• 제목/요약/키워드: pyridoxal 5'-phosphate (PLP)

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Biochemical Characteristics of an Alanine Racemase from Xanthomonas oryzae pv. oryzae

  • Kang, Han-Chul;Yoon, Sang-Hong;Lee, Chang-Muk;Koo, Bon-Sung
    • Journal of Applied Biological Chemistry
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    • 제54권4호
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    • pp.231-237
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    • 2011
  • A gene encoding a putative alanine racemase in Xanthomonas. oryzae pv. oryzae was cloned, expressed and characterized. Expression of the cloned gene was performed in Escherichia coli BL21(DE3)pLys using a pET-21(a) vector harbouring $6{\times}histidine$ tag. Purification of the recombinant alanine racemase by affinity chromatography resulted in major one band by sodium dodecyl sulfate polyacryl amide gel electrophoresis analysis, showing about 45 kDa of molecular weight. The alanine racemase gene, cloned in this experiment, appears to be constitutively expressed in X. oryzae, as analyzed by reverse transcriptase polymerase chain reaction. The enzyme was the most active toward L-alanine and secondly D-alanine, showing a racemic reaction, thus the enzyme is considered as an alanine racemase. The enzyme was considerably activated by addition of pyridoxal-5-phosphate (PLP), showing that 75% increase in activity was observed at 0.3 mM, compared with control. D-Cysteine as well as L-cysteine significantly inhibited the enzyme activity. The inhibitions by cysteines were more prominent in the absence of PLP, showing 9 and 5% of control activity at 2 mM of addition, respectively. The enzyme was the most active at pH 8.0 and more stable at alkaline pHs than acidic pH condition.

Optimization of Direct Lysine Decarboxylase Biotransformation for Cadaverine Production with Whole-Cell Biocatalysts at High Lysine Concentration

  • Kim, Hyun Joong;Kim, Yong Hyun;Shin, Ji-Hyun;Bhatia, Shashi Kant;Sathiyanarayanan, Ganesan;Seo, Hyung-Min;Choi, Kwon Young;Yang, Yung-Hun;Park, Kyungmoon
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제25권7호
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    • pp.1108-1113
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    • 2015
  • Cadaverine (1,5-diaminopentane) is an important industrial chemical with a wide range of applications. Although there have been many efforts to produce cadaverine through fermentation, there are not many reports of the direct cadaverine production from lysine using biotransformation. Whole-cell reactions were examined using a recombinant Escherichia coli strain overexpressing the E. coli MG1655 cadA gene, and various parameters were investigated for the whole-cell bioconversion of lysine to cadaverine. A high concentration of lysine resulted in the synthesis of pyridoxal-5'-phosphate (PLP) and it was found to be a critical control factor for the biotransformation of lysine to cadaverine. When 0.025 mM PLP and 1.75 M lysine in 500 mM sodium acetate buffer (pH6) were used, consumption of 91% lysine and conversion of about 80% lysine to cadaverine were successfully achieved.

조효소를 함유하지 않는 효모의 Homocysteine 분해효소, Cystathionine ${\beta}$-Synthase의 생화학적 특성 (Biochemical Characteristics for the Cofactor Free Mutant of Yeast Homocysteine Catalyzing Enzyme, Cystathionine ${\beta}$-Synthase)

  • 지광한;조현남;양선아;이인선
    • 한국미생물·생명공학회지
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    • 제35권3호
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    • pp.196-202
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    • 2007
  • 본 연구에서는 최근 심혈관 순환계의 새로운 위험인자로 등장한 homocysteine을 생체 내에서 전환시키는 효소인 cystathionine ${\beta}$-synthase의 돌연변이에 관한 연구를 수행하였다. 인간의 cystathionine ${\beta}$-synthase에 돌연변이가 생기면 그 효소활성에 문제가 발생하여 homocysteine이 생체에 축적되어 부작용을 일으키는 homocystinuria라는 유전병이 생기게 되는데 여러 돌연변이 중 G3O7이 serine으로 치환된 돌연변이가 많은 비중을 차지한다. 한편 인간의 cystathionine ${\beta}$-synthase는 heme을 prosthetic group로 가지고 있어서 여러 스펙트럼 연구에 장애가 있으나, 같은 기능을 갖고 인간의 cystathionine ${\beta}$-synthase와 높은 상동성를 가지는 효모 유래의 cystathionine ${\beta}$-synthase는 heme을 포함하고 있지 않아 스펙트럼 연구에 용이한 점을 이용하여 인간의 G3O7에 해당하는 G247의 부위를 serine으로 치환, 정제하여 그 생화학적 특성을 살펴보았다. 효모의 G247S는 C 말단이 잘린 truncated form과 전체단백질이 모두 함유된 full length form의 두 가지를 이용하여 실험하였다. 두 돌연변이 단백질 모두에서 기질로써 L-homocysteine과 L-serine을 이용한 방사선 동위원소 $C^{14}$을 사용하여 활성을 측정한 바 활성이 전혀 검출되지 않았으며 ${\beta}$-mercaptoethanol과 L-cysteine을 기질로 이용한 방법에서도 황화수소를 검출할 수 없었다. 또한 UV-visible spectrum과 CD spectrum에서도 PLP의 특이적인 흡수지대인 410 nm에서의 흡수를 전혀 검출 할 수 없었다. 또한 PLP의 검출방법인 KCN과의 incubation실험에서도 PLP를 검출할 수 없었다. 보고된 인간 cystathionine ${\beta}$-synthase 결정3차 구조를 분석하여 본 바, G307은 조효소 PLP의 근방에 위치하여 bulky한 R group인 serine으로 치환될 경우 효소와 PLP의 결합을 극도로 저지하여 활성을 저지하는 것으로 생각된다 G247S를 고농도의 PLP와 incubation하여도 활성이 회복되지 않으며 단백질로의 PLP의 incorporation이 관찰되지 않았다. 이는 인간의 G307S환자가 PLP를 투여하여도 병세의 호전이 없는 이유를 설명하고 있다. 결론적으로 G307S 돌연변이에 기인한 homocystinuria 환자는 CBS의 활성이 전무하며 PLP의 투여에도 효과가 없음이 효모를 이용한 본 연구에서 확인되었다.

Bacillus pseudomycoides로 부터 분리된 alanine racemase 유전자의 발현 및 생화학 특성 (Biochemical Characteristics of a Bacteria (Bacillus pseudomycoides) Alanine Racemase Expressed in Escherichia coli)

  • 강한철;김나현;정유정;윤상홍;이창묵
    • Journal of Applied Biological Chemistry
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    • 제53권3호
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    • pp.132-138
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    • 2010
  • B. pseudomycoides로 부터 alanine racemase로 추정되는 유전자를 분리한 다음 6xHistidine 이 결합된 pET-21 운반체를 이용하여 E. coli BL21(DE3)에서 발현시키고 생화학 특성을 조사하였다. 재조합된 alanine racemase는 affinity chromatography를 이용하여 분리하였으며 SDS-PAGE 분석에서 약 46 kDa의 단일밴드를 나타내었다. 분리된 효소는 여러 아미노산 중에서 L-alanine에 대하여 가장 높은 활성도를 보이고 D-alanine에 대하여 두번째로 높은 활성도를 보였다. 따라서 분리된 효소는 alanine racemase로 판단되었다. 분리된 효소는 D-cysteine에 하여 상당히 저해가 되었다. 효소의 최적 활성도는 pH 9.0 근처에서 관찰되었고 산성의 조건보다는 알칼리의 조건에서 보다 안정하였다. 보효소인 PLP 0.3mM의 첨가에 의해 효소의 활성도는 약 70% 가량 증대되었다.

Biochemical characterization of Alanine racemase- a spore protein produced by Bacillus anthracis

  • Kanodia, Shivani;Agarwal, Shivangi;Singh, Priyanka;Agarwal, Shivani;Singh, Preeti;Bhatnagar, Rakesh
    • BMB Reports
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    • 제42권1호
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    • pp.47-52
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    • 2009
  • Alanine racemase catalyzes the interconversion of L-alanine and D-alanine and plays a crucial role in spore germination and cell wall biosynthesis. In this study, alanine racemase produced by Bacillus anthracis was expressed and purified as a monomer in Escherichia coli and the importance of lysine 41 in the cofactor binding octapeptide and tyrosine 270 in catalysis was evaluated. The native enzyme exhibited an apparent $K_m$ of 3 mM for L-alanine, and a $V_{max}$ of $295\;{\mu}moles/min/mg$, with the optimum activity occurring at $37^{\circ}C$ and a pH of 8-9. The activity observed in the absence of exogenous pyridoxal 5'-phosphate suggested that the cofactor is bound to the enzyme. Additionally, the UV-visible absorption spectra indicated that the activity was pH independece, of VV-visible absorption spectra suggests that the bound PLP exists as a protonated Schiff's base. Furthermore, the loss of activity observed in the apoenzyme suggested that bound PLP is required for catalysis. Finally, the enzyme followed non-competitive and mixed inhibition kinetics for hydroxylamine and propionate with a $K_i$of $160\;{\mu}M$ and 30 mM, respectively.

Characterization of Homocysteine ${\gamma}$-Lyase from Submerged and Solid Cultures of Aspergillus fumigatus ASH (JX006238)

  • El-Sayed, Ashraf S.;Khalaf, Salwa A.;Aziz, Hani A.
    • Journal of Microbiology and Biotechnology
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    • 제23권4호
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    • pp.499-510
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    • 2013
  • Among 25 isolates, Aspergillus fumigatus ASH (JX006238) was identified as a potent producer of homocysteine ${\gamma}$-lyase. The nutritional requirements to maximize the enzyme yield were optimized under submerged (SF) and solid-state fermentation (SSF) conditions, resulting in a 5.2- and 2.3-fold increase, respectively, after the last purification step. The enzyme exhibited a single homogenous band of 50 kDa on SDS-PAGE, along with an optimum pH of 7.8 and pH stability range of 6.5 to 7.8. It also showed a pI of 5.0, as detected by pH precipitation with no glycosyl residues. The highest enzyme activity was obtained at $37-40^{\circ}C$, with a $T_m$ value of $70.1^{\circ}C$. The enzyme showed clear catalytic and thermal stability below $40^{\circ}C$, with $T_{1/2}$ values of 18.1, 9.9, 5.9, 3.3, and 1.9 h at $30^{\circ}C$, $35^{\circ}C$, $40^{\circ}C$, $50^{\circ}C$, and $60^{\circ}C$, respectively. Additionally, the enzyme $K_r$ values were 0.002, 0.054, 0.097, 0.184, and 0.341 $S^{-1}$ at $30^{\circ}C$, $35^{\circ}C$, $40^{\circ}C$, $50^{\circ}C$, and $60^{\circ}C$, respectively. The enzyme displayed a strong affinity to homocysteine, followed by methionine and cysteine when compared with non-S amino acids, confirming its potency against homocysteinuria-related diseases, and as an anti-cardiovascular agent and a specific biosensor for homocysteinuria. The enzyme showed its maximum affinity for homocysteine ($K_m$ 2.46 mM, $K_{cat}\;1.39{\times}10^{-3}\;s^{-1}$), methionine ($K_m$ 4.1 mM, $K_{cat}\;0.97{\times}10^{-3}\;s^{-1}$), and cysteine ($K_m$ 4.9 m M, $K_{cat}\;0.77{\times}10^{-3}\;s^{-1}$). The enzyme was also strongly inhibited by hydroxylamine and DDT, confirming its pyridoxal 5'-phosphate (PLP) identity, yet not inhibited by EDTA. In vivo, using Swiss Albino mice, the enzyme showed no detectable negative effects on platelet aggregation, the RBC number, aspartate aminotransferase, alanine aminotransferase, or creatinine titer when compared with negative controls.

새로운 신경전달물질 H2S 발생 효소, cystathionine γ-lyase의 대량발현 조건과 활성측정 (Overexpression and Activity Analysis of Cystathionine γ-Lyase Responsible for the Biogenesis of H2S Neurotransmitter)

  • 김경란;변혜정;조현남;김정현;양선아;지광환
    • 생명과학회지
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    • 제21권1호
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    • pp.119-126
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    • 2011
  • 질병과 밀접한 관계가 있는 hCGL 단백질의 경우 대량 배양 시 유도체를 사용하지 않아도 발현이 되는 점과 유전자 측면에서 조작이 쉬운 E.coli를 이용하여도 발현이 된다는 점에 있어서 중요한 이점을 가지고 있다. 본 연구에서는 배양되는 온도와 발현에 관련 있는 유도체의 농도, 600 nm에서의 균 성장 정도에 따른 유도체의 첨가 그리고 배지의 양을 조절하면서 유입되는 aeration의 조건으로 hCGL 단백질 발현의 최적의 조건 확립을 목적으로 하였다. 또 각 발생되는 inclusion body의 양을 측정하면서 보다 많은 가용성 단백질을 발현시키는 조건을 확립하고자 하였다. hCGL 단백질은 저온에서 보다 많은 양의 단백질이 발현되며 inhibitor의 억제를 담당하는 유도체의 농도와는 상관없이 발현이 되었다. 또한 균의 성장 정도에 따라 유도체의 첨가시기를 달리 하였을 때, 발현 비율에 차이는 있었으나 전체적인 단백질 양과 비교해 보면, 이는 hCGL 발현에 큰 영향을 미치지 않는다. 배지의 양을 달리하여 살펴본 aeration에 따른 hCGL 발현 정도는 배지의 부피가 15%일 때 높은 aeration으로 균의 양은 많았으나 목적 단백질인 hCGL의 발현은 aeration이 되지 않는 조건에서 더 잘되는 것을 확인하였다. 그리고 His-TEV-hCGL의 활성은 야생형 hCGL의 활성을 기준으로 하였을 때, L-cystathionine을 기질로 하였을 경우 76%, L-cysteine을 기질로 하였을 경우 88% 수준으로 유사한 활성을 나타내었고, 이는 손쉽게 정제 가능한 His-TEV-hCGL을 야생형을 대신하여 사용할 수 있음을 시사한다. 또한 His-TEV-hCGL이 야생형 hCGL과 같이, 427 nm에서 흡광을 가지는 것으로 보아 보효소PLP를 포함하고 있음을 알 수 있었다. 이로써 homocysteine 대사연구에 필수적인 hCGL 효소를 다량 얻는 방법을 확립하고, 관련 연구에 기여하리라 사료된다.