Jhee, Kwang-Hwan;Tohru, Yoshimura;Yoichi, Kurokawa;Nobuyoshi, Esaki;Kenji, Soda
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.9
no.6
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pp.695-703
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1999
We have studied the stereospecificities of various pyridoxal 5'-phosphate (PLP) dependent enzymes for the hydrogen transfer between the C-4' of a bound coenzyme and the C-2 of a substrate in the transamination catalyzed by the enzymes. Stereospecificities reflect the structures of enzyme active-sites, in particular the geometrical relationship between the coenzyme-substrate Schiff base and the active site base participating in an $\alpha$-hydrogen abstraction. The PLP enzymes studied so far catalyze only a si-face specific (pro-S) hydrogen transfer. This stereochemical finding suggests that the PLP enzymes have the same topological active-site structures, and that the PLP enzymes have evolved divergently from a common ancestral protein. However, we found that o-amino acid aminotransferase, branched chain L-amino acid aminotransferase, and 4-amino-4-deoxychorismate lyase, which have significant sequence homology with one another, catalyze a re-face specific (pro-R) hydrogen transfer. We also showed that PLP-dependent amino acid racemases, which have no sequence homology with any aminotransferases, catalyze a non-stereospecific hydrogen transfer: the hydrogen transfer occurs on both faces of the planar intermediate. Crystallographical studies have shown that the catalytic base is situated on the re-face of the C-4' of the bound coenzyme in o-amino acid aminotransferase and branched chain L-amino acid aminotransferase, whereas the catalytic base is situated on the si-face in other aminotransferases (such as L-aspartate aminotransferase) catalyzing the si-face hydrogen transfer. Thus, we have clarified the stereospecificities of PLP enzymes in relation with the primary structures and three-dimensional structures of the enzymes. The characteristic stereospecificities of these enzymes for the hydrogen transfer suggest the convergent evolution of PLP enzymes.
Mutations in the cystathionine ${\beta}$-synthase (CBS) gene cause homocystinuria, the most frequent inherited disorder in sulfur metabolism. CBS is the unique enzyme using both heme and pyridoxal 5-phosphate (PLP) for activity. Among the reported 140 mutations, one of the most common disease-causing alterations in human CBS is G307S mutation. To investigate the pathogenic mechanism of G307S by spectroscopic methods, we engineered the full length and the truncated G247S mutation of yeast CBS that is corresponding mutation to human G307S. Yeast CBS does not contain heme and thus gives a merit to study the spectroscopic properties. The UV-visible spectra of the purified full length and the truncated G247S yeast CBSs showed the total absence of PLP in the protein. The absence of PLP in G247S mutation was also confirmed by the PLP-cyanide adduct formation experiment, which was conducted by the incubation of the purified enzyme with KCN. The adducts were detected using a circular dichroism (CD) and a spectrofluorimeter. Radio isotope activity assay of full length and truncated G247S proteins also gave no activity. Our yeast G247S mutation data suggested that G307S might make the distortion of the active site so that cofactor PLP and substrate can not fit inside the active site. Our yeast CBS study addressed the reason why the G307S mutation in human CBS makes the enzyme inactive that consequently leads to severe clinical phenotype.
Spinach glycolate oxidase was subjected to a series of chemical modifications aimed at identifying amino acid residues essential for catalytic activity. The oxidase was reversibly inactivated by treatment with pyridoxal 5'-phosphate (PLP). The inactivation by PLP was accompanied by the appearance of an absorption peak of around 430 nm, which was shifted to 325 nm upon reduction with $NaBH_4$. After reduction, the PLP-treated oxidase showed a fluorescence spectrum with a maximum of around 395 nm by exciting at 325 nm. The substrate-competitive inhibitors oxalate and oxaloacetate provided protection against inactivation of the oxidase by PLP. These results suggest that PLP inactivates the enzyme by fonning a Schiff base with lysyl residue(s) at an active site of the oxidase. The enzyme was also inactivated by tryptophan-specific reagent N-bromosuccinimide (NBS). However, competitive inhibitors oxalate and oxaloacetate could not protect the oxidase significantly against inactivation of the enzyme by NBS. The results implicate that the inactivation of the oxidase by NBS is not directly related to modification of the tryptophanyl residue at an active site of the enzyme. Treatments of the oxidase with cysteine-specific reagents iodoacetate, silver nitrate, and 5,5'-dithiobis-2-nitrobenzoic acid did not affect significantly the activity of the enzyme.
This study was carried out to evaluate the effect of vitamin $B_{6}$ intake by normal term delivery pregnant women on the concentration of vitamin $B_{6}$ in the material plasma, the umbilical cord plasma, and the placental tissue. Dietary intake data were obtained from a semi-quantitative frequency questionnaire. The daily mean energy and protein intakes were 2189.5 kcal (93.2% of RDA) and 79.3 g (113.3% of RDA), respectively. The average daily vitamin $B_{6}$ intake was 1.7 mg (91.4% of RDA) for the pregnant women. Their main sources of vitamin $B_{6}$ were cereal & starch (50%), and vegetables & fruits (33%). The pyridoxal phosphate (PLP) concentration of the maternal plasma, the umbilical cord plasma, and the placenta were 16.7 $\pm$ 4.1 nmol/1, 61.3 $\pm$ 19.8 nmol/l and 898.6 $\pm$ 159.2 ng/g, respectively. The PLP level was the highest in the placenta. The PLP level of the maternal plasma was significantly lower than the of the umbilical cord plasma (p < 0.001). The PLP level of maternal plasma correlated positively with that of the placenta (p < 0.0001) and the umbilical cord plasma (p < 0.05). Also the PLP level of the placenta correlated positively with that of the umbilical cord plasma (p < 0.05). These findings indicate that the vitamin $B_{6}$ nutritional status of the fetus is affected by placental vitamin $B_{6}$ levels, and that the placental vitamin B$_{6}$ levels reflect the maternal vitamin $B_{6}$ status. The umbilical cord plasma PLP level showed a positive correlation with the gestational length (p < 0.05). A negative association was observed between the PLP level showed of the umbilical cord plasma and the pregnancy weight gain (p < 0.03). The results suggest that the transfer of PLP from maternal plasma to the placental tissue could be an active transport, white the transfer of PLP from the placenta to the fetus is by means of simple diffusion. Thus, neonatal vitamin $B_{6}$ nutrition is influenced by the maternal nutritional status.
Vitamin B6(pyridoxine, pyridoxamine. and pyridoxal) is a dietary requirement in relatively small quantities for growth, health, and function in animals and fish. The metabolically active B6 is pyridoxal-5-phosphate(PLP). It does function as a coenzyme in number of enzymes(PLP-dependent enzymes) in which amino acids are metabolized, including decarboxylases, aminotransferases, sulfhydrases, tryptophanase, and hydroxylases. Vitamin B6 requirement is higher for fish because fish are fed much higher protein diet than land animals. B6 is also involved in metabolism of carbohydrates and lipids and essential for the synthesis of heme and serotonin. Deficiency signs in fish develop quickly, in cluding nervous disorders, convulsions, poor swimming coordination, skin lesions, edema, exophthalmos, and tetany. The conversion of vitamin B6 to metabolically active form(PLP) is catalyzed by pyridoxal kinase and pridoxine(pyridoxamine) oxidase. In this review, we summarized in detail the enzymatic studies on vitamin B6 metabolism and about the mechanisms and properties of a PLP-dependent enzyme.
BACKGROUND/OBJECTIVES: Recent research regarding vitamin $B_6$ status including biochemical index is limited. Thus, this study estimated intakes and major food sources of vitamin $B_6$; determined plasma pyridoxal 5'-phosphate (PLP); and assessed vitamin $B_6$ status of Korean adults. MATERIALS/METHODS: Three consecutive 24-h diet recalls and fasting blood samples were collected from healthy 20- to 64-year-old adults (n = 254) living in the Seoul metropolitan area, cities of Kwangju and Gumi, Korea. Vitamin $B_6$ intake and plasma PLP were analyzed by gender and by vitamin $B_6$ supplementation. Pearson's correlation coefficient was used to determine associations of vitamin $B_6$ intake and plasma PLP. RESULTS: The mean dietary and total (dietary plus supplemental) vitamin $B_6$ intake was $1.94{\pm}0.64$ and $2.41{\pm}1.45mg/day$, respectively. Median (50th percentile) dietary intake of men and women was 2.062 and 1.706 mg/day. Foods from plant sources provided 70.61% of dietary vitamin $B_6$ intake. Only 6.3% of subjects consumed total vitamin $B_6$ less than Estimated Average Requirements. Plasma PLP concentration of all subjects was $40.03{\pm}23.71nmol/L$. The concentration of users of vitamin $B_6$ supplements was significantly higher than that of nonusers (P < 0.001). Approximately 16% of Korean adults had PLP levels < 20 nmol/L, indicating a biochemical deficiency of vitamin $B_6$, while 19.7% had marginal vitamin $B_6$ status. Plasma PLP concentration showed positive correlation with total vitamin $B_6$ intake (r = 0.40984, P < 0.0001). CONCLUSIONS: In this study, vitamin $B_6$ intake of Korean adults was generally adequate. However, one-third of subjects had vitamin $B_6$ deficiency or marginal status. Therefore, in some adults in Korea, consumption of vitamin $B_6$-rich food sources should be encouraged.
Journal of the Korean Institute of Intelligent Systems
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v.18
no.4
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pp.494-500
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2008
In the field of development of human interface technology, the interactions between human and machine are important. The research on emotion recognition helps these interactions. This paper presents an algorithm for emotion recognition based on personalized speech signals. The proposed approach is trying to extract the characteristic of speech signal for emotion recognition using PLP (perceptual linear prediction) analysis. The PLP analysis technique was originally designed to suppress speaker dependent components in features used for automatic speech recognition, but later experiments demonstrated the efficiency of their use for speaker recognition tasks. So this paper proposed an algorithm that can easily evaluate the personal emotion from speech signals in real time using personalized emotion patterns that are made by PLP analysis. The experimental results show that the maximum recognition rate for the speaker dependant system is above 90%, whereas the average recognition rate is 75%. The proposed system has a simple structure and but efficient to be used in real time.
The vitamin $B_{6}$ status of 49 healthy college student (women, aged 20-26 y) was estimated for evaluation of vitamin $B_{6}$ status and the Korean Recommended Dietary Allowance (RDA) for vitamin $B_{6}$. The average daily vitamin $B_{6}$ intake of the subjects was 0.86 $\pm$ 0.289 mg/d or 61.43 $\pm$ 24.10% of Korean RDA. The average ratio of vitamin $B_{6}$ intake to daily protein intake was 0.014 $\pm$ 0.003 mg/g protein. Foods from animal and plaint sources provided 34.25 $\pm$ 18.62% and 65.78 $\pm$ 18.72%, respectively, of total vitamin $B_{6}$. Plasma pyridoxal 5'-phosphate (PLP) concentration was significantly (p<.01 - p<.001) positively correlated to intakes of all other nutrients except vitamin C. However, no significant correlation was found between plasma PLP and nutrient intake. Vitamin $B_{6}$ intake only tended to have a positive correlation with plasma PLP concentration. Plasma total cholesterol was correlated to plasma PLP concentration (p<.05). Plasma PLP had no correlation with levels of glucose, triglyceride, and albumin. These results confirm that the present Korea RDA for vitamin $B_{6}$ of 1.4mg/d based on 0.02 mg/g protein is adequate.
The integrity and proper functioning of telomeres require association of telomeric DNA sequences with specific binding proteins. We have characterized PLP-1, a $PUR{\alpha}$ homolog encoded by F45E4.2, which we previously identified as a candidate double stranded telomere binding protein, by affinity chromatography followed by mass spectrometry. PLP-1 bound double-stranded telomeric DNA in vitro as shown by competition assays. Core binding was provided by the third and fourth nucleotides of the TTAGGC telomeric repeat. This is quite different from the binding sequence of CEH-37, another C. elegans telomere binding protein, suggesting that multiple proteins may bind nematode telomeric DNA simultaneously in vivo.
Seasonal changes and circadian rhythm of plasma prolactin(PRL) concentration in mammals are mediated by melatonin. Pinealectomy or denervation of the pineal gland produces an increase in plasma PRL level. In the rat placenta several members of the PRL family gene are expressed during the late pregnancy. However, the full spectrum of their expression mechanisms and regulatory factors are not elucidated yet. Present study aimed to investigate the local expression of the melatonin receptor la(Me $l_{la}$ ) gene and the effect of melatonin on expression of prolactin-like protein A(PLP-A), a member of the PRL-family gene in the rat placenta. According to the RT-PCR, northern blot and in situ hybridization experiments, Me $l_{la}$ gene was locally expressed in the rat placenta, Me $l_{la}$ mRNA was localized mainly in the placental junctional and labyrinth zones. Interestingly, junctional zone of the placenta showed strong expression of Me $l_{la}$ at daytime(16:00) than at nighttime(22:00). Melatonin agonist, chlorornelatonin decreased the PLP-A mRNA levels in the rat placenta. These results suggest that melatonin coupled with Me $l_{la}$ , may act as a regulation factor that mediates the expression of the PLP-A gene in the rat placenta.
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