We developed a glucose sensor using glucose dehydrogenase flavin adenine dinucleotide (GDH-FAD). The structure of the three-layer glucose sensor was simplified, in which a single-layer design was used to lower the unit cost, and GDH-FAD was used to increase the measurement reliability. GDH-FAD has less impact on the 20 interfering substances that affect blood glucose measurement, such as galactose and maltose compared to glucose oxidase (GOD), and is not affected by the oxygen saturation; therefore, it is possible to measure both arterial or venous blood and thus less susceptibility to hematocrit. In this study, we developed a single-layer glucose sensor strip with low hematocrit effect using the GDH-FAD enzyme, and measured and evaluated the performance.
A. calcoaceticus C10 grown on cyclohexanol as sole source of carbon and energy produced cyclohexanol dehydrogenase(CDH) and glucose dehydrogenase (GDH) concomitantly. CDH and GDH were different in coenzyme, induction and electrophoretic patterns. CDH depended for activity on $NAD^+$ only, while GDH required $NAD^+$ or $NADP^+$ alternatively. CDH was produced in the medium added cyclohexanol, but GDH was produced in various media such as LB, LB added 0.2% glucose or cyclohexanol and cyclohexanol medium. Productivity of CDH in A. calcoaceticus C10 was enhanced about 8 times by the addition of 0.2% cyclohexanol to LB medium after 4 hours as much as LB medium only. Production of CDH was induced by cyclohexanol, cyclohexanone, cyclohexan-1,2-diol and cyclohexene oxide, but not induced by ${\varepsilon}-caprolactone$ and adipate.
Hyun, Jeongwoo;Abigail, Maria;Choo, Jin Woo;Ryu, Jin;Kim, Hyung Kwoun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.26
no.10
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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-BTWT) and His-tagged (GDH-BTN-His, GDH-BTC-His) enzymes were produced in Escherichia coli BL21 (DE3). All enzymes were produced in the soluble forms from E. coli. GDH-BTWT and GDH-BTN-His showed high specific enzymatic activities of 6.6 U/mg and 5.5 U/mg, respectively, whereas GDH-BTC-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-BTWT was stable up to 65℃, whereas GDH-BTN-His and GDH-BTC-His were stable up to 45℃. Gel permeation chromatography showed that GDH-BTWT is a dimer, whereas GDH-BTN-His and GDH-BTC-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-BTWT single subunit was constructed based on the crystal structure of Bacillus megaterium GDH (PDB ID 3AY6), showing that GDH-BTWT 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-BTWT and GDH-BTN-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.
Park, In-Hye;Song, Ok-Ryul;Lee, Yong-Seok;Kang, Ui-Gum;Choi, Si-Lim;Choi, Yong-Lark
Journal of Life Science
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v.18
no.6
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pp.878-883
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2008
Aeromonas hydrophila DA33 was isolated from cultivated soils as a bacteria having high abilities to solubilize inorganic phosphate. Glucose dehydrogenase gene (gdh) was cloned from Escherichia coli. The recombinant plasmid, pGHS containing glucose dehydrogenase gene was introduced into A. hydrophila DA33 in order to improve the activity of phosphate-solubilizing. The transformant harboring the gdh gene, A. hydrophila pGHS/DA33 increased enzyme activity. The strain also increased the gluconic acid generation that was effective for phosphate solubilization. It was possible that the strain containing pGHS produced higher solubilized phosphate with tri-calcium phosphate as the unique (P) source, in comparison with that of wild type without plasmid. These results suggest that the strain, A. hydrophila pGHS/DA33 is expected as effective biofertilizer for phosphate solubilization.
Kim, Eun-A;Yang, Seung-Ju;Choi, Soo-Young;Lee, Woo-Je;Cho, Sung-Woo
BMB Reports
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v.45
no.8
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pp.458-463
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2012
We investigated the mechanisms involved in KHG26377 regulation of glutamate dehydrogenase (GDH) activity, focusing on the roles of SIRT4 and SIRT3. Intraperitoneal injection of mice with KHG26377 reduced GDH activity with concomitant repression of glucose-induced insulin secretion. Consistent with their known functions, SIRT4 ribosylated GDH and reduced its activity, and SIRT3 deacetylated GDH, increasing its activity. However, KHG26377 did not affect SIRT4-mediated ADP-ribosylation/inhibition or SIRT3-mediated deacetylation/activation of GDH. KHG26377 had no effect on SIRT4 protein levels, and did not alter total GDH, acetylated GDH, or SIRT3 protein levels in pancreatic mitochondrial lysates. These results suggest that the mechanism by which KHG26377 inhibits GDH activity and insulin secretion does not involve ADP-ribosylation of GDH by SIRT4 or deacetylation of GDH by SIRT3.
Flavin adenine dinucleotide-dependent glucose dehydrogenase (FAD-GDH) can utilize a variety of external electron acceptors and also has stricter substrate specificity than any other glucose oxidoreductases, which makes it the ideal diagnostic enzyme in the field of glucose biosensors. A gene coding for a hypothetical protein, similar to glucose oxidase and derived from Aspergillus terreus NIH2624, was overexpressed in Pichia pastoris GS115 under the control of an AOX1 promoter with a level of 260,000 U/l in the culture supernatant after fed-batch cultivation for 84 h. After a three-step purification protocol that included isopropanol precipitation, affinity chromatography, and a second isopropanol precipitation, recombinant FAD-GDH was purified with a recovery of 65%. This is the first time that isopropanol precipitation has been used to concentrate a fermentation supernatant and exchange buffers after affinity chromatography purification. The purified FAD-GDH exhibited a broad and diffuse band between 83 and 150 kDa. The recombinant FAD-GDH was stable across a wide pH range (3.5 to 9.0) with maximum activity at pH 7.5 and $55^{\circ}C$. In addition, it displayed very high thermal stability, with a half-life of 82 min at $60^{\circ}C$. These characteristics indicate that FAD-GDH will be useful in the field of glucose biosensors.
Naveed, Muhammad;Sohail, Younas;Khalid, Nauman;Ahmed, Iftikhar;Mumtaz, Abdul Samad
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.25
no.8
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pp.1349-1360
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2015
The rhizospheric zone abutting plant roots usually clutches a wealth of microbes. In the recent past, enormous genetic resources have been excavated with potential applications in host plant interaction and ancillary aspects. Two Pseudomonas strains were isolated and identified through 16S rRNA and rpoD sequence analyses as P. fluorescens QAU67 and P. putida QAU90. Initial biochemical characterization and their root-colonizing traits indicated their potential role in plant growth promotion. Such aerobic systems, involved in gluconic acid production and phosphate solubilization, essentially require the pyrroloquinoline quinine (PQQ)-dependent glucose dehydrogenase (GDH) in the genome. The PCR screening and amplification of GDH and PQQ and subsequent induction of mutagenesis characterized their possible role as antioxidants as well as in growth promotion, as probed in vitro in lettuce and in vivo in rice, bean, and tomato plants. The results showed significant differences (p ≤ 0.05) in parameters of plant height, fresh weight, and dry weight, etc., deciphering a clear and in fact complementary role of GDH and PQQ in plant growth promotion. Our study not only provides direct evidence of the in vivo role of GDH and PQQ in host plants but also reveals their functional inadequacy in the event of mutation at either of these loci.
Redox complexes to transport electrons from enzyme to electrodes are very important part in glucose sensor. Pentacyanoferrate-bound aniline ($Fe(CN)_5$-aminopyridine), was prepared as a potential redox mediator in a glucose dehydrogenase (GDH)-glucose sensor. The synthesized pyridyl-$NH_2$ to pentacyanoferrate was characterized by the electrochemical and spectroscopic methods. A amperometric enzyme-linked electrode was developed based on GDH, which catalyses the oxidation of glucose. Glucose was detected using GDH that was co-immobilized with an $Fe(CN)_5$-aminopyridine and gold nano-particles (AuNPs) on ITO electrodes. The $Fe(CN)_5$-aminopyridine and AuNPs immobilized onto ITO electrodes provided about a two times higher electrochemical response compared to that of a bare ITO electrode. As glucose was catalyzed by wired GDH, the electrical signal was monitored at 0.4 V versus Ag/AgCl by cyclic voltammetry. The anode currents was linearly increased in proportion to the glucose concentration over the 0~10 mM range.
Fungal cytochrome P450 (CYP) enzymes catalyze versatile monooxygenase reactions and play a major role in fungal adaptations owing to their essential roles in the production avoid metabolites critical for pathogenesis, detoxification of xenobiotics, and exploitation avoid substrates. Although fungal CYP-dependent biotransformation for the selective oxidation avoid organic compounds in yeast system is advantageous, it often suffers from a shortage avoid intracellular NADPH. In this study, we aimed to investigate the use of bacterial glucose dehydrogenase (GDH) for the intracellular electron regeneration of fungal CYP monooxygenase in a yeast reconstituted system. The benzoate hydroxylase FoCYP53A19 and its homologous redox partner FoCPR from Fusarium oxysporum were co-expressed with the BsGDH from Bacillus subtilis in Saccharomyces cerevisiae for heterologous expression and biotransformations. We attempted to optimize several bottlenecks concerning the efficiency of fungal CYP-mediated whole-cell-biotransformation to enhance the conversion. The catalytic performance of the intracellular NADPH regeneration system facilitated the hydroxylation of benzoic acid to 4-hydroxybenzoic acid with high conversion in the resting-cell reaction. The FoCYP53A19+FoCPR+BsGDH reconstituted system produced 0.47 mM 4-hydroxybenzoic acid (94% conversion) in the resting-cell biotransformations performed in 50 mM phosphate buffer (pH 6.0) containing 0.5 mM benzoic acid and 0.25% glucose for 24 h at $30^{\circ}C$. The "coupled-enzyme" system can certainly improve the overall performance of NADPH-dependent whole-cell biotransformations in a yeast system.
Park, Hyun-Joo;Jung, Ji-Hye;Choi, Hye-Jeong;Uhm, Ki-Nam;Kim, Hyung-Kwoun
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.20
no.9
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pp.1300-1306
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2010
Ethyl (R, S)-4-chloro-3-hydroxybutanoate (ECHB) is a useful chiral building block for the synthesis of L-carnitine and hypercholesterolemia drugs. The yeast reductase, YOL151W (GenBank locus tag), exhibits an enantioselective reduction activity, converting ethyl-4-chlorooxobutanoate (ECOB) exclusively into (R)-ECHB. YOL151W was generated in Escherichia coli cells and purified via Ni-NTA and desalting column chromatography. It evidenced an optimum temperature of $45^{\circ}C$ and an optimum pH of 6.5-7.5. Bacillus subtilis glucose dehydrogenase (GDH) was also expressed in Escherichia coli, and was used for the recycling of NADPH, required for the reduction reaction. Thereafter, Escherichia coli cells co-expressing YOL151W and GDH were constructed. After permeablization treatment, the Escherichia coli whole cells were utilized for ECHB synthesis. Through the use of this system, the 30 mM ECOB substrate could be converted to (R)-ECHB.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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