The reaction mechanism between cyclopropenylidene and formaldehyde has been systematically investigated employing the MP2/6-311+$G^*$ level of theory to better understand the cyclopropenylidene reactivity with carbonyl compound. Geometry optimization, vibrational analysis, and energy property for the involved stationary points on the potential energy surface have been calculated. Energies of all the species are further corrected by the CCSD(T)/6-311+$G^*$ single-point calculations. It was found that one important reaction intermediate (INTa) has been located firstly $via$ a transition state (TSa). After that, the common intermediate (INTb) for the two pathways (1) and (2) has been formed $via$ TSb. At last, two different products possessing three- and four-membered ring characters have been obtained through two possible reaction pathways. In the reaction pathway (1), a three-membered ring alkyne compound has been obtained. As for the reaction pathway (2), it is the formation of the four-membered ring conjugated diene compound. The energy barrier of the ratedetermining step of pathway (1) is lower than that of the pathway (2), and the ultima product of pathway (2) is more stable than that of the pathway (1).
The effect of dissolved oxygen concentration on the metabolism of glucose in Pseudomonas putida BM014 was investigated. Glucose was completely converted to 2-ketogluconate via extracellular oxidative pathway and then taken up for cell growth under the condition of sufficient dissolved oxygen concentration. On the other hand, oxygen limitation below dissolved oxygen tension (DOT) value of 20% of air saturation caused the shift of glucose metabolism from the extracellular oxidative pathway to the intracellular phosphorylative pathway. Specific activities of hexokinase and gluconate kinase in intracellular phosphorylation pathway decreased as the DOT increased, while 2-ketogluconokinase activity in extracellular oxidative pathway increased under the same condition. This result can be usefully applied to microbial transformation of glucose to 2-ketogluconate, the synthetic precursor for iso-vitamine C, with almost 100% yield via extracellular oxidation by simple DOT control.
Background: The increasing need to minimize animal testing has sparked interest in alternative methods with more humane, cost-effective, and time-saving attributes. In particular, in silico-based computational toxicology is gaining prominence. Adverse outcome pathway (AOP) is a biological map depicting toxicological mechanisms, composed of molecular initiating events (MIEs), key events (KEs), and adverse outcomes (AOs). To understand toxicological mechanisms, predictive models are essential for AOP components in computational toxicology, including molecular structures. Objectives: This study reviewed the literature and investigated previous research cases related to AOP and in silico methodologies. We describe the results obtained from the analysis, including predictive techniques and approaches that can be used for future in silico-based alternative methods to animal testing using AOP. Methods: We analyzed in silico methods and databases used in the literature to identify trends in research on in silico prediction models. Results: We reviewed 26 studies related to AOP and in silico methodologies. The ToxCast/Tox21 database was commonly used for toxicity studies, and MIE was the most frequently used predictive factor among the AOP components. Machine learning was most widely used among prediction techniques, and various in silico methods, such as deep learning, molecular docking, and molecular dynamics, were also utilized. Conclusions: We analyzed the current research trends regarding in silico-based alternative methods for animal testing using AOPs. Developing predictive techniques that reflect toxicological mechanisms will be essential to replace animal testing with in silico methods. In the future, since the applicability of various predictive techniques is increasing, it will be necessary to continue monitoring the trend of predictive techniques and in silico-based approaches.
The thermoacidophilic archaeon Thermoplasma acidophilum has long been known to utilize D-glucose via the non-phosphorylated Entner-Doudoroff (nED) pathway. We now report the identification of a gene encoding 2-keto-3-deoxy-D-gluconate (KDG) kinase. The discovery of this gene implies the presence of a glycolysis pathway, other than the nED pathway. It was found that Ta0122 in the T. acidophilum genome corresponded to KDG kinase. This enzyme shares no similarity with known KDG kinases, and belongs to a novel class of sugar kinases. Of the five sugars tested only KDG was utilized as a substrate.
Pham, Van Dung;Somasundaram, Sivachandiran;Park, Si Jae;Lee, Seung Hwan;Hong, Soon Ho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.4
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pp.710-716
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2016
Gamma-aminobutyric acid (GABA) is a non-protein amino acid, which is an important inhibitor of neurotransmission in the human brain. GABA is also used as the precursor of biopolymer Nylon-4 production. In this study, the carbon flux from the tricarboxylic acid cycle was directed to the GABA shunt pathway for the production of GABA from glucose. The GABA shunt enzymes succinate-semialdehyde dehydrogenase (GabD) and GABA aminotransferase (GabT) were co-localized along with the GABA transporter (GadC) by using a synthetic scaffold complex. The co-localized enzyme scaffold complex produced 0.71 g/l of GABA from 10 g/l of glucose. Inactivation of competing metabolic pathways in mutant E. coli strains XBM1 and XBM6 increased GABA production 13% to reach 0.80 g/l GABA by the enzymes co-localized and expressed in the mutant strains. The recombinant E. coli system developed in this study demonstrated the possibility of the pathway of the GABA shunt as a novel GABA production pathway.
Abstract Glycolysis has a main function to provide ATP and precursor metabolites for biomass production. Although glycolysis is one of the most important pathways in cellular metabolism, the details of its regulation mechanism and regulating chemicals are not well known yet. The regulation of the glycolytic pathway is very robust to allow for large fluxes at almost constant metabolite levels in spite of changing environmental conditions and many reaction effectors like inhibitors, activating compounds, cofactors, and related metal ions. These changing environmental conditions and metabolic reaction effectors were focused on to understand their roles in the metabolic networks. In this study, we have investigated for construction of the regulatory map of the glycolytic metabolic network and tried to collect all the effectors as much as possible which might affect the glycolysis metabolic pathway. Using the results of this study, it is expected that a complex metabolic situation can be more precisely analyzed and simulated by using available programs and appropriate kinetic data.
Oh Min-Kyu;Cha Mee-Jeong;Lee Sun-Gu;Rohlin Lars;Liao James C.
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.16
no.4
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pp.543-549
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2006
DNA microarray was used to study the transcription profiling of Escherichia coli adapting to acetate as a sole carbon source. Bacteria grown in glucose minimal media were used as a reference. The dynamic expression levels of 3,497 genes were monitored at seven time points during this adaptation. Among the central metabolic genes, the glycolytic and glucose phosphotransferase genes were repressed as the bacteria entered stationary phase, whereas the glyoxylate pathway, TCA cycle, and gluconeogenic genes were induced. Distinct induction or repression patterns were recognized among different pathway genes. For example, the repression of glycolytic genes and the induction of gluconeogenic ones started immediately after glucose was depleted. On the other hand, the regulation of the pentose phosphate pathway genes and glyoxylate genes gradually responded to the glucose depletion or was more related to growth in acetate. When the whole genome was considered, many of the CRP, FadR, and Cra regulons were immediately responsive to the glucose depletion, whereas the $\sigma^s$, Lrp, and IHF regulons were gradually responsive to the glucose depletion. The expression profiling also provided differential regulations between isoenzymes; for example, malic enzymes A (sfcA) and B (maeB). The expression profiles of three genes were confirmed with RT-PCR.
Park, Si Jae;Lee, Seung Hwan;Oh, Young Hoon;Lee, Sang Yup
KSBB Journal
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v.29
no.4
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pp.244-249
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2014
Biosynthesis pathway of medium-chain-length (MCL) polyhydroxyalkanoates (PHA) from fatty acid ${\beta}$-oxidation pathway was constructed in recombinant Escherichia coli by introducing the Pseudomonas sp. 61-3 PHA synthase gene (phaC2) and the maoC genes from Pseudomonas putida, Sinorhizobium meliloti, and Ralstonia eutropha. The metabolic link between fatty acid ${\beta}$-oxidation pathway and PHA biosynthesis pathway was constructed by MaoC, which is homologous to P. aeruginosa (R)-specific enoyl-CoA hydratase (PhaJ1). When the E. coli W3110 strains expressing the phaC2 gene and one of the maoC genes from P. putida, Sinorhizobium meliloti, and Ralstonia eutropha were cultured in LB medium containing 2 g/L of sodium decanoate as a carbon source, MCL-PHA that mainly consists of 3-hydroxyhexanoate (3HHx), 3-hydroxyoctanoate (3HO) and 3-hydroxydecanoate (3HD), was produced. The monomer composition of PHA and PHA contents varied depending on MaoC employed for the production of PHA. The highest PHA content of 18.7 wt% was achieved in recombinant E. coli W3110 expressing the phaC2 gene and the P. putida maoC gene. These results suggest that MCL-PHA biosynthesis pathway can be constructed in recombinant E. coli strains from the b-oxidation pathway by employing MaoC able to supply (R)-3-hydroxyacyl-CoA, the substrate of PHA synthase.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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