Degenerate primers corresponding to the sequences of the copper-binding regions in the fungal laccases were used to isolatc laccase gene specific fragment by PCR in Coprinus congregahts. A 144 bp DNA hagrnent was cloned and was identified to have 60-69 % homology with other fungal laccase genes. The predicted amino acid sequcnces showed 68-75% homology with other fungal laccase proteins.
A laccase was isolated from the culture filtrate of the basidiomycete Fomitella fraxinea. The enzyme was purified to electrophoretical homogeneity using ammonium sulfate precipitation, anion-exchange chromatography, and gel-filtration chromatography. The enzyme was identified as a monomeric protein with a molecular mass of 47 kDa by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) and gel-filtration chromatography, and had an isoelectric point of 3.8. The N-terminal amino acid sequence for the enzyme was ATXSNXKTLAAD, which had a very low similarity to the sequences previously reported for laccases from other basidiomycetes. The optimum pH and temperature for 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonate) (ABTS) were 3.0 and $70^{\circ}C$, respectively. The enzyme also showed a much higher level of specific activity for ABTS and 2,6-dimethoxyphenol (DMP), where the $K_m$ values of the enzyme for ABTS and 2,6-DMP were 270 and $426{\mu}M$, respectively, and the $V_{max}$ values were 876 and $433.3{\mu}M/min$, respectively. The laccase activity was completely inhibited by L-cysteine, dithiothreitol (DTT), and sodium azide, significantly inhibited by $Ni^+,\;Mn^{2+}$, and $Ba^{2+}$, and slightly stimulated by $K^+$ and $Ca^{2+}$.
Enzyme fermentation is a type of food processing technique generally used to improve the biological activities of food and herbal medicines. In this study, a Syzygii Flos (clove) extract was fermented using laccase derived from Trametes versicolor (LTV). The fermented clove extract showed greater neuroprotective effects against glutamate toxicity on HT22 than the non-fermented extract did. HPLC analysis revealed that the eugenol (1) and dehydrodieugenol (2) contents had decreased and increased, respectively, after fermentation. The content of 2 peaked at 1 h after fermentation to $103.50{\pm}8.20mg/g_{ex}$ (not detected at zero time), while that of 1 decreased to $79.54{\pm}4.77mg/g_{ex}$ ($185.41{\pm}10.16mg/g_{ex}$ at zero time). Compound 2 demonstrated promising HT22 neuroprotective properties with inhibition of $Ca^{2+}$ influx, the overproduction of intracellular reactive oxygen species, and lipid peroxidation. In addition, LTV showed the best fermentation efficacy compared with laccases derived from Pleurotus ostreatus and Rhus vernicifera.
Kim, Hong-Il;Kwon, O-Chul;Kong, Won-Sik;Lee, Chang-Soo;Park, Young-Jin
Mycobiology
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v.42
no.4
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pp.322-330
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2014
The aim of this study was to identify and characterize new Flammulina velutipes laccases from its whole-genome sequence. Of the 15 putative laccase genes detected in the F. velutipes genome, four new laccase genes (fvLac-1, fvLac-2, fvLac3, and fvLac-4) were found to contain four complete copper-binding regions (ten histidine residues and one cysteine residue) and four cysteine residues involved in forming disulfide bridges, fvLac-1, fvLac-2, fvLac3, and fvLac-4, encoding proteins consisting of 516, 518, 515, and 533 amino acid residues, respectively. Potential N-glycosylation sites (Asn-Xaa-Ser/Thr) were identified in the cDNA sequence of fvLac-1 (Asn-454), fvLac-2 (Asn-437 and Asn-455), fvLac-3 (Asn-111 and Asn-237), and fvLac4 (Asn-402 and Asn-457). In addition, the first 19~20 amino acid residues of these proteins were predicted to comprise signal peptides. Laccase activity assays and reverse transcription polymerase chain reaction analyses clearly reveal that $CuSO_4$ affects the induction and the transcription level of these laccase genes.
Laccase is one of the ligninolytic enzymes of white rot fungus Trametes versicolor 951022, a strain first isolated in Korea. This laccase was purified 209-fold from culture fluid with a yield of $6.2\%$ using ethanol precipitation, DEAE-Sepharose, Phenyl-Sepharose, and Sephadex G-100 chromatography. T. versicolor 951022 excretes a single monomeric laccase showing a high specific activity of 91,443 U/mg for 2,2'-azino-bis-(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) as a substrate. The enzyme has a molecular mass of approximately 97 kDa as determined by SDS-PAGE, which is larger than those of other laccases reported. It exhibits high enzyme activity over broad pH and temperature ranges with optimum activity at pH 3.0 and a temperature of $50^{\circ}C$. The $K_m$ value of the enzyme for substrate ABTS is $12.8{\mu}M$ and its corresponding $V_{max}$ value is 8125.4 U/mg. The specific activity and substrate affinity of this laccase are higher than those of other white rot fungi, therefore, it may be potentially useful for industrial purposes.
Laccase, lignin- and manganese peroxidase are implicated in the lignin degradation. The nucleotide sequences of four copper-binding domains in fungal laccases, and heme-binding domains of lignin- and manganese peroxidases are well conserved, and therefore these short fragments can be used for the PCR for the gene amplification. We synthesized several PCR primers according to their sequences, and run PCR to amplifiy the lignin degrading genes of Trametes versicolor isolated in Korea. PCR products were cloned with pGEM-T vector in order to determine their nucleotide sequences. A laccase fragment (1.3 kb) showed 65-97% homologies, lignin peroxidase fragment (185 bp) showed 80-95% homologies, and manganese peroxidase fragment (443 bp) showed 61-83% homologies when compared with other white-rot fungal enzymes.
Degenerate primevs corresponding to the consensus sequences of the copper-binding regions in the N- and Cterminal domains of fungal laccases were used to isolate laccase gene-specific sequences froin a white rot rungus Ganodern~a lucidrm w-hich has been known to strengthen the imnnne system. A 1.6 Kbp fragment was amplified by PCR and its base sequence was detenuiued. Locating seven iutrous within the base sequence, we could deduce its amino acid sequence. The nucleotide sequence witl~out introlls was 47Y0 identical to that of lee1 gene of Pametes wllosa; lhe identity in amino acid sequences of the two was 7994 The deduced amino acid seqoence was also sunilar to those of Coriolus versicolo~ kc3 (79%); Co~,iolz~s hirsutus phenolouiduse (78%), Trainetes vel.srcoloi. lccl (77%), Trametes ~!i/Iosa Ice2 (77%) and Trametes vemicolor kc4 (66%).
White rot fungi have been useful source of enzymes for the degradation of environmental pollutants including polycyclic aromatic hydrocarbons (PAHs) and synthetic dyes. PAHs are widespread organic compounds present in fossil fuels and are routinely generated by incomplete fuel combustion. PAHs are some of the major toxic pollutants of water and soil environments. Synthetic dyes are major water-pollutants, which are toxic to organisms in water environments and interfere photosynthesis of water plants. Removal of PAHs and synthetic dyes has been of interests in the environmental science especially in the environmental microbiology. Mushrooms are fungal groups that function as primary degraders of wood polyphenolic lignin. The ligninolytic enzymes produced by mushroom, including manganese peroxidase, lignin peroxidase, and laccase, mediate the oxidative degradation of lignin. The catalytic power of these enzymes in the degradation of aromatic ring compounds has been sought for the degradation of various organic compounds. In this project, we have screened 60 wild mushroom strains for their degradation activity against two representative PAHs, naphthalene and anthracene, and five aromatic dyes, including alizarin red S, crystal violet, malachite green, methylene blue, rose bengal. The degradation of PAHs was measured by GC while the decolorization of dyes was measured by both UV spectrophotometer and HPLC. As results, 9 wild mushroom strains showed high activity in degradation of PAHs and textile dyes. We also describe the secretive enzyme activities, the transcription levels, and cloning of target genes. In conjunction with this, activities of degradative enzymes, including laccase, lignin peroxidase, and Mn peroxidase, were measured in the liquid medium in the presence of PAHs and dyes. Our results showed that the laccase activity was directed correlated with the degradation, indicating that the main enzyme acts on PAHs and dyes is the laccase. The laccase activity was further simulated by the addition of $Cu^{2+}$ ion. Detailed studies of the enzyme system should be sought for future applications.
This study was carried out to know the possibility of simultaneous utilization of laccase from white-rot fungus with cellulase on enzymatic hydrolysis of cellulosic substrate from autohydrolyzed oak wood. Laccases from 3 white-rot fungi, Pleurotus ostreatus. Ganoderma lucidum, and Phanerochaete chrysosporium, were isolated, purified and measured their activities. The highest activity was shown in Pleurotus ostreatus and the lowest in Phanerochaete chrysosporium. Laccase from Pleurotus ostreatus has optimum pH of 5.94, Km value of 3.209 mM and appeared to be stable at relatively wide pH range, 4.7-8.72. Temperature stability showed that 60% activity was preserved after 40 minutes at $50^{\circ}C$. Laccase from Ganoderma lucidum reached to the maximum activity during 15-20 day incubation. This enzyme has optimum pH of 6.45, Km value of 6.71 mM and pH range of 5.0-9.0 for stabilization. 95% activity was preserved at $30^{\circ}C$ and 58% activity at $50^{\circ}C$. Concerned to the enzymatic hydrolysis of cellulosic substrate with both enzymes, cellulase and laccase, simultaneously, mixed culture filtrates and mycellium extracts were shown higher hydrolysis rates than those of Trichoderma viride. There were no significant differences in the extent of hydrolysis among various mixed culture filtrates and mycellium extracts.
Patel, Sanjay K.S.;Kalia, Vipin C.;Choi, Joon-Ho;Haw, Jung-Rim;Kim, In-Won;Lee, Jung Kul
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.24
no.5
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pp.639-647
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2014
Laccases have a broad range of industrial applications. In this study, we immobilized laccase on $SiO_2$ nanoparticles to overcome problems associated with stability and reusability of the free enzyme. Among different reagents used to functionally activate the nanoparticles, glutaraldehyde was found to be the most effective for immobilization. Optimization of the immobilization pH, temperature, enzyme loading, and incubation period led to a maximum immobilization yield of 75.8% and an immobilization efficiency of 92.9%. The optimum pH and temperature for immobilized laccase were 3.5 and $45^{\circ}C$, respectively, which differed from the values of pH 3.0 and $40^{\circ}C$ obtained for the free enzyme. Immobilized laccase retained high residual activities over a broad range of pH and temperature. The kinetic parameter $V_{max}$ was slightly reduced from 1,890 to 1,630 ${\mu}mol/min/mg$ protein, and $K_m$ was increased from 29.3 to 45.6. The thermal stability of immobilized laccase was significantly higher than that of the free enzyme, with a half-life 11- and 18-fold higher at temperatures of $50^{\circ}C$ and $60^{\circ}C$, respectively. In addition, residual activity was 82.6% after 10 cycles of use. Thus, laccase immobilized on $SiO_2$ nanoparticles functionally activated with glutaraldehyde has broad pH and temperature ranges, thermostability, and high reusability compared with the free enzyme. It constitutes a notably efficient system for biotechnological applications.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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