarrow}$compound K.
This study focused on the enzymatic biotransformation of the major ginsenoside Rb1 into Rd for the mass production of minor ginsenosides using a novel recombinant ${\beta}$-glucosidase from Flavobacterium johnsoniae. The gene (bglF3) consisting of 2,235 bp (744 amino acid residues) was cloned and the recombinant enzyme overexpressed in Escherichia coli BL21(DE3) was characterized. This enzyme could transform ginsenoside Rb1 and gypenoside XVII to the ginsenosides Rd and F2, respectively. The glutathione S-transferase (GST) fused BglF3 was purified with GST-bind agarose resin and characterized. The kinetic parameters for ${\beta}$-glucosidase had apparent $K_m$ values of $0.91{\pm}0.02$ and $2.84{\pm}0.05$ mM and $V_{max}$ values of $5.75{\pm}0.12$ and $0.71{\pm}0.01{\mu}mol{\cdot}min^{-1}{\cdot}mg$ of $protein^{-1}$ against p-nitrophenyl-${\beta}$-D-glucopyranoside and Rb1, respectively. At optimal conditions of pH 6.0 and $37^{\circ}C$, BglF3 could only hydrolyze the outer glucose moiety of ginsenoside Rb1 and gypenoside XVII at the C-20 position of aglycon into ginsenosides Rd and F2, respectively. These results indicate that the recombinant BglF3 could be useful for the mass production of ginsenosides Rd and F2 in the pharmaceutical or cosmetic industry.
Background: Ginsenosides with less sugar moieties may exhibit the better adsorptive capacity and more pharmacological activities. Methods: An efficient method for the separation of four minor saponins, including gypenoside XVII, notoginsenoside Fe, ginsenoside Rd2, and notoginsenoside Fd, from Panax notoginseng leaves (PNL) was established using biotransformation, macroporous resins, and subsequent preparative high-performance liquid chromatography. Results: The dried PNL powder was immersed in the distilled water at $50^{\circ}C$ for 30 min for converting the major saponins, ginsenosides Rb1, Rc, Rb2, and Rb3, to minor saponins, gypenoside XVII, notoginsenoside Fe, ginsenoside Rd2, and notoginsenoside Fd, respectively, by the enzymes present in PNL. The adsorption characteristics of these minor saponins on five types of macroporous resins, D-101, DA-201, DM-301, X-5, and S-8, were evaluated and compared. Among them, D-101 was selected due to the best adsorption and desorption properties. Under the optimized conditions, the fraction containing the four target saponins was separated by D-101 resin. Subsequently, the target minor saponins were individually separated and purified by preparative high-performance liquid chromatography with a reversed-phase column. Conclusion: Our study provides a simple and efficient method for the preparation of these four minor saponins from PNL, which will be potential for industrial applications.
Background: Effective strategies are dramatically needed to prevent and improve the recovery from myocardial ischemia and reperfusion (I/R) injury. Direct interactions between the mitochondria and endoplasmic reticulum (ER) during heart diseases have been recently investigated. This study was designed to explore the cardioprotective effects of gypenoside XVII (GP-17) against I/R injury. The roles of ER stress, mitochondrial injury, and their crosstalk within I/R injury and in GP-17einduced cardioprotection are also explored. Methods: Cardiac contractility function was recorded in Langendorff-perfused rat hearts. The effects of GP-17 on mitochondrial function including mitochondrial permeability transition pore opening, reactive oxygen species production, and respiratory function were determined using fluorescence detection kits on mitochondria isolated from the rat hearts. H9c2 cardiomyocytes were used to explore the effects of GP-17 on hypoxia/reoxygenation. Results: We found that GP-17 inhibits myocardial apoptosis, reduces cardiac dysfunction, and improves contractile recovery in rat hearts. Our results also demonstrate that apoptosis induced by I/R is predominantly mediated by ER stress and associated with mitochondrial injury. Moreover, the cardioprotective effects of GP-17 are controlled by the PI3K/AKT and P38 signaling pathways. Conclusion: GP-17 inhibits I/R-induced mitochondrial injury by delaying the onset of ER stress through the PI3K/AKT and P38 signaling pathways.
In this paper, the kinetics of a cloned special glucosidase, named ginsenosidase type III hydrolyzing 3-O-glucoside of multi-protopanaxadiol (PPD)-type ginsenosides, were investigated. The gene (bgpA) encoding this enzyme was cloned from a Terrabacter ginsenosidimutans strain and then expressed in E. coli cells. Ginsenosidase type III was able to hydrolyze 3-O-glucoside of multi-PPD-type ginsenosides. For instance, it was able to hydrolyze the 3-O-${\beta}$-D-(1${\rightarrow}$2)-glucopyranosyl of Rb1 to gypenoside XVII, and then to further hydrolyze the 3-O-${\beta}$-D-glucopyranosyl of gypenoside XVII to gypenoside LXXV. Similarly, the enzyme could hydrolyze the glucopyranosyls linked to the 3-O-position of Rb2, Rc, Rd, Rb3, and Rg3. With a larger enzyme reaction $K_m$ value, there was a slower enzyme reaction speed; and the larger the enzyme reaction $V_{max}$ value, the faster the enzyme reaction speed was. The $K_m$ values from small to large were 3.85 mM for Rc, 4.08 mM for Rb1, 8.85 mM for Rb3, 9.09 mM for Rb2, 9.70 mM for Rg3(S), 11.4 mM for Rd and 12.9 mM for F2; and $V_{max}$ value from large to small was 23.2 mM/h for Rc, 16.6 mM/h for Rb1, 14.6 mM/h for Rb3, 14.3 mM/h for Rb2, 1.81mM/h for Rg3(S), 1.40 mM/h for Rd, and 0.41 mM/h for F2. According to the $V_{max}$ and $K_m$ values of the ginsenosidase type III, the hydrolysis speed of these substrates by the enzyme was Rc>Rb1>Rb3>Rb2>Rg3(S)>Rd>F2 in order.
Jackson, Chung Ja C.;Dini, Jean-Paul;Lavandier, Clara;Faulkner, Harold;Rupasinghe, H.P. vasantha;Proctor, John T.A.
Journal of Ginseng Research
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v.27
no.3
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pp.135-140
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2003
North American ginseng (Panax quinquefolius L.) was analysed for total ginsenosides and ten major ginsenosides (R$_{0}$ , Rb$_1$, Rb$_2$, Rc, Rd, Re, Rf, Rg$_1$, pseudoginsenoside F$_{11}$ and gypenoside XVII), and variations in ginsenoside content with age of plant (over a four-year-period) and geographic location (Ontario versus British Columbia) were investigated. In the roots the total ginsenoside content increased with age up to 58-100 mgㆍg$^{-1}$ dry weights in the fourth year, but in leaves it remained constant over time. Roots and leaves, moreover, had different proportions of individual ginsenosides. The most abundant ginsenosides were Rb$_1$ (56mgㆍg$^{-1}$ for Ontario; 37mgㆍg$^{-1}$ for British Columbia) and Re (21mgㆍg$^{-1}$ for Ontario; 15 mgㆍg$^{-1}$ for British Columbia) in roots, and Rd (28-38 mgㆍg$^{-1}$ ), Re (20-25 mgㆍg$^{-1}$ ), and Rb$_2$ (13-19 mgㆍg$^{-1}$ ) in leaves. Measurable quantities of Rf were found in leaves (0.4-1.8 mgㆍg$^{-1}$ ) but not in roots or stems. Our results show that ginsenoside profiles in general, and Rf in particular, could be used for chemical fingerprinting to distinguish the different parts of the ginseng plant, and that ginseng leaves could be valuable sources of the ginsenosides Rd, Re, and Rb$_2$.
Kim, Se-Hwa;Min, Jin-Woo;Quan, Lin-Hu;Lee, Sung-Young;Yang, Dong-Uk;Yang, Deok-Chun
Journal of Ginseng Research
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v.36
no.3
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pp.291-297
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2012
Ginsenoside (ginseng saponin), the principal component of ginseng, is responsible for the pharmacological and biological activities of ginseng. We isolated lactic acid bacteria from Kimchi using esculin agar, to produce ${\beta}$-glucosidase. We focused on the bio-transformation of ginsenoside. Phylogenetic analysis was performed by comparing the 16S rRNA sequences. We identified the strain as Lactobacillus (strain 6105). In order to determine the optimal conditions for enzyme activity, the crude enzyme was incubated with 1 mM ginsenoside Rb1 to catalyse the reaction. A carbon substrate, such as cellobiose, lactose, and sucrose, resulted in the highest yields of ${\beta}$-glucosidase activity. Biotransformations of ginsenoside Rb1 were analyzed using TLC and HPLC. Our results confirmed that the microbial enzyme of strain 6105 significantly transformed ginsenoside as follows: Rb1${\rightarrow}$gypenoside XVII, Rd${\rightarrow}$F2 into compound K. Our results indicate that this is the best possible way to obtain specific ginsenosides using microbial enzymes from 6105 culture.
Background: Mountain-cultivated ginseng (MCG) and cultivated ginseng (CG) both belong to Panax ginseng and have similar ingredients. However, their pharmacological activities are different due to their significantly different growth environments. Methods: An ultra-performance liquid chromatography/quadrupole time-of-flight mass spectrometry (UPLC-QTOF-MS/MS)-based approach was developed to distinguish MCG and CG. Multivariate statistical methods, such as principal component analysis and supervised orthogonal partial-least-squares discrimination analysis were used to select the influential components. Results: Under optimized UPLC-QTOF-MS/MS conditions, 40 ginsenosides in both MCG and CG were unambiguously identified and tentatively assigned. The results showed that the characteristic components of CG and MCG included ginsenoside Ra3/isomer, gypenoside XVII, quinquenoside R1, ginsenoside Ra7, notoginsenoside Fe, ginsenoside Ra2, ginsenoside Rs6/Rs7, malonyl ginsenoside Rc, malonyl ginsenoside Rb1, malonyl ginsenoside Rb2, palmitoleic acid, and ethyl linoleate. The malony ginsenosides are abundant in CG, but higher levels of the minor ginsenosides were detected in MCG. Conclusion: This is the first time that the differences between CG and MCG have been observed systematically at the chemical level. Our results suggested that using the identified characteristic components as chemical markers to identify different ginseng products is effective and viable.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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