Ham, Youngseok;Park, Han-Saem;Kim, Yeong-Suk;Kim, Tae-Jong
Journal of the Korean Wood Science and Technology
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제47권3호
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pp.371-380
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2019
Termites are pests that cause serious economic and cultural damage by digesting wood cellulose. Termites are arthropods and have an epidermis surrounded by a chitin layer. To maintain a healthy epidermis, termites have chitinase (${\beta}$-1,4-poly-N-acetyl glucosamidinase, EC 3.2.1.14), an enzyme that hydrolyzes the ${\beta}$-1,4 bond of chitin. In this study, the amino acid sequence of the gene, which is presumed to be termite chitinolytic enzyme (NCBI accession no. KC477099), was obtained from a transcriptomic analysis of Reticulitermes speratus KMT001 in Bukhan Mountain, Korea. An NCBI protein BLAST search confirmed that the protein is a glycoside hydrolase family 18 (GH18). The highest homology value found was 47%, with a chitinase from Araneus ventricosus. Phylogenetic analysis indicated that the KC477099 protein has the same origins as those of arthropods but has a very low similarity with other arthropod chitinases, resulting in separation at an early stage of evolution. The KC477099 protein contains two conserved motifs, which encode the general enzymatic characteristics of the GH18 group. The amino acid sequences $Asp^{156}-Trp^{157}-Glu^{158}$, which play an important role in the enzymatic activity of the GH18 group, were also present. This study suggests that the termite KC477099 protein is a new type of chitinase, which is evolutionarily distant from other insect chitinases.
Park, Eun-Mi;Han, Yun-Hee;Park, In-Suk;Nam, Bo-Hye;Kong, Hee Jeong;Kim, Woo-Jin;Lee, Sang-Jun;Kim, Young-Ok
한국해양바이오학회지
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제2권2호
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pp.108-112
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2007
A cellulase (endo-${\beta}$-1,4-D-glucanase(E.C.3.2.1.4)) was isolated from the hepatopancreas of abalone Haliotis discus hannai by EST analysis. The abalone cellulase named HdEG compassed 1977 bp, including 195 bp in the 5'untranslated region, 1680 bp in the open reading frame which encodes 560 amino acid residues, and 92 bp in the 3'-untranslated region. The C-terminal region of the HdEG showed 44-52% identity to the catalytic domains of glycoside hydrolase family 9 (GHF9)-cellulases from arthropods and bacteria. The recombinant cellulase, pEHdEG was produced in E. coli with being fused with C-terminal His-tag. The expressed protein showed a single band (~62 kDa) on Western blotting which was consistent with the value (61,878 Da) calculated from the DNA sequence.
Chitinase AO-801 is a hydrolase secreted by Arthrobotrys oligospora during nematode feeding, while its role remained elusive. This study analyzed the molecular characteristics of recombinant chitinase of Arthrobotrys oligospora (reAO-801). AO-801 belongs to the typical glycoside hydrolase 18 family with conserved chitinase sequence and tertiary structure of (α/β)8 triose-phosphate isomerase (TIM) barrel. The molecular weight of reAO-801 was 42 kDa. reAO-801 effectively degraded colloidal and powdered chitin, egg lysate, and stage I larval lysate of Caenorhabditis elegans. The activity of reAO-801 reached its peak at 40℃ and pH values between 4-7. Enzyme activity was inhibited by Zn2+, Ca2+, and Fe3+, whereas Mg2+ and K+ potentiated its activity. In addition, urea, sodium dodecyl sulfate, and 2-mercaptoethanol significantly inhibited enzyme activity. reAO-801 showed complete nematicidal activity against C. elegans stage I larvae. reAO-801 broke down the C. elegans egg shells, causing them to die or die prematurely by hatching the eggs. It also invoked degradation of Haemonchus contortus eggs, resulting in apparent changes in the morphological structure. This study demonstrated the cytotoxic effect of reAO-801, which laid the foundation for further dissecting the mechanism of nematode infestation by A. oligospora.
A novel -1, 4-endoglucanase (EGase, EC 3.2.1.4) cDNA belonging to glycoside hydrolase family (GHF) 45 was cloned from the mulberry longicorn beetle, Apriona germari. The cDNA encoding EGase of A. germari (Ag-EGase) is 711 base pairs long with an open reading frame of 237 amino acid residues. The deduced protein sequence of Ag-EGase showed 54% and 48% identity to phytophagous beetle Phaedon cochleariae and termite Reticulitermes speratus hindgut symbiont, respectively. (omitted)
Lee, Jae Pil;Shin, Eun-Sun;Cho, Min Yeol;Lee, Kyung-Dong;Kim, Hoon
Journal of Microbiology and Biotechnology
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제28권12호
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pp.2036-2045
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2018
An endo-${\beta}$-1,4-glucanase gene, cel5L, was cloned using the shot-gun method from Bacillus sp.. The gene, which contained a predicted signal peptide, encoded a protein of 496 amino acid residues, and the molecular mass of the mature Cel5L was estimated to be 51.8 kDa. Cel5L contained a catalytic domain of glycoside hydrolase (GH) family 5 and a carbohydrate-binding module family 3 (CBM_3). Chromatography using HiTrap Q and CHT-II resulted in the isolation of two truncated forms corresponding to 50 (Cel5L-p50) and 35 kDa (Cel5L-p35, CBM_3-deleted form). Both enzymes were optimally active at pH 4.5 and $55^{\circ}C$, but had different half-lives of 4.0 and 22.8 min, respectively, at $70^{\circ}C$. The relative activities of Cel5L-p50 and Cel5L-p35 for barley ${\beta}$-glucan were 377.0 and 246.7%, respectively, compared to those for carboxymethyl-cellulose. The affinity and hydrolysis rate of pNPC by Cel5L-p35 were 1.7 and 3.3 times higher, respectively, than those by Cel5L-p50. Additions of each to a commercial enzyme set increased saccharification of pretreated rice straw powder by 17.5 and 21.0%, respectively. These results suggest CBM_3 is significantly contributing to thermostability, and to affinity and substrate specificity for small substrates, and that these two enzymes could be used as additives to enhance enzymatic saccharification.
키토산분해효소(Chitosanases, EC 3.2.1.132)는 당질가수분해효소군의 하나로, 아미노당인 D-glucosamine polymer인 chitosan의 ${\beta}-1,4-glycoside$ 결합을 가수분해하는 효소이며, 세균, 곰팡이, 식물 등에 널리 분포한다. 본 논문에서는 chitosanase의 N-말단 아미노산의 서열과 입체구조에 근거한 family 및 clan 분류, 작용모형, 절단 유형, subclass 분류, 및 family-subclass 상관성을 검토하였다. 아미노산 서열과 입체구조와 기질의 분해패턴 사이에는 깊은 상관이 있음을 확인 제시하였다. 다양한 종 유래 chitosanase의 1차구조의 해명과 진화적 상관 규명, 나아가 보다 정교한 chitosanase의 정의와 다양한 산업적 응용에의 가능성도 검토하였다.
A genomic library was constructed to clone a xylanase gene (Mxyn10) from Demequina sp. JK4 isolated from a deep sea. Mxyn10 encoded a 471 residue protein with a calculated molecular mass of 49 kDa. This protein showed the highest sequence identity (70%) with the xylanase from Streptomyces lividans. Mxyn10 contains a catalytic domain that belongs to the glycoside hydrolase family 10 (GH10) and a carbohydrate-binding module (CBM) belonging to family 2. The optimum pH and temperature for enzymatic activity were pH 5.5 and $55^{\circ}C$, respectively. Mxyn10 exhibited good pH stability, remaining stable after treatment with buffers ranging from pH 3.5 to 10.0. The protein was not significantly affected by a variety of chemical reagents, including some compounds that usually inhibit the activity of other related enzymes. In addition, Mxyn10 showed activity on cellulose. These properties mark Mxyn10 as a potential enzyme for industrial application and saccharification processes essential for bioethanol production.
A $\beta$-agarase gene, agaB34, was functionally cloned from the genomic DNA of a marine bacterium, Agarivorans albus YKW-34. The open reading frame of agaB34 consisted of 1,362 bp encoding 453 amino acids. The deduced amino acid sequence, consisting of a typical N-terminal signal peptide followed by a catalytic domain of glycoside hydrolase family 16 (GH-16) and a carbohydrate-binding module (CBM), showed 37-86% identity to those of agarases belonging to family GH-16. The recombinant enzyme (rAgaB34) with a molecular mass of 49 kDa was produced extracellularly using Escherichia coli $DH5{\alpha}$ as a host. The purified rAgaB34 was a $\beta$-agarase yielding neoagarotetraose (NA4) as the main product. It acted on neoagarohexaose to produce NA4 and neoagarobiose, but it could not further degrade NA4. The maximal activity of rAgaB34 was observed at $30^{\circ}C$ and pH 7.0. It was stable over pH 5.0-9.0 and at temperatures up to $50^{\circ}C$. Its specific activity and $k_{cat}/K_m$ value for agarose were 242 U/mg and $1.7{\times}10^6/sM$, respectively. The activity of rAgaB34 was not affected by metal ions commonly existing in seawater. It was resistant to chelating reagents (EDTA, EGTA), reducing reagents (DTT, $\beta$-mercaptoethanol), and denaturing reagents (SDS and urea). The E. coli cell harboring the pUC18-derived agarase expression vector was able to efficiently excrete agarase into the culture medium. Hence, this expression system might be used to express secretory proteins.
Two genes encoding probable α-ʟ-arabinofuranosidase (E.C. 3.2.1.55) isozymes (ABFs) with 92.3% amino acid sequence identity, ABF51A and ABF51B, were found from chromosomes 3 and 5 of Saccharomycopsis fibuligera KJJ81, an amylolytic yeast isolated from Korean wheat-based nuruk, respectively. Each open reading frame consists of 1,551 nucleotides and encodes a protein of 517 amino acids with the molecular mass of approximately 59 kDa. These isozymes share approximately 49% amino acid sequence identity with eukaryotic ABFs from filamentous fungi. The corresponding genes were cloned, functionally expressed, and purified from Escherichia coli. SfABF51A and SfABF51B showed the highest activities on p-nitrophenyl arabinofuranoside at 40~45℃ and pH 7.0 in sodium phosphate buffer and at 50℃ and pH 6.0 in sodium acetate buffer, respectively. These exoacting enzymes belonging to the glycoside hydrolase (GH) family 51 could hydrolyze arabinoxylo-oligosaccharides (AXOS) and arabino-oligosaccharides (AOS) to produce only ʟ-arabinose, whereas they could hardly degrade any polymeric substrates including arabinans and arabinoxylans. The detailed product analyses revealed that both SfABF51 isozymes can catalyze the versatile hydrolysis of α-(1,2)- and α-(1,3)-ʟ-arabinofuranosidic linkages of AXOS, and α-(1,2)-, α-(1,3)-, and α-(1,5)-linkages of linear and branched AOS. On the contrary, they have much lower activity against the α-(1,2)- and α-(1,3)-double-substituted substrates than the single-substituted ones. These hydrolases could potentially play important roles in the degradation and utilization of hemicellulosic biomass by S. fibuligera.
당 분해효소의 family 32 (GH32)에 속하는 $\beta-fructofuranosidase$는 3차구조를 근거로 볼 때 W(L/M)(C/N)DP(Q/N), FRDPK, 그리고 ECP(D/G) 부위를 포함하는 세 군데의 보전적인 영역을 가지고 있다. 이러한 $\beta-fructofuranosidase$ family에 속하는 Microbacterium sp. AL-210 유래 levan fructotransferase (LFTase)의 보전적인 산성 아미노산들의 역할이 특정위치 돌연변이법으로 검사되었다. 각각의 돌연변이체는 대장균인 E. coli BL21 (DE3)균주에서 발현되어 대량 생산되었고, 금속 친화 크로마토그래피법과 FPLC법으로 순수 정제되었다. wild-type LFTase의 효소의 활성은 0.74 unit 인 반면 네 개의 돌연변이체인 D63A, D195N, E245A, E245D 각각은 specific activity를 측정해 본 결과 원 균주와 비교해서 약 100배 정도 감소한 효소활성을 보여 주었다. 이로써 아미노산 변형의 target이 되었던 Asp-63, Aps-195, 그리고 Glu-245가 모두 효소 활성 및 기질과의 결합에 상당히 중요한 역할을 하고 있음이 판명되었다. 이러한 세 부위의 산성 아미노산들은 inulinase, levan fructotransferase와 invertase에 모두 보전적으로 위치 하므로 이들은 $\beta-fructofuranosidase$ family내 에서 공통된 역할을 할 것으로 사료된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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