전국 각지에서 채집한 토양에서 분리한 25종의 내열성 균주 중 내열성 단백질 기수분해효소 활성을 갖는 균주 strain JE 375를 선별하였다. 본 균주는 gram 양성 간균의 특징을 나타냈으며 Bergey's Manual of Systematic Bacteriology와 Biochemical Tests for Identification of Medical Bacteria에 준하여 생화학적 특성을 검토한 결과 catalase 양성, 포자형성, motility 양성, glucose 발효, mannitol 발효, xylose 산화, hemolysis ${\beta}$균임을 보아 Bacillus sp.으로 추정 되었다. Strain JE 375의 whole cell fatty acid를 gas chromatography로 분석한 결과 $C_{15:0}$ iso 26.17%, $C_{16:0}$ iso 13.01%, $C_{17:0}$ iso 30.19%로 분석되어 Bacillus 계열로 동정되었다. 16S rDNA sequence분석 결과 strain JE 375는 Bacillus caldoxylolyticus와 sequence가 97.6% 일치하는 유사성을 보였으나 부분적으로 sequence의 차이가 있고 gene bank data base상에서 16S rDNA sequence가 일치하는 균주는 검색되지 않았다. 이 같은 실험 결과에 따라 strain JE 375는 기존에 발표되지 않은 새로운 균주로 판단되어 Bacillus sp. JE 375로 명명하였다. Bacillus sp. JE 375은 tryptone 1%, yeast extract 0.5%, NaCl 1%, maltose 1%의 배지조성분과 배양 온도 $65^{\circ}C$에서 20시간 동안 배양하였을 때 최대의 단백질 분해 효소를 생산하였다. Bacillus sp. JE 375로부터 단백질 분해 효소를 acetone으로 침전시키고 DEAE-sepharose column chromatography를 통하여 효소를 정제하여 SDS-PAGE를 통해 확인한 결과 55 kDa 크기의 band를 확인할 수 있었다. 이 효소의 최적 배양 온도는 $65^{\circ}C$이었으며 배지의 최적 pH는 6.5로 나타났다. pH에 대한 안정성은 중성 부근의 pH에서 효소 활성의 안정성이 높게 나타났다. 본 효소의 반응 조건을 검토한 결과 중성 조건에서 안정하였으며, $60^{\circ}C$의 고온에서 활성을 가졌다. 효소 활성은 1 mM $CaCl_2$ 첨가에 의해 증가하였다.
단백질분해효소를 생산하지 않는 균주 B. subtilis MT-2의 염색체 DNA를 추출한 다음, B. subtilis AC819 균주에 상동성 유전자재조합을 이용하여 competent cell 형질전환을 시켰다. 얻어진 형질전환체를 B. subtilis HL-1이라고 명명하였으며, 그 표현형은 histidine 요구성, streptomycin 내성, tetracyclin 내성을 나타내면서 단백질 분해효소를 생산하지 않았다. 플라스미드 pUB110 을 이용한 B. subtilis HL-1의 protoplst 형질전환율은 B. subtilis MT-2의 형질전환율보다 높았다. 따라서 새로운 B. subtilis HL-1균주는 단백질분해효소의 형질전환과 내열성 protease 유전자클로닝에서 숙주로 사용하는데 유용하다.
알칼리성 Bacillus속 8-16 균주의 내열ㆍ알칼리성단백질 분해효소를 정제하여 그 특성을 조사하였다. 본 균주의 알칼리성 protease를 아세톤침전, CM-셀룰로즈크로마토그래피, Sephadex G-100 및 G-75 젤 여과법으로 정제하였고 비활성이 37배되게 하여 단일단백질이 될 때까지 순수정제하였다. 이 효소는 7$0^{\circ}C$ pH 11에서 pH 12 사이에서 최대 활성을 나타냈고 6$0^{\circ}C$에서는 한시간 동안 안정하였다. 이 효소의 $K_m$치는 1.3mg/$m\ell$이며 분자량 33,000으로 추정된다. 또한 이 효소는 Cu$^{2+}$ 및 Mn$^{2+}$에 의해서 약간 활성화되고 Ag$^+$, Hg$^{2+}$ 및 PMSF에 의해서 저해되므로 활성부위에 serine기가 관여하는 것으로 추정된다.
The metastable native state of proteins plays an important role in regulating biological functions. The native strain of serpins (serine protease inhibitors) are considered to be crucial for the inhibitory function. Several thermostable mutations of human $\alpha$$_1$-antitrypsin, a prototype inhibitory serpin, were identified in a systematic search targeted at the hydrophobic core of the molecule [Nature structural biology, vol. 3, no. 6, 497-500(1996)]. (omitted)
Rahman, Raja Noor Zaliha Raja Abd;Noor, Noor Dina Muhd;Ibrahim, Noor Azlina;Salleh, Abu Bakar;Basri, Mahiran
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제22권1호
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pp.34-45
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2012
A thermophilic Bacillus stearothermophilus F1 produces an extremely thermostable serine protease. The F1 protease sequence was used to predict its three-dimensional (3D) structure to provide better insights into the relationship between the protein structure and biological function and to identify opportunities for protein engineering. The final model was evaluated to ensure its accuracy using three independent methods: Procheck, Verify3D, and Errat. The predicted 3D structure of F1 protease was compared with the crystal structure of serine proteases from mesophilic bacteria and archaea, and led to the identification of features that were related to protein stabilization. Higher thermostability correlated with an increased number of residues that were involved in ion pairs or networks of ion pairs. Therefore, the mutants W200R and D58S were designed using site-directed mutagenesis to investigate F1 protease stability. The effects of addition and disruption of ion pair networks on the activity and various stabilities of mutant F1 proteases were compared with those of the wild-type F1 protease.
A gene that encodes a thermostable protease, coined thermicin, has been isolated from Thermoanaerobacter yonseiensis that is expressed and characterized in E. coli.. In order to elucidate the molecular characteristics on thermostability of the enzyme, molecular modeling and mutagenesis technology were applied. In the modeling structure, the structural core, including the active site, was well conserved; whereas, the two loop regions were unique when compared to thermitase. The mutant enzyme with the small loop deleted (D190-I196), based on modeling structural information, showed identical enzyme activity. However, when the large loop was deleted (P233-P244), a little lower $K_m$ and even a lower kcat was found. This indicates that the large loop could influence catalytic activity. However, the unfolding temperature ($T_m$), which was determined by a differential-scanning calorimetry for the mutant enzyme deleted the small loop, was $96^{\circ}C$. This is $14^{\circ}C$ lower than that for the parent thermicin. These results suggest that the small loop may play a role in maintaining the proper folding of the enzyme at high temperatures, whereas the large loop might be related to catalysis.
This study describes the characterization of 80 kDa pretense showing gelationlytic property among three pretenses in the excretory/secretory proteins (ESP) from Toxoplasma gondii. The pretense activity was detected in the ESP but not in the somatic extract of RH tachyzoites. This pretense was active only in the presence of calcium ion but not other divalent cationic ions such as $Cu^{2+},{\;}Zn^{2+},{\;}Mg^{2+},{\;}and{\;}$Mn^{2+}$, implying that $Ca^{2+}$ is critical factor for the activation of the protease. The 80 kDa pretense was optimally active at pH 7.5. Its gelatinolytic activity was maximal at $37^{\circ}C$, and significant level of enzyme activity of the pretense remained after heat treatment at $56^{\circ}C$ for 30 min or $100^{\circ}C$ for 10 min, This thermostable enzyme was strongly inhibited by metal chelators, i.e., EDTA, EGTA, and 11 10-phenanthroline. Thus, the 80 kDa pretense in the ESP secreted by T. gondii was classified as a calcium dependent neutral metalloprotease.
전국 각지에서 채집한 토양과 두엄에서 분리한 25종의 내열성 균주 중 내열성 단백질 가수분해효소 활성을 갖는 균주 DF 218을 선별하였다. 본 균주는 Gram 양성 간균의 특징을 나타냈으며 Bergey's manual of systematic bacteriology와 Biochemical tests for identification of medical bacteria에 준하여 생화학적 특성을 검토한 결과 catalase 양성, 포자형성, motility 양성, glucose 발효, hemolysis ${\beta}$균임을 나타내어 Bacillus sp.으로 추정되었다. 165 rDNA sequence 분석 결과 DF 218 균주는 Bacillus flexus과 sequence가 95% 일치하는 유사성을 보였으나 gene bank data base 상에서 165 rDNA sequence가 일치하는 균주는 검색되지 않았다. 이 같은 실험 결과에 따라 strain DF 218은 기존에 발표되지 않은 새로운 균주로 판단되어 Bacillus sp. DF 218로 명명하였다. Bacillus sp. DF 218은 1% trypton, 1% NaCl, 1% glucose의 배지조성과 배양은도 $60^{\circ}C$에서 32시간동안 배양하였을 때 최대의 단백질 분해효소를 생산하였다. Bacillus sp. DF 218로부터 단백질 분해효소를 acetone으로 침전시키고 DEAE-sepharose column chromatography를 통하여 효소를 정제하고 정제된 단백질을 SDS-PAGE를 통해 분석한 결과 61kDa 크기의 단일 band를 확인할 수 있었다. 이 효소의 최적 반응온도는 $60^{\circ}C$이었으며 최적 pH는 7.5로 측정되었다.
Trypsin에 대한 강한 저해물질을 생성하는 Streptomyces속 균주 AS-707을 토양으로부터 얻어 그 배양액에서 Trypsin inhibitor를 분리정제하여 저해물질의 안정성과 여러가지의 protease에 대한 저해성 여부를 검토한 결과는 다음과 같다. 배양액을 Amberlite IRC-50에 흡착 methanol추출. 2차 Amberlite IRC-50, CM-cellulosecolumn chromatography로 정제하여 active amorphous powder를 얻었는데 이 때의 비율은 26%였다. 분리정제된 물질은 trypsin 이외에 papain, $\alpha$-chymotrypsin, Azotobacter vineiandi protease와 Bacillus subtilis protease 등에 대해서도 저해작용을 나타내었으며, 안정성은 비교적 커서 10$0^{\circ}C$에서 120분간 가열해도 잔존활성이 약90%였으며, pH처리에 대해서는 37$^{\circ}C$에서 처리하면 산에서 Alkali에 걸치는 대단히 넓은 pH범위 (pH 2.0~12.0)에서 안정하였으나 6$0^{\circ}C$에서 처리하면 산에서는 안정하였으나 Alkali에서는 불안정하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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