남극해에는 산업적으로 유용한 신규 효소촉매를 생산하는 미생물들이 들어 있다. 우리는 로스해(Ross Sea)로부터 분리한 여러 저온성 박테리아를 조사하였으며, 그 중에서 지방분해 능력이 뛰어난 Croceibacter atlanticus (No. 40-F12)를 찾았다. Shotgun 클로닝 방법으로 리파아제 유전자(lipCA)를 찾았으며 Escherichia coli 균에서 LipCA 효소를 발현하였다. Spain Arreo metagenome alpha/beta hydrolase를 기준으로 LipCA 상동구조모델을 만들어서 분석한 결과, ${\alpha}/{\beta}$ hydrolase fold, Gly-X-Ser-X-Gly motif, 그리고 lid 구조를 갖고 있기 때문에 전형적인 리파아제 효소임이 밝혀졌다. Ammonium sulfate 침전법과 겔여과 크로마토그래피를 통해서 세포추출액으로부터 LipCA 효소를 순수하게 분리한 후, 최적 온도, pH, 안정성, 기질특이성, 유기용매 안정성 등의 효소특성을 규명하였다. LipCA를 cross-linked enzyme aggregate (CLEA) 방법으로 고정화하고 효소특성을 조사, 비교하였다. 고정화를 통해 온도, pH, 유기용매에 대한 안정성이 증가하였고 기질특이성의 변화는 관찰되지 않았다. $LipCA^{CLEA}$는 원심분리 방법으로 쉽게 회수되었고 4번의 재사용 후에 40% 이상의 활성이 잔재하였다. 이 논문은 C. atlanticus 리파아제의 발현, 특성규명, Cross-linked Enzyme Aggregated 고정화를 바탕으로 안정성을 높여 산업적 활용 가능성을 제시한 최초의 보고이다.
An intracellular lipase from Anoxybacillus flavithermus HBB 134 was purified to 7.4-fold. The molecular mass of the enzyme was found to be about 64 kDa. The maximum activity of the enzyme was at pH 9.0 and 50℃. The enzyme was stable between pH 6.0 and 11.0 at 25℃, 40℃, and 50℃ for 24 h. The Km and Vmax of the enzyme for pNPL substrate were determined as 0.084 mM and 500 U/mg, respectively. Glycerol, sorbitol, and mannitol enhanced the enzyme thermostability. The enzyme was found to be highly stable against acetone, ethyl acetate, and diethyl ether. The presence of PMSF, NBS, DTT and β-mercaptoethanol inhibited the enzyme activity. Hg2+, Fe3+, Pb2+, Al3+, and Zn2+ strongly inhibited the enzyme whereas Li+, Na+, K+, and NH4+ slightly activated it. At least 60% of the enzyme activity and stability were retained against sodium deoxycholate, sodium taurocholate, n-octyl-β-D-glucopyranoside, and CHAPS. The presence of 1% Triton X-100 caused about 34% increase in the enzyme activity. The enzyme is thought to be a true lipase since it has preferred the long-chain triacylglycerols. The lipase of HBB 134 cleaved triolein at the 1- or 3-position.
Acidolysis of olive oil with omega-3 (n-3) polyunsaturated fatty acids (PUFAs) was carried out to produce a structured lipid. Novozym $435^{(R)}$ from Candida antarctica was used as the biocatalyst. Response surface methodology (RSM) was used to determine optimum conditions for lipase-catalyzed enrichment of olive oil. Three factors, 5 levels, central composite design was used. The effects of incubation time, temperature, and substrate mole ratio on incorporation ratio (n-3 fatty acids/total fatty acids, %) were investigated. From the evaluation of response surface graphs, the optimal conditions for incorporation of long chain n-3 PUFAs into olive oil were $40-60^{\circ}C$ for temperature, 30-45 hr for reaction time, and 3:1-5:1 (n-3 fatty acids/olive oil) for substrate mole ratio. Experiments conducted under optimized conditions predicted by the model equation obtained from RSM yielded structured lipids with 50.8% n-3 PUFAs. This value agreed well with that predicted by the model. Oxidative stability tests showed that the product was more susceptible to oxidation than unmodified olive oil. Antioxidant addition improved the oxidative stability of the product.
Lipases are important enzymes with biotechnological applications in dairy, detergent, food, fine chemicals, and pharmaceutical industries. Specifically, hormone-sensitive lipase (HSL) is an intracellular lipase that can be stimulated by several hormones, such as catecholamine, glucagon, and adrenocorticotropic hormone. Bacterial hormone-sensitive lipases (bHSLs), which are homologous to the C-terminal domain of HSL, have ${\alpha}/{\beta}-hydrolase$ fold with a catalytic triad composed of His, Asp, and Ser. These bHSLs could be used for a wide variety of industrial applications because of their high activity, broad substrate specificity, and remarkable stability. In this review, the relationships among HSLs, the microbiological origins, the crystal structures, and the biotechnological properties of bHSLs are summarized.
An, Gwangmin;Kim, Young Min;Koo, Yoon-Mo;Ha, Sung Ho
분석과학
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제30권3호
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pp.138-145
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2017
Microwave-assisted organic synthesis has gained a remarkable interest over the past years because of its advantages - (i) rapid energy transfer and superheating, (ii) higher yield and rapid reaction, (iii) cleaner reactions. Ionic liquids are well known for their unique properties such as negligible vapor pressure and high thermal stability. With these properties, ionic liquids have gained increasing attention as green, multi-use reaction media. Recently, ionic liquids have been applied as reaction media for biocatalysis. Lipase-catalyzed reactions in ionic liquids provide high activity and yield compared to conventional organic solvents or solvent free system. Since polar molecules are generally good absorbent to microwave radiation, ionic liquids were investigated as reaction media to improve activity and productivity. In this study, therefore, the effect of microwave irradiation in ionic liquids was investigated on lipase catalyzed reactions such as benzyl acetate synthesis and caffeic acid phenethyl ester synthesis. Comparing to conventional heating, microwave heating showed almost the same final conversion but increased initial reaction rate (3.03 mM/min) compared to 2.11 mM/min in conventional heating at $50^{\circ}C$.
Aspergillus niger와 Penicillium chrysogenum간의 lipase 우수 생성 종간 형질전환체를 획득하고, 유전분석을 통하여 다음과 같은 결과를 얻었다. (1) P. chrysogenum의 영양요구물을 확인하여 본 결과 Tyrosine 요구성임을 알 수 있었다. (2) 핵전이를 위한 원형질체 형성 및 재생 조건에서는 Novozym 234의 농도 1%, 삼투안정제는 0.6M KCl, 효소의 처리 시간은 180분 그리고 최적 pH는 5.8로 나타났다. (3) 핵전이에 의한 형질전환의 빈도는 $1.3{\times}$10^{-3}$$$-3.8{\times}$10^{-3}$$으로 비교적 낮은 편이었다. (4) 유전적 안정성, conidia의 크기, DNA 함량의 측정 그리고 핵염색의 결과 형질전환체의 핵형은 aneuploid로 추정되었다. (5) 형질전환체의 lipase활성은 모균주와 비교하여 1.4-2.2배 증가하였다.
Su, Hongfei;Mai, Zhimao;Yang, Jian;Xiao, Yunzhu;Tian, Xinpeng;Zhang, Si
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제26권6호
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pp.1067-1076
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2016
The gene encoding lipase (Lip98) from Aeromicrobium sp. SCSIO 25071 was cloned and functionally expressed in Escherichia coli. Lip98 amino acid sequence shares the highest (49%) identity to Rhodococcus jostii RHA1 lipase and contains a novel motif (GHSEG), which is different from other clusters in the lipase superfamily. The recombinant lipase was purified to homogeneity with Ni-NTA affinity chromatography. Lip98 showed an apparent molecular mass of 30 kDa on SDS gel. The optimal temperature and pH value for enzymatic activity were recorded at 30℃ and 7.5, respectively. Lip98 exhibited high activity at low temperatures with 35% maximum activity at 0℃ and good stability at temperatures below 35℃. Its calculated activation energy was 4.12 kcal/mol at the low temperature range of 15-30℃. Its activity was slightly affected by some metal ions such as K+, Ca2+, and Na+. The activity of Lip98 was increased by various organic solvents such as DMSO, ethanol, acetone, and hexane with the concentration of 30% (v/v) and retained more than 30% residual activity in neat organic solvent. The unique characteristics of Lip98 imply that it is a promising candidate for industrial application as a nonaqueous biocatalyst and food additive.
바이오디젤은 긴 사슬 지방산의 알킬 에스테르로서 동물성 지방 또는 식물성 오일과 알코올이 반응하여 에스테르 교환 반응에 의해 생성되는 대체연료이다. 지난 십여 년 동안, 다양한 리파아제를 이용한 바이오디젤 생산에 대해 연구되었다. 하지만 효소 촉매 공정을 통한 바이오디젤 생산의 경우, 높은 효소 단가로 산업적 공정에 쉽게 적용할 수 없었다. 이러한 문제점을 극복하기 위해, 저렴한 오일 원료를 선택하거나, 바이오디젤 생산에 적합한 리파아제를 스크리닝하는 과정 또는 리파아제 고정화 방법이 활발히 연구되었다. 이번 연구에서는 P. vulgaris에서 유래한 리파아제 K80을 E. coli균에서 발현하여 얻은 효소액으로 바이오디젤을 생산하였다. 재조합 리파아제 K80은 높은 발현량을 보였으며, 높은 가수분해 반응의 비활성도(specific activity)와 유기용매에서 높은 안정성을 확인했다. 리파아제 K80은 올리브 오일과 메탄올을 3-stepwise 방법을 이용하여 바이오디젤을 생산할 수 있었다. 리파아제 K80을 소수성 결합을 이용하여 담체 표면에 흡착시켜 얻은 고정화 K80을 이용하여 수용성 리파아제 K80과 동일한 방법으로 바이오디젤을 생산한 결과, 효율적으로 바이오디젤 생산을 확인했다. 고정화 K80은 다양한 식물성 오일과 메탄올을 사용하여 효과적으로 바이오디젤을 생산하였다. 고정화 K80을 이용하여 바이오디젤 생산뿐만 아니라 다른 산업적 공정에서도 활용할 수 있을 것으로 기대한다.
Lipase from Candida rugosa was immobilized on $MgO{\cdot}SiO_2$ hybrid grafted with amine, thiol, cyano, phenyl, epoxy and carbonyl groups. The products were analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance, low-temperature $N_2$ sorption and elemental analysis. Additionally, the degree of coverage of the oxide material surface with different functional groups and the number of surface functional groups were estimated. The Bradford method was used to determine the quantity of immobilized enzyme. The largest quantity of enzyme (25-28 mg/g) was immobilized on the hybrid functionalized with amine and carbonyl groups. On the basis of hydrolysis reaction of p-nitrophenyl palmitate to p-nitrophenol, it was determined how the catalytic activity of the obtained biocatalysts is affected by pH, temperature, storage time, and repeated reaction cycles. The best results for catalytic activity were obtained for the lipase immobilized on $MgO{\cdot}SiO_2$ hybrids with amine and carbonyl groups. The biocatalytic system demonstrated activity above 40% in the pH range 4-10 and in the temperature range $30-70^{\circ}C$. Lipase immobilized on the $MgO{\cdot}SiO_2$ systems with amine and epoxy groups retains, respectively, around 80% and 60% of its initial activity after 30 days of storage, and approximately 60-70% after 10 reaction cycles.
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.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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