Park, In-Hye;Kim, Sun-Hee;Lee, Yong-Seok;Lee, Sang-Cheol;Zhou, Yi;Kim, Cheol-Min;Ahn, Soon-Cheol;Choi, Yong-Lark
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제19권2호
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pp.128-135
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2009
Acinetohacter baumannii BD5 was isolated from waters of Baek-du mountain, and the lipase gene was cloned using a PCR technique. The deduced amino acid sequence of the lipase and lipase chaperone were found to encode proteins of 325 aa and 344 aa with a molecular mass of 35 kDa and 37 kDa, respectively. The lipase gene was cloned and expressed in Escherichia coli BL21(trxB) as an inclusion body, which was subsequently solubilized by urea, and then purified using Ni-affinity chromatography. After being purified, the lipase was refolded by incubation at $4^{\circ}C$ in the presence of a 1:10 molar ratio of lipase:chaperone. The maximal activity of the refolded lipase was observed at a temperature of $35^{\circ}C$ and pH 8.3 when p-NP caprate(C10) was used as a substrate; however, 28% of the activity observed at $35^{\circ}C$ was still remaining at $0^{\circ}C$. The stability of the purified enzyme at low temperatures indicates that it is a cold-adapted enzyme. The refolded lipase was activated by $Ca^{2+},\;Mg^{2+},\;and\;Mn^{2+}$, whereas $Zn^{2+}\;and\;Cu^{2+}$ inhibited it. Additionally, 0.1% Tween 20 increased the lipase activity by 33%, but SDS and Triton X-100 inhibited the lipase activity by 40% and 70%, respectively.
Misbah, Asmae;Koraichi, Saad Ibnsouda;Jouti, Mohamed Ali Tahri
한국미생물·생명공학회지
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제48권4호
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pp.491-505
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2020
A newly isolated strain, Proteus vulgaris OR34, from olive mill waste was found to secrete an alkaline extracellular lipase at 11 U·ml-1 when cultivated on an optimized liquid medium. This lipase was purified 94.64-fold with a total yield of 9.11% and its maximal specific activity was shown to be 3232.58 and 1777.92 U·mg-1 when evaluated using the pH-stat technique at 55℃ and pH 9 and Tributyrin TC4 or olive oil as the substrate. The molecular mass of the pure OR34 lipase was estimated to be around 31 kDa, as revealed by SDS-PAGE and its substrate specificity was investigated using a variety of triglycerides. This assay revealed that OR34 lipase preferred short and medium chain fatty acids. In addition, this lipase was stable in the presence of high concentrations of bile salt (NaDC) and calcium ions appear not to be necessary for its activity. This lipase was inhibited by THL (Orlistat) which confirmed its identity as a serine enzyme. In addition, the immobilization of OR34 lipase by adsorption onto calcium carbonate increased its stability at higher temperatures and within a larger pH range. The immobilized lipase exhibited a high tolerance to organic solvents and retained 60% of its activity after 10 months of storage at 4℃. Finally, the OR34 lipase was applied in biodiesel synthesis via oleic acid mediated esterification of methanol when using hexane as solvent. The best conversion yield (67%) was obtained at 12 h and 40℃ using the immobilized enzyme and this enzyme could be reused for six cycles with the same efficiency.
To extend the spectrum of enzyme utilization in the organic solvent system, C. rugosal lipase was selected as a model enzyme because its substrate is soluble to organic solvent. One of the serious disadvantages in this system was the deactivation of the lipase. The pattern of lipase deactivation was the biphasic model. The activation energies for the deactivation were 14.05${\times}$10$^4$ KJ/Kg mole in the first phase and 3.59 ${\times}$ 10$^4$ KJ/mole in the second phase. The several factors were studied for their influences on the pattern of deactivation. Iso-octane as organic solvent influenced more on the first phase than the second phase. Urea as the reagent affecting boty hydrophobic interaction and hydrogen bond of enzyme also influencea more on the first phase. And the optimum pH for the activity was not correlated to that of the stability.
The paper discusses the use of stable emulsion, prepared by membrane emulsification technology, to improve the enantiocatalytic performance of immobilised lipase in multiphasic membrane reactors. The production of optical pure (S)-naproxen from racemic naproxen methyl ester has been used as model reaction system. The enzyme was immobilised in the sponge layer (shell side) of capillary polyamide membrane with 50 kDa cut-off, The O/W emulsion, containing the substrate in the organic dispersed phase, was fed to the enzyme membrane reactor from shell-to-lumen. The results evidenced that lipase maintained stable activity during all the operation time (more than 250 hours), showing an enantiomeric excess (96 $\pm$2%) comparable to the free enzyme (98 $\pm$ 1%) and much higher compared to similar lipase-loaded membrane reactors used in two-separate phase systems (90%). The study showed that immobilised enzymes can achieve high stability as well as high catalytic activity and enantioselectivity.
Experiments on deactivation kinetics of immobilized lipase enzyme from Candida cyl-indracea were performed in stirred bath reactor using rice bran oil as the substrate and temperature as the deactivation parameter. The data were fitted In first order deactivation model. The effect of temperature on deactivation rate was represented by Arrhenius equation. Theoretical equations were developed based on pseudo-steady state approximation and Michaelis -Menten rate expression to predict the time course of conversion due to enzyme deactivation and apparent half-life of the immobilized enzyme activity in PFR and CSTH under constant feed rate polity for no diffusion limitation and diffusion limitation of first order. Stability of enzyme in these continuous reactors was predicted and factors affecting the stability were analyzed.
In order to use an enzyme industrially, it is necessary to increase the activity of the enzyme and optimize the reaction characteristics through molecular evolution techniques. We used the error-prone PCR method to improve the reaction characteristics of LipCA lipase discovered in Antarctic Croceibacter atlanticus. Recombinant Escherichia coli colonies showing large halo zones were selected in tributyrin-containing medium. The lipase activity of one mutant strain (M3-1) was significantly increased, compared to the wild-type (WT) strain. M3-1 strain produced about three times more lipase enzyme than did WT strain. After confirming the nucleotide sequence of the M3-1 gene to be different from that of the WT gene by four bases (73, 381, 756, and 822), the secondary structures of WT and M3-1 mRNA were predicted and compared by RNAfold web program. Compared to the mean free energy (MFE) of WT mRNA, that of M3-1 mRNA was lowered by 4.4 kcal/mol, and the MFE value was significantly lowered by mutations of bases 73 and 756. Site-directed mutagenesis was performed to find out which of the four base mutations actually affected the enzyme expression level. Among them, one mutant enzyme production decreased as WT enzyme production when the base 73 was changed (T→ C). These results show that one base change at position 73 can significantly affect protein expression level, and demonstrate that changing the mRNA sequence can increase the stability of mRNA, and can increase the production of foreign protein in E. coli.
유지방구로부터 분리 정제한 lipase의 활성과 안정성에 미치는 pH의 영향을 야자유와 균질유를 기질로 하여 조사하였다. 효소원으로 buttermilk를 사용하였을 경우는 반응온도 $37^{\circ}C$에서 야자유, 균질유 모두 pH 9.5에서 최대 활성을 나타내었으며, 전형적인 종형의 pH의 존곡선을 나타내었다. 그러나 반응온도 $0^{\circ}C$에서는 pH 10.0까지 활성이 증가하였다. 정제 lipase를 사용한 경우는 반응응도 $37^{\circ}C$에서 균질유를 기질로 사용하였을 때 종 모양의 곡선을 나타내었으며, 최대 활성은 pH 9.0에서 나타났다. 반응온도 $0^{\circ}C$에서는 pH 10.0까지 활성이 계속 증가하였다. BSA를 첨가한 야자유를 기질로 사용한 경우는 반응온도 $37^{\circ}C$, $0^{\circ}C$ 모두 최대 활성이 pH 9.5에 나타났으며, pH 10.0에서는 활성이 현저하게 저하하였다. 정제 lipase의 안정성에 미치는 pH의 증가에 따라 현저하게 저하하였다. pH 10.0에서 $37^{\circ}C$로 20분간 효소를 유지하였을 경우 lipase의 활성은 pH 8.5 때의 활성에 비하여 13%로 감소하였다. 그러나, $4^{\circ}C$에서 60분간 효소를 유지하였을 경우는 lipase 활성이 pH 7.5∼10.0의 범위에서 안정하였다.
제조과정에서 단백질 약물의 생물학적 활성의 보존은 약물의 성공적인 전달에 있어 여전히 중요한 과제이다. 이중에멀션 유기용매 증발법을 사용하여 나노입자를 제조하였고, 입자의 형태, 크기, 함입률 그리고 방출속도와 방출되는 효소의 활성을 살펴보았다. 입자의 크기는 고분자인 락타이드 글리콜라이드 공중합체의 농도가 증가할수록 커졌으며, 유화제의 농도에는 큰 차이가 없었으나, 4% PVA의 사용에서 가장 좁은 입자분포를 얻을 수 있었다. 최적의 조건에서 72.6%의 단백질 함입률과 $198.3{\pm}13.8 nm$ 크기의 나노입자를 얻었다. 입자로부터 효소의 방출은 첫 방출시기에 매우 빠르게 일어났으며 12일 내에 83%가 방출되었다. 이에 따른 방출되는 효소의 활성은 6일째까지 증가되었다.
Candida rugosa와 Rhizopus arrhizus 리파제를 photocrosslinkable resin prepolymer에 고정화시켜서 이소옥탄을 유기용매로 사용한 이상계를 이용해서 유지분해 및 에스테르교환 반응을 보고자했다. Dioctylsulfosuccinate가 가장 좋은 surfactant였다. 소수성 젤인 ENTP-3000에 고정된 리파제가 좋은 활성을 나타냈고 친수성 젤인 ENT-4000에 고정된 리파제가 유기용매에 대해 안정했다. 고정화 matrix의 소수성이 증가될수록Vm(app)는 증가되었으나 Km(app)는 거의 일정했다. 리파제의 최적 pH는 소수성 젤인 ENTP-3000에 고정된 경우 C. rugosa와 R. arrhizus 리파제에 대해서 각각 6.0과 6.5였으나, 친수성 젤에 고정된 리파제는 짧은 시간 반응에는 pH에 크게 영향을 받지 않았으나 긴 시간 동안 반응시킬 때는 역시 pH6.0과 6.5에서 각각 C. rugosa와 R. arrhizus 리파제가 높은 양의 지방산을 분해시켰다. 리파제를 entrapment 시키면 열안정성이 증가됨을 알 수 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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