• Applied Biological Chemistry
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• 제48권3호
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• pp.189-200
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• 2005

생물학적 질소고정과정의 연구는 학문적으로나 산업적으로 매우 중요한 과정이다. 본 총설에서는 공업적 질소고정과 비교되는 생물학적 질소고정의 특징을 간단히 살펴보고, Azotobacter vinelandii에서 연구되고 있는 생물학적 질소고정효소의 특징을 다룬다. 생물학적 질소고정과정은 다양한 생명체에서 일어나며, 최근에는 미생물인 A. vinelandii에 그 작용 메커니즘에 관한 연구가 집중되어 있다. 공기중의 질소를 암모니아로 변환시키는 질소고정은 화학적으로 환원 반응에 해당하므로 전자의 공급이 필요하다. 생물학적 질소고정을 담당하는 질소고정효소는 촉매반응을 위해 생물학적인 환원력을 사용하여 전자를 공급받아, Fe 단백질의 $Fe_4S_4$ cluster와 MoFe 단백질의 P-cluster를 거쳐 질소 환원 반응이 일어나는 FeMo-cofactor로 전달한다. 이러한 전자전달의 과정과 수소이온의 전달 과정은 질소고정효소의 반응 메커니즘 이해에 매우 중요한 과정이며, FeMo-cofactor와 질소분자의 상호작용은 생물학적 질소고정 메커니즘의 중심에 있다. 질소고정 작용 메커니즘의 연구에는 X-선 단백질 결정학, EPR과 $M{\ddot{u}}ssbauer$ 등의 다양한 분광학적 방법과, 효소의 기질과 저해제의 상호작용을 연구하고 mutant와 비교하는 생화학적 접근방법, 그리고 FeMo-cofactor의 모델 화합물을 합성하여 연구하는 화학적 방법 등이 적용되었다. 이들 분야의 최근 연구결과를 소개하며, 마지막으로, 다양한 연구 결과에 바탕하여 새로운 질소고정효소의 작용 기작이 제안하였다.

• 미생물학회지
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• 제30권5호
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• pp.391-396
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• 1992

광자가영양이며 질소고정는을 갖는 사상체의 남조 Anabaena variabilis ATCC 29413 Allen & Arnon (1/8) 의 무질소 최소배지에서 배양하여, 이형세포를 유도하고 생장과 질소고정활성의 변화와 각종 조절요인의 영향을 분석하였다. 질소결핍의 배지에서 생장과 질소고정활성의 증가율은 비례하였고, 생장에 따한 배지내 질산 ($NO^{3}$-N) 의 축적을 보였으며, 배양 6일 후에도 생장은 지속되었으나, 질소고정은 최대활성을 보인후 급격한 감소를 보여 질산의 저해농도와 일치하였다. 중요 환경요인의 영향은 혐기적 조건, 10,000 lux pH 8 및 $30^{\circ}C$ 에서 최적의 생장과 활성을 보였고, 질소화합물은 0.1 mM 이상의 저농도에서 현저히 활성을 저해하였으며, 탄산은 5 mM 에서 활성을 촉진하였으나 보다 높은 농도에서 저해를 보였다. 내염성을 NaCl 20mM 이하이었고 중금속이온은 $Hg^{2+}$>$Cd^{2+}$> $Co^{2+}$>$Zn^{2+}$>$Pb^{2+}$의 순으로 0.3~10 ppm 의 범위에서 활성을 저해하였다. 탄수화물은 0.5-1.0% 에서 생장과 활성을 촉진하였고, 설탕>과당>포도당의 순이었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제16권1호
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• pp.52-56
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• 2006

The effect of bensulfuron-methyl on the nontargeted cyanobacteria was greater on A. variabillis than N. commune. Both A. variabillis and N. commune were initially able to utilize low concentrations of the herbicide, bensulfuron-methyl, whereas higher concentrations of bensulfuron-methyl or the hydrolyzed products of the herbicide were found to be toxic. Growth and photosynthesis inhibitions of over $50\%$ were observed, when 8 to 10 ppm of the herbicide was applied. Nitrogenase activities of the cyanobacteria were decreased by $94-98\%$ in A. variabillis and by $85-86\%$ in N. commune after 24 h of incubation with 10 ppm and 20 ppm of bensulfuron-methyl. Nitrogenase activities were also inhibited by the addition of ammonium salts as low as 0.05 mM. Furthermore, the toxic effect of the herbicide was the highest at pH 4-6, showing approximately $42-60\%$ toxicity, whereas much lower toxicity $(9-28\%)$ was observed at higher pH of 7-10, due to base-catalyzed hydrolysis of bensulfuron-methyl.

• Environmental Engineering Research
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• 제20권1호
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• pp.41-50
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• 2015

The cyanobacterium Anabaena doliolum Ind1 isolated from a coal mining site was tested for removal of cadmium at optimum pH 7.0 and temperature $25^{\circ}C$. The organism recorded high percentage of metal removal (92-69%) within seven days of exposure to 0.5-2.0 ppm cadmium. Biosorption onto the cell surface was the primary mode of metal removal. Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) established hydroxyl, amides, carboxyl, sulphate and carbonyl groups to be the major functional groups on the cell surface involved in cadmium binding. Cellular ultrastructure and a range of vital physiological processes (i.e., photosynthetic pigments, respiration, photosynthesis, heterocyst frequency and nitrogenase activity) remained unaffected upon 0.5 ppm treatment; higher concentrations of cadmium exerted visible adverse effects. Amongst the five photosynthetic pigments tested, phycocyanin was the most targeted pigment (inhibition was 15-89%). Both respiration and photosynthetic activities were inhibited by cadmium with more severe effect seen on respiration. 2.0 ppm cadmium exposure also had drastic negative effect on nitrogenase activity (87% decreased).

• 한국환경과학회지
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• 제21권9호
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• pp.1139-1147
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• 2012

To find out the growth conditions for the maximum activity of nitrogenase which catalyzes nitrogen fixation in Rhodobacter sphaeroides, the promoter activities of nifA and nifH were analyzed and the results indicated that expression of both nifA and nifH was increased in response to deprivation of both O2 concentration and nitrogen source. The nifA mutant was constructed by deleting the gene to investigate the effect of NifA, the transcriptional regulator, on the nifH and nifA expression in R. sphaeroides. Analysis of expression of nif genes using the nifA::lacZ and nifH::lacZ fusions in the nifA mutant revealed that NifA acts as a positive activator for nifH and an autoregulator in its own expression. The promoter activities of nifA and nifH in the prrA mutant grown under anaerobic and ${NH_4}^+$-free conditions were derepressed, comparing with those of the wild-type grown under the same conditions, indicating that the prrA product acts as a positive regulator in expression of nifA and nifH.

• 미생물학회지
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• 제29권6호
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• pp.408-415
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• 1991

TOL plsmid size of Flavobacterium odoratum SUB53 was estimated as 83 Md and the optimum concentration of m-toluate degradation by TOL plasmid was 5 mM. $H_{2}$ production by Rhodopseudomonas sphaeroides KCTC1425 was largely dependent on nitrogenase activity and showed the highest at 30 mM malate with 7 mM glutamate as nitrogen source. Nitrogenase activities were inhibited by 0.3 mM $NH_{4}^{+}$ions, to be appeared the decrease of $H_{2}$ production. Conjugation of TOL plasmids from F. odoratum SUB53 and Pseudomonas putida mt-2 to R. sphaeroides showed the optimum at the exponential stage of recipient cells in presence of helper plasmid pRK2013. According to the investigation of catechol-1,2-oxygenase (C-1, 2-O) and catechol-2,3-oxygenase (C-2,3-O) activities of R. sphaeroides C1 (TOL SUB53) and C2 (TOL mt-2), the gene for C-2,3-O is located on TOL plasmid and gene for C-1, 2-O on the chromosome of R. sphaeroides. m-Toluate was biodegraded by TOL plasmid in R. sphaeroides C1 and C2, presumably to be produced $H_{2}$ gas from the secondary metabolites of m-toluate.e.

• 미생물학회지
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• 제27권1호
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• pp.21-26
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• 1989

한국산 Klebsiella pnelµnoniae KNFl의 chromosomal DNA를 Hind III로 부분소화하고 pBR 322도 같은 효소로 완전소화했다. 소화된 pBR 322 의 5'- 말단연산기를 제거하여 두 DNA 표품을 ligation 한 후 E. coli K060 으로 transformation 하 였다. 이러한 transformants중 N-free 한천배지에서 자라는 단일 colony을을 얻었으며, 이들은 모두 ampicillin에 대해 저 항성을 가지고 있었고 tetracycline에 대해 저항성이 없었으며 cunng 되였을 때는 질소고정능을 잃었다. 이런 사실로부터 이 transformants가 K. pneumoniae의 질소고정능 유전자을 포함하는 recombinant plasmid를 가지고 있음을 확인할 수 있었다. 이들 transformants의 nitrogenase 역가는 K. pneumoniae KNF 1보다 더 높았다.

• Mycobiology
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• 제32권4호
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• pp.173-178
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• 2004

Fifteen Rhizobium spp. from nodules of 6 common pulses collected from 6 districts of Assam were studied for their infectivity, intrinsic antibiotic resistance, nitrogenase activity and effect of dual inoculation with two native Arbuscular Mycorrhizal Fungi viz. Glomus mosseae(GM) and Gigaspora gilmarie(GG). Out of the 15 isolates 9 were found nodulation positive and 6 of them(AR1, BR8, BR12, AR10, UR10 & GR21) were subjected to intrinsic antibiotic sensitivity test of which AR1 showed resistance against all the 9 test antibiotics. Isolates AR1 and GR21 showed the highest(4.25 mole, $gm^{-1}hour^{-1}$) and the lowest(1.05 mole, $gm^{-1}hour^{-1}$) nitrogenase activity respectively. In Most Probable Number count, the maximum Rhizobium population $5.8{\times}10^5$, was found in both Blackgram and Greengram variety of pulses. The maximum dry weight of nodules(3.14 g), dry weight of shoot(10.08 g), nitrogen content(7.68 mg, $plant^{-1}$), chlorophyll content(1.89 mg, $g^{-1}$), phosphorus content of shoot(6.17 mg, $g^{-1}$) and yield(535.67 kg, $Ha^{-1}$) were found when AR1 dually inoculated with GM in Blackgram.

• Journal of Plant Biology
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• 제37권3호
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• pp.387-394
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• 1994

보리수나무(Elaeagus umbellata Thunb.) 유식물의 생육과정에서 근류 형성 및 질소고정 활성에 대한 중요 요인으로서 광도, 온도, 질소화합물, 수분 스트레스 등의 영향을 정량적으로 분석하였다. 유식물의 상대생장률과 T/R비는 각각 초기의 $1.60%{\cdot}d^{-1}$와 1.12에서 근류 형성이 촉진된 후기에는 $3.75%{\cdot}d^{-1}$와 2.31로 증가하였다. 질소고정의 비활성은 근류 형성 초기에 $72.5\;\mu\textrm{M}\;C_2H_4{\cdot}g\;fr\;wt\;nodule^{-1}{\cdot}h^{-1}$로서 최대치를 나타낸 후 점차 감소하였다. 상대조도 20-25. 10-15 및 4-6% 처리구의 질소고정 활성은 대조구에 대해 각각 41, 54 및 71%의 감소를 보였다. 근류를 15, 20, 25 및 $30^{\circ}C$에서 배양할 때 활성은 각각 5.4, 24.7, 51.6 및 $58.5\;\mu\textrm{M}\;C_2H_4{\cdot}g\;fr\;wt\;nodule^{-1}{\cdot}h^{-1}$로 변하였다. 저온($15^{\circ}C$)의 전처리 후 $30^{\circ}C$로 옮겼을 때 근류 활성($66.5\;\mu\textrm{M}\;C_2H_4{\cdot}g\;fr\;wt\;nodule^{-1}{\cdot}h^{-1}$)은 고온($35^{\circ}C$) 전처리에 비해 촉진되었다. 근류의 활성은 산소분압에 비례하여 16 kPa 이상에서 포화되었고, 근류를 뿌리에서 떼어내거나 절단하면 92%와 43%로 활성이 억제되었다. pH 5.5, 6.5 및 8.0에서 생육된 초기 근류의 상대활성은 각각 89, 100 및 40%였으며, 1 및 3 mM의 $NO_3\;-N와\;{NH_4}^{+}-N$에서 생육된 초기 근류는 각각 6.1%와 68.50%의 상대활성을 보였다. 수분 공급량 20, 50 및 100mL에 의한 근류의 형성과 비활성은 각각 35, 120 및 8 mg.plant-1와 33.6, 58.4 및 $8.4\;\mu\textrm{M}\;C_2H_4{\cdot}g\;fr\;wt\;nodule^{-1}{\cdot}h^{-1}$였다. 식물체에 수분공급을 중단하였을 때 5일 후에 일시 위조가 나타났으며, 식물체의 함수량 및 증산량은 각각 90 및 53% 감소되었으나, 근류 활성은 완전히 소실되었다.

• 한국토양비료학회지
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• 제27권2호
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• pp.136-146
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• 1994

대두 근류균 공생에서 뿌리분비물에 대한 근류균의 화학주성이 근류형성에 미치는 영향을 조사 연구한 결과는 다음과 같다. 2mM proline에 대한 표준균주와 변이주의 화학주성비는 KCTC 2422는 3.1, LPN-100은 1.3, LCR-101은 1.0이었으며 전형적인 Slow growing Rhizobia였다. 팔달 및 백운의 뿌리분비물 추출액에 대한 근류균의 화학주성비는 KCTC 2422는 3.5/3.2 이고 LPN-100은 1.3/1.4이며 LCR-101은 1.4/1.4정도였다. Dowex 칼럼으로부터 용출시킨 Fraction I, II, III에 대한 화학주성비는 Fraction I>II>III순이었고 중성분획인 Glucose와 Ribose, 양성분획인 Aspartic acid와 Glutamine, 음성분획인 Citric acid, Succinic acid에 대한 화학주성비는 공히 $10^{-3}M$일때 가장높은 화학주성비를 나타내었다. 근류형성의 정도는 KCTC 2422는 접종후 7일경부터 Nitrogenase 활성이 나타나기 시작하며 LCR-101은 15일 이후에 Nitrogenase 활성이 나타났으며 LPN-100은 전혀 근류를 형성하지 않아 근류균의 화학주성이 숙주인식의 초기과정에 영향을 미쳤음을 확인할 수 있었다.