Spherical micro silica sol-gel immobilized enzyme beads were prepared in an emulsion system using cyclohexanone and Triton-X 114. The beads were used for the in situ immobilization of transaminase, trypsin, and lipase. Immobilization during the sol to gel phase transition was investigated to determine the effect of the emulsifying solvents, surfactants, and mixing process on the formation of spherical micro sol-gel enzyme beads and their catalytic activity. The different combinations of sol-gel precursors affected both activity and the stability of the enzymes, which suggests that each enzyme has a unique preference for the silica gel matrix dependent upon the characteristics of the precursors. The resulting enzyme-entrapped micronsized beads were characterized and utilized for several enzyme reaction cycles. These results indicated improved stability compared to the conventional crushed form silica sol-gel immobilized enzyme systems.
Park, Hyoung-Goo;Lim, Young-Ran;Han, Songhee;Kim, Donghak
Toxicological Research
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v.30
no.1
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pp.33-38
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2014
The human cytochrome P450 2J2 catalyzes an epoxygenase reaction to oxidize various fatty acids including arachidonic acid. In this study, three recombinant enzyme constructs of P450 2J2 were heterologously expressed in Escherichia coli and their P450 proteins were successfully purified using a $Ni^{2+}$-NTA affinity column. Deletion of 34 amino acid residues in N-terminus of P450 2J2 enzyme (2J2-D) produced the soluble enzyme located in the cytosolic fraction. The enzymatic analysis of this truncated protein indicated the typical spectral characteristics and functional properties of P450 2J2 enzyme. P450 2J2-D enzymes from soluble fraction catalyzed the oxidation reaction of terfenadine to the hydroxylated product. However, P450 2J2-D enzymes from membrane fraction did not support the P450 oxidation reaction although it displayed the characteristic CO-binding spectrum of P450. Our finding of these features in the N-terminal modified P450 2J2 enzyme could help understand the biological functions and the metabolic roles of P450 2J2 enzyme and make the crystallographic analysis of the P450 2J2 structure feasible for future studies.
To address inherent weaknesses such as low mechanical strength and limited enzyme loading capacity in conventional chitosan or alginate beads, an additional step involving the exchange of anionic surfactants with hydroxide ions was employed to prepare porous chitosan hydrogel capsules for enzyme immobilization. Consequently, excellent thermal stability and long-term storage stability were confirmed. Furthermore, coating the porous chitosan hydrogel capsules with polydopamine not only improved mechanical stability but also exhibited remarkable enzyme immobilization efficiency (97.6% for M1-D0.5). Additionally, it was demonstrated that the scope of application for chitosan hydrogel beads, prepared using conventional methods, could be further expanded by introducing an additional step of polydopamine coating. The enzyme immobilization matrix developed in this study can be selectively applied to suit specific purposes and is expected to be utilized as a support for the adsorption or covalent binding of various substances.
Ha, You-Mee;Jung, Young-Hee;Kwon, Dae-Young;Kim, Young-Soo;Kim, Chy-Kyung;Min, Kyung-Hee
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.10
no.1
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pp.35-42
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2000
Reaction characteristics of 4-methylcatechol 2,3-dioxygenase (4MC230) purified from Pseudomonas putida SU10 with a higher activity toward 4-methylcatechol than catechol or 3-cethylcatechol were studied by altering their physical and chemical properties. The enzyme exhibited a maximum activity at pH 7.5 and approximately 40% at pH 6.0 for 4-methylcatechol hydrolysis. The optimum temperature for the enzyme was around $35^{\circ}C$, since the enzyme was unstable at higher temperature. Acetone(10%) stabilized the 4MC230. The effects of solvent and other chemicals (inactivator or reactivator) for the reactivation of the 4MC230 were also investigated. Silver nitrate and hydrogen peroxid severely deactivated the enzyme and the deactivation by hydrogen peroxide severely deactivated the enzyme and the deactivation by hydrogen peroxide was mainly due to the oxidation of ferrous ion to ferric ion. Some solvents acted as an activator and protector for the enzyme from deactivation by hydrogen peroxide. Ascorbate, cysteine, or ferrous ion reactivated the deactivated enzyme by hydrogen peroxide. The addition of ferrous ion together with a reducing agent fully recovered the enzyme activity and increased its activity abut 2 times.
Wang, X.B.;Ogawa, T.;Suda, S.;Taniguchi, K.;Uike, H.;Kumagai, H.;Mitani, K.
Asian-Australasian Journal of Animal Sciences
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v.11
no.4
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pp.375-380
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1998
Six Holstein heifer calves weaned at 45 days-of-age were randomly allocated into high daily gain (1.1 kg/d, HDG) and low daily gain (0.56 kg/d, LDG) groups, and were slaughtered at 170 kg of live weight. Energy intake level in the feeding period was 2.4 $\times$ maintenance in 105 days for HDG and 1.4 $\times$ maintenance in 216 days for LDG calves. Total length of the small intestine was identical between groups, but both weights of the pancreas and of the small intestinal mucosa were greater (p < 0.01) for HDG calves. Alpha-amylase, lipase, proteinase, and trypsin activities of the whole pancreas were higher (p < 0.05) in HDG calves. Disaccharidase activity of the whole small intestinal mucosa was also higher (p < 0.10) for HDG than for LDG calves. However, the enzymatic activities, expressed as per gram or per protein of the pancreas and the small intestinal mucosa, were not affected (p > 0.10) by the plane of nutrition. These results suggest that the digestive enzyme activity in the small intestine varies primarily with the weight of tissues synthesizing the enzyme.
Eunseo Jeong;Vitchan Kim;Changmin Kim;Yoo-bin Lee;Donghak Kim
Biomolecules & Therapeutics
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v.32
no.4
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pp.474-480
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2024
Streptomyces avermitilis genome includes 33 genes encoding monooxygenation-catalyzing cytochrome P450 enzymes. We investigated the structure of CYP107P2 and its interactions with terpenoid compounds. The recombinant CYP107P2 protein was expressed in Escherichia coli and the purified enzyme exhibited a typical P450 spectrum upon CO-binding in its reduced state. Type-I substrate-binding spectral titrations were observed with various terpenoid compounds, including α-pinene, β-pinene, α-terpinyl acetate, and (+)-3-carene. The calculated binding affinities (Kd) ranged from 15.9 to 50.8 µM. The X-ray crystal structure of CYP107P2 was determined at 1.99 Å resolution, with a well-conserved overall P450 folding conformation. The terpenoid compound docking models illustrated that the structural interaction between monoterpenes and CYP107P2, with the distance between heme and terpenes ranging from 3.4 to 5.4 Å, indicates potential substrate binding for P450 enzyme. This study suggests that CYP107P2 is a Streptomyces P450 enzyme capable of catalyzing terpenes as substrates, signifying noteworthy advancements in comprehending a novel P450 enzyme's involvement in terpene reactions.
Two genes encoding maltooligosyltrehalose synthase (SaMTS) and maltooligosyltrehalose trehalohydrolase (SaMTH) were isolated from a hyperthermophilic microorganism, Sulfolobus acidocaldarius (ATCC 49462). ORFs of the SaMTS and SaMTH genes are 2,163 and 1,671 bp long and encode 720 and 556 amino acid residues, respectively. A bifunctional fusion enzyme (SaMTSH) was constructed through the gene fusion of SaMTS and SaMTH. Recombinant SaMTS, SaMTH, and SaMTSH fusion enzyme were overexpressed in E. coli BL21. SaMTS and SaMTH produced trehalose and maltotriose from maltopentaose in a sequential reaction. SaMTSH fusion enzyme catalyzed the sequential reaction in which the formation of maltotriosyltrehalose was followed by hydrolysis leading to the synthesis of trehalose and maltotriose. The SaMTSH fusion enzyme showed the highest activity at pH 5.0-5.5 and $70-75^{\circ}C$. SaMTS, SaMTH, and SaMTSH fusion enzyme were active in soluble starch, which resulted in the production of trehalose.
Cho, Myung-A;Yoon, Jihoon G.;Kim, Vitchan;Kim, Harim;Lee, Rowoon;Lee, Min Goo;Kim, Donghak
Biomolecules & Therapeutics
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v.27
no.6
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pp.577-583
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2019
Human cytochrome P450 2C9 is a highly polymorphic enzyme that is required for drug and xenobiotic metabolism. Here, we studied eleven P450 2C9 genetic variants-including three novel variants F69S, L310V, and Q324X-that were clinically identified in Korean patients. P450 2C9 variant enzymes were expressed in Escherichia coli and their bicistronic membrane fractions were prepared The CO-binding spectra were obtained for nine enzyme variants, indicating P450 holoenzymes, but not for the M02 (L90P) variant. The M11 (Q324X) variant could not be expressed due to an early nonsense mutation. LC-MS/MS analysis was performed to measure the catalytic activities of the P450 2C9 variants, using diclofenac as a substrate. Steady-state kinetic analysis revealed that the catalytic efficiency of all nine P450 2C9 variants was lower than that of the wild type P450 2C9 enzyme. The M05 (R150L) and M06 (P279T) variants showed high $k_{cat}$ values; however, their $K_m$ values were also high. As the M01 (F69S), M03 (R124Q), M04 (R125H), M08 (I359L), M09 (I359T), and M10 (A477T) variants exhibited higher $K_m$ and lower $k_{cat}$ values than that of the wild type enzyme, their catalytic efficiency decreased by approximately 50-fold compared to the wild type enzyme. Furthermore, the novel variant M07 (L310V) showed lower $k_{cat}$ and $K_m$ values than the wild type enzyme, which resulted in its decreased (80%) catalytic efficiency. The X-ray crystal structure of P450 2C9 revealed the presence of mutations in the residues surrounding the substrate-binding cavity. Functional characterization of these genetic variants can help understand the pharmacogenetic outcomes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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