본 연구에서는 극지에서 유래한 Janthinobacterium sp. PAMC25641로부터 분리한 리파아제 유전자를 클로닝 하고 과발현시켜 정제하였으며, 이 분리한 재조합 리파아제 효소의 생화학적 특성에 대해 분석하였다. 이 효소는 $15^{\circ}C$ 이하의 온도에서 장시간 활성을 유지하는 효소로서 산업적으로 활용될 가능성이 높을 것으로 기대된다.
Two initial models of cold-adapted lipase PsLip1 have been constructed, based on homology with the bacterial lipases Chromobacterium viscosum (CvLip) and Pseudomonas cepacia (PcLip), whose X-ray structures have been solved and refined to high resolution. The mature polypeptide chains of these lipases have 84% similarity. The models of Mod1 and Mod2 have been compared with the tertiary structures of CvLip and PcLip, respectively, and analyzed in terms of stabilizing interactions. Several structural aspects that are believed to contribute to protein stability have been compared: the number of conserved salt bridges, aromatic interactions, hydrogen bonds, helix capping, and disulfide bridges. The 3-dimensional structural model of PsLip1 has been constructed in order to elucidate the structural reasons for the decreased thermostability of the enzyme in comparison with its mesophilic counterparts.
A psychrotrophic strain 7195 showing extracellular lipolytic activity towards tributyrin was isolated from deep-sea sediment of Prydz Bay and identified as a Psychrobacter species. By screening a genomic DNA library of Psychrobacter sp. 7195, an open reading frame of 954 bp coding for a lipase gene, lipA1, was identified, cloned, and sequenced. The deduced LipA1 consisted of 317 amino acids with a molecular mass of 35,210 kDa. It had one consensus motif, G-N-S-M-G (GXSXG), containing the putative active-site serine, which was conserved in other cold-adapted lipolytic enzymes. The recombinant LipA1 was purified by column chromatography with DEAE Sepharose CL-4B, and Sephadex G-75, and preparative polyacrylamide gel electrophoresis, in sequence. The purified enzyme showed highest activity at $30^{\circ}C$, and was unstable at temperatures higher than $30^{\circ}C$, indicating that it was a typical cold-adapted enzyme. The optimal pH for activity was 9.0, and the enzyme was stable between pH 7.0-10.0 after 24h incubation at $4^{\circ}C$. The addition of $Ca^{2+}\;and\;Mg^{2+}$ enhanced the enzyme activity of LipA1, whereas the $Cd^{2+},\;Zn^{2+},\;CO^{2+},\;Fe^{3+},\;Hg^{2+},\;Fe^{2+},\;Rb^{2+}$, and EDTA strongly inhibited the activity. The LipA1 was activated by various detergents, such as Triton X-100, Tween 80, Tween 40, Span 60, Span 40, CHAPS, and SDS, and showed better resistance towards them. Substrate specificity analysis showed that there was a preference for trimyristin and p-nitrophenyl myristate $(C_{14}\;acyl\; groups)$.
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.
Two lipase genes (bpl1 and bpl3) from Antarctic Bacillus pumilus strains were expressed in Bacillus subtilis. Both recombinant lipases BPL1 and BPL2 were secreted to the culture medium and their activities reached 3.5 U/ml and 5.0 U/ml, respectively. Their molecular masses apparent using SDS-PAGE were 23 kDa for BPL1 and 19 kDa for BPL3. Both lipases were purified to homogeneity using ammonium sulfate precipitation and HiTrap SP FF column and Superose 12 column chromatographies. The final specific activities were estimated to be 328 U/mg for BPL1 and 310 U/mg for BPL3. Both lipases displayed an optimum temperature of $35^{\circ}C$, similar to other mesophilic enzymes. However, they maintained as much as 70% and 80% of the maximum activities at $10^{\circ}C$. Accordingly, their calculated activation energy at a temperature range of $10-35^{\circ}C$ was 5.32 kcal/mol for BPL1 and 4.26 kcal/mol for BPL3, typical of cold-adapted enzymes. The optimum pH of BPL1 and BPL3 was 8.5 and 8.0, respectively, and they were quite stable at pH 7.0-11.0, showing their strong alkaline tolerance. Both lipases had a preference toward medium chain length ($C_6-C_{10}$) fatty acid substrates. These results indicate the potential for the two Antarctic B. pumilus lipases as catalysts in bioorganic synthesis, food, and detergent industries.
A novel esterase gene, est01, was successfully unearthed from a biogas digester microbiota metagenomic library. The 1,194 bp est01 gene encodes a protein of 44,804 Da (designated Est01). The amino acid sequence of Est01 shows only moderate (33%) identity to a lipase/esterase. Phylogenetic analysis and biochemical characterization confirmed that Est01 is a new member of family VIII esterases. The purified Est01 from recombinant Escherichia coli BL21 (DE3) showed high hydrolytic activity against short-chain fatty acid esters, suggesting that it is a typical carboxylesterase rather than a lipase. Furthermore, the Est01 was even active at $10^{\circ}C$ (43% activity remained), with the optimal temperature at $20^{\circ}C$, and had a broad pH range from 5.0 to 10.0, with the optimal pH of 8.0. These properties suggest that Est01 is a cold-adaptive esterase and could have good potential for low-temperature hydrolysis application.
새만금 갯벌로부터 리파제를 생산하는 균주(S3)를 분리하였다. 생리적, 발효적 특성 및 계통분류학적 특성을 통해서 이 분리균이 Psychrobacter속에 속하는 것으로 판명되어서 Psychrobacter sp. S3로 명명하였다 이 균의 온도에 따른 배양특성을 구한 결과, $30^{\circ}C$에서 생장속도가 가장 빨랐으나, 리파제 효소의 활성은 $20^{\circ}C$에서 가장 높았다. S3리파제의 온도에 따른 p-nitrophenyl caproate 분해활성을 측정한 결과, 최적 온도가 $30^{\circ}C$로 판명되었으며 $10^{\circ}C$에서도 최고활성의 $80\%$ 이상의 활성을 유지하였다. 또한, $10-30^{\circ}C$범위에서의 효소활성에너지가 1.5 kcal/mol로 매우 낮게 계산되었다. 이것을 통해 S3 리파제가 전형적인 저온성 효소임이 확인되었다. 이 효소는 최적 pH가 $9.0\~9.5$인 알칼리성 효소로 확인되었다. 여러 길이의 트리글리세리드 기질을 분해할 수 있으며 그 중에서 $C_4,\;C_{14},\; C_{16}$기질을 가장 빠르게 분해하였다. S3리파제를 트리뷰티린-아가로스 젤에 가하여 온도별로 반응시킨 결과, $30^{\circ}C$와 $40^{\circ}C$에서 반응이 빠르게 진행되었으나, $4^{\circ}C$에서도 분해가 진행되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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