• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제26권10호
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• pp.1708-1716
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• 2016

Glucose dehydrogenase (GDH) is an oxidoreductase enzyme and is used as a biocatalyst to regenerate NAD(P)H in reductase-mediated chiral synthesis reactions. In this study, the glucose 1-dehydrogenase B gene (gdhB) was cloned from Bacillus thuringiensis subsp. kurstaki, and wild-type (GDH-BT^WT) and His-tagged (GDH-BT^N-His, GDH-BT^C-His) enzymes were produced in Escherichia coli BL21 (DE3). All enzymes were produced in the soluble forms from E. coli. GDH-BT^WT and GDH-BT^N-His showed high specific enzymatic activities of 6.6 U/mg and 5.5 U/mg, respectively, whereas GDH-BT^C-His showed a very low specific enzymatic activity of 0.020 U/mg. These results suggest that the intact C-terminal carboxyl group is important for GDH-BT activity. GDH-BT^WT was stable up to 65℃, whereas GDH-BT^N-His and GDH-BT^C-His were stable up to 45℃. Gel permeation chromatography showed that GDH-BT^WT is a dimer, whereas GDH-BT^N-His and GDH-BT^C-His are monomeric. These results suggest that the intact N- and C-termini are required for GDH-BT to maintain thermostability and to form its dimer structure. The homology model of the GDH-BT^WT single subunit was constructed based on the crystal structure of Bacillus megaterium GDH (PDB ID 3AY6), showing that GDH-BT^WT has a Rossmann fold structure with its N- and C-termini located on the subunit surface, which suggests that His-tagging affected the native dimer structure. GDH-BT^WT and GDH-BT^N-His regenerated NADPH in a yeast reductase-mediated chiral synthesis reaction, suggesting that these enzymes can be used as catalysts in fine-chemical and pharmaceutical industries.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제44권4호
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• pp.504-511
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• 2016

락툴로오스는 기존에 화학적인 이성화법을 통해 생산해왔던 기능성 당으로서 프로바이오틱스나 장내균총 개선을 위한 의약품으로 활용되어 왔다. 최근 락툴로오스 화학전환법의 단점인 촉매제거와 부산물제거 에너지손실등의 문제를 해결할 수 있는 생물촉매를 이용한 락툴로오스 전환법이 대두되었다. 본연구에서는 유당의 낮은 용해도와 락툴로오스의 효율적전환을 위해 최적의 효소를 선별하여 무작위 돌연변이법으로 유전자를 개량하여 열내성이 $75^{\circ}C$까지 증진되고 활성이 1.3배 향상된 효소를 선별하였다. 이 효소를 정제하여 사용하는 대신 본 연구에서는 과량 발현시킨 대장균을 Ca-alginate로 고정화하여 $70^{\circ}C$에서 200 g/l의 유당과 회분식으로 반응시켜 43%의 전환 수율을 확인하였다. 반복회분식 실험에서 고정화된 담체는 비교적 안정적이었으며 4회 반복반응 후에도 80% 이상의 활성을 유지하고 있었다. 산업적인 방법을 개발하기 위해 고정화 담체를 이용한 반응기의 운전 최적화와 담체의 안정화를 증진시키는 추가적인 연구가 필요하지만, 본 연구에서는 열내성 특성을 이용하여 정제된 효소가 아닌 효소를 발현하는 세포자체를 고정화 시킴으로써 경제성있는 생산에 대한 방법론을 제시하였다.

• 생명과학회지
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• 제19권8호
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• pp.1039-1046
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• 2009

다양한 천연물의 합성대사에 관여하는 식물 cytochrome P450 (P450s)은 그 기능적 다양성에도 불구하고, 이들 효소의 광범위한 기질 특이성을 설명해 줄 수 있는 구조분석에 대해서는 충분한 연구가 이루어지지 못하고 있는 실정이다. 식물 p-coumarate 3-hydroxylase (C3H)에 의해 매개되는 효소 반응은 lignin 과 다양한 phenylpropanoid 부산물들의 생합성에 매우 중요한 것으로 여겨지지만, 막 단백질인 C3H의 발현 및 정제가 효과적으로 이루어지지 못하여, 활성을 측정하기 위한 분석방법이 체계화 되지 못하고 있다. C3H의 작용기작과 기질특이성에 대해 폭넓은 이해를 위한 구조분석의 선행단계는 활성을 갖는 C3H를 밀리그램 단위로 분리, 정제하는 실험적 방법을 확립하는 것이라 할 수 있다. 이를 위해, 본 연구에서는 다양한 돌연변이 방법을 도입하여 식물 막단백질 C3H를 대장균 시스템에서 효과적으로 발현 및 정제할 수 있는 시스템을 사용하였다. 변형된 cytochrome P450 C3H ($C3H_{mod}$)을 세포막으로부터 고농도의 염완충용액을 이용하여 계면활성제 없이 추출하였으며, 2단계 chromatography를 통해 활성을 유지한 상태로 분리할 수 있었다. 이러한 실험적 기법은 NMR 및 X-ray crystallography와 같은 구조분석을 통한 C3H의 효과적인 분석에 적용될 수 있을 것이며, 또한 다른 식물 cytochrome P450 단백질의 효과적인 분석에도 적용 될 수 있을 것이다.