Two thermostable xylanases, designated XynA and XynB, were purified to homogeneity from the culture supernatant of Paenibacillus sp. DG-22 by ion-exchange and gel-filtration chromatography. The molecular masses of xylanases A and B were 20 and 30 kDa, respectively, as determined by SDS-PAGE, and their isoelectric points were 9.1 and 8.9, respectively. Both enzymes had similar pH and temperature optima (pH 5.0-6.5 and $70^{\circ}C$), but their stability at various temperatures differed. Xylanase B was comparatively more stable than xylanase A at higher temperatures. Xylanases A and B differed in their $K_m$ and $V_{max}$ values. XynA had a $K_m$ of 2.0 mg/ml and a $V_{max}$ of 2,553 U/mg, whereas XynB had a K_m$ of 1.2 mg/ml and a $V_{max}$, of 754 U/mg. Both enzymes were endo-acting, as revealed by their hydrolysis product profiles on birchwood xylan, but showed different modes of action. Xylotriose was the major product of XynA activity, whereas XynB produced mainly xylobiose. These enzymes utilized small oligosaccharides such as xylotriose and xylotetraose as substrates, but did not hydrolyzed xylobiose. The amino terminal sequences of XynA and XynB were determined. Xylanase A showed high similarity with low molecular mass xylanases of family 11.
Thermostable protease is very effective to improve the industrial processes in many fields. Two thermostable extracellular proteases from the culture supernatant of the thermophilic fungus Chaetomium thermophilum were purified to homogeneity by tractional ammonium sulfate precipitation, ion-exchange chromatography on DEAE-Sepharose, and Phenyl-Sepharose hydrophobic interaction chromatography. By SDS-PAGE, the molecular mass of the two purified enzymes was estimated to be 33 kDa and 63 kDa, respectively. The two proteases were found to be inhibited by PMSF, but not by iodoacetamide and EDTA. The 33 kDa protease (PRO33) exhibited maximal activity at pH 10.0 and the 63kDa protease (PRO63) at pH5.0. The optimum temperature for the two proteases was $65^{\circ}C$. The PRO33 had a $K_m$ value of 6.6mM and a $V_{max}$ value of $10.31{\mu}mol/l/min$, and PRO63 l7.6mM and $9.08{\mu}mol/l/min$, with casein as substrate. They were thermostable at $60^{\circ}C$. The protease activity of PRO33 and PRO63 remained at 67.2% and 17.31%, respectively, after incubation at $70^{\circ}C$ for 1h. The thermal stability of the two enzymes was significantly enhanced by $Ca^{2+}$. The residual activity of PRO33 and PRO63 at $70^{\circ}C$ after 60min was approximately 88.59% and 39.2%, respectively, when kept in the buffer containing $Ca^{2+}$. These properties make them applicable for many biotechnological purposes.
A locally isolated thermophile, Geobacillus sp. SAB-40, producing thermostable extracellular amylase constitutively and an induced intracellular ${\beta}$-galactosidase was characterized and identified based on 16S rRNA sequencing. A phylogenetic analysis then revealed its closeness to Geobacillus stearothermophilus. To evaluate the effect of the culture conditions on the coproduction of both enzymes by G stearothermophilus SAB-40, a Plackett-Burman fractional factorial design was applied to determine the impact of twenty variables. Among the tested variables, $CaCI_2$, the incubation time, $MgSO_4{\cdot}7H_2O$, and tryptone were found to be the most significant for encouraging amylase production. Lactose was found to promote ${\beta}$-galactosidase production, whereas starch had a significantly negative effect on lactase production. Based on a statistical analysis, a preoptimized medium attained the maximum production of amylase and ${\beta}$-galactosidase at 23.29 U/ml/ min and 12,958 U/mg biomass, respectively, which was 3-and 2-fold higher than the yield of amylase and lactase obtained with the basal medium, respectively.
Proceedings of the Korean Society for Applied Microbiology Conference
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2000.04a
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pp.157-167
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2000
A thermostable chitosanase gene from the isolated strain, Bacillus sp. CK4, was cloned, and its complete DNA sequence was determined. The thermostable chitosanase gene was composed of an 822-bp open reading frame which encodes a protein of 242 amino acids and a signal peptide corresponding to a 30 kDa enzyme in size. The deduced amino acid sequence of the chitosanase from Bacillus sp. CK4 exhibits 76.6%, 15.3%, and 14.2% similarities to those from Bacillus subtilis, Bacillus ehemensis, and Bacillus circulans, respectively. C-terminal homology analysis shows that Bacillus sp. CK4 belongs to the Cluster III group with Bacillus subtilis. The size of the gene was similar to that of a mesophile, Bacillus subtilis showing a higher preference for codons ending in G or C. The functional importance of a conserved region in a novel chitosanase from Bacillus sp. CK4 was investigated. Each of the three carboxylic amino acid residues were changed to E50D/Q, E62D/Q, and D66N/E by site-directed mutagenesis. The D66N/E mutants enzymes had remarkably decreased kinetic parameters such as $V_{max}$ and k$\sub$cat/, indicating that the Asp-66 residue was essential for catalysis. The thermostable chitosanase contains three cysteine residues at position 49, 72, and 211. Titration of the Cys residues with DTNB showed that none of them were involved in disulfide bond. The C49S and C72S mutant enzymes were as stable to thermal inactivation and denaturating agents as the wild-type enzyme. However the half-life of the C211S mutant enzyme was less than 60 min at 80$^{\circ}C$, while that of the wild type enzyme was about 90 min. Moreover, the residual activity of C211S was substantially decreased by 8 M urea, and fully lost catalytic activity by 40% ethanol. These results show that the substitution of Cys with Ser at position 211 seems to affect the conformational stability of the chitosanase.
Glutamate dehydrogenase from axenic bacterial cultures of a new microorganism, called GWE1, isolated from the interior of a sterilization drying oven, was purified by anion-exchange and molecular-exclusion liquid chromatography. The apparent molecular mass of the native enzyme was 250.5 kDa and was shown to be an hexamer with similar subunits of molecular mass 40.5 kDa. For glutamate oxidation, the enzyme showed an optimal pH and temperature of 8.0 and $70^{\circ}C$, respectively. In contrast to other glutamate dehydrogenases isolated from bacteria, the enzyme isolated in this study can use both $NAD^+$ and $NADP^+$ as electron acceptors, displaying more affinity for $NADP^+$ than for $NAD^+$. No activity was detected with NADH or NADPH, 2-oxoglutarate and ammonia. The enzyme was exceptionally thermostable, maintaining more than 70% of activity after incubating at $100^{\circ}C$ for more than five hours suggesting being one of the most thermoestable enzymes reported in the family of dehydrogenases.
Thermophilic microorganisms capable of producing chitinase enzymes were screened from samples collected from several crater and geothermal areas. The chitinolytic microorganisms were grown in a selective medium containing colloidal chitin. The Bacillus K29-14 isolate was found to exhibit the highest chitinase and chitin deacetylase activities. When grown in a chitin-containing medium, the isolate produced extracellular chitinase after 24 h of incubation. The optimum temperature and pH for the chitinase were $55^\circ{C}$ and pH 7, respectively, while those for the chitin deacetylase were $55^\circ{C}$ and pH 8, respectively. The thermostable chitinase and chitin deacetylase also retained 80- 90% of their activity after incubation for 5 h at $70^\circ{C}$. The divalent cations $CoCl_2\;and\;NiCl_2$, increased the chitinase activity, while $ZnCl_2$, inhibited the enzyme. The chitin deacetylase was also activated by the presence of $MgCl_2$ and inhibited by $MnCl_2,\;NiCl_2,\;and\;CaCl_2$. A zymogram analysis revealed several forms of chitinase, with a 67 kDa form being the major enzyme.
A newly isolated active producer of raw-starch-digesting amyloytic enzymes, Rhizopus microsporus var. chinensis CICIM-CU F0088, was screened and identified by morphological characteristics and molecular phylogenetic analyses. This fungus was isolated from the soil of Chinese glue pudding mill, and produced high levels of amylolytic activity under solid-state fermentation with supplementation of starch and wheat bran. Results of thin-layer chromatography showed there are two kinds of amyloytic enzymes formed by this strain, including one $\alpha$-amylase and two glucoamylases. It was found in the electron microscope experiments that the two glucoamylases can digest raw corn starch and have an optimal temperature of $70^{\circ}C$. These results signified that amyloytic enzymes secreted by strain Rhizopus microsporus var. chinensis CICIM-CU F0088 were types of thermostable amyloytic enzymes and able to digest raw corn starch.
Proceedings of the Microbiological Society of Korea Conference
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1991.04a
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pp.225-236
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1991
The genes encoding the thermostable $\alpha$-amylase and maltogenic amylase from Bacillus lichenciformis were cloned and expressed in E. coli. The recombinant plasmid pTA322 was found to contain a 3.1kb EcoRI genomic DNA fragment of the thermostable $\alpha$-amylase. The cloned $\alpha$-amylase was compared with the B. licheniformis native $\alpha$-amylase. Both $\alpha$-amylase have the same optimal temperature of $70^{\circ}C$ and are stable in the pH range of 6 and 9. The complete nucleotide sequences of the thermostable $\alpha$-amylase gene were determined. It was composed of one open reading rame of 1,536 bp. Start and stop codons are ATG and TAG. From the amino acid sequence deduced from the nucleotide sequence, the cloned thermostable $\alpha$-amylase is composed of 483 amino acid residues and its molecular weight is 55,200 daltons. The content of guanine and cytosine is $47.46mol\%$ and that of third base codon was $53_41mol\%$. The recombinant plasmid, pIJ322 encoding the maltogenic amylase contains a 3.5kb EcoRI-BamHI genomic DNA fragment. The optimal reaction temperature and pH of the maltogenci amylase were $50^{\circ}C$ and 7, respectively. The maltogenic amylase was capable of hydrolysing pullulan, starch and cyclodextrin to produce maltose from starch and panose from pullulan. The maltogenic amylase also showed the transferring activity. The maltogenic amylase gene is composed of one open reading frame of 1,734bp. Start and stop codons are ATG and ATG. At 2bp upstream from start codon, the nucleotide sequence AAAGGGGGAA seems to be the ribosome-binding site(RBS, Shine-Dalgarno sequence). A putative promoter(-35 and-10 regions) was found to be GTTAACA and TGATAAT. From deduced amino acid sequence from the nucleotide srquence, this enzyme was comosed of 578 amino acid residues and its molecular weight was 77,233 daltons. The content of guanine and cytosine was $48.1mol\%$. The new recombinant plasmid, pTMA322 constructed by inserting the thermostable $\alpha$-amylase gene in the EcoRI site of pIJ322 to produce both the thermostable $\alpha$-amylase and the maltogenic amylase were expressed in the E. coli. The two enzymes expressed from E. coli containing pTMA322 was reacted with the $15\%$ starch slurry at $40^{\circ}C$ for 24hours. The distribution of the branched oligosaccharides produced by the single-step process was of the ratio 50 : 50 between small oligosaccharide up DP3 and large oligosaccharide above DP3.
High levels of xylanase activity (143.98 IU/ml) produced by the newly isolated Paenibacillus campinasensis G1-1 were detected when it was cultivated in a synthetic medium. A thermostable xylanase, designated XynG1-1, from P. campinasensis G1-1 was purified to homogeneity by Octyl-Sepharose hydrophobic-interaction chromatography, Sephadex G75 gel-filter chromatography, and Q-Sepharose ion-exchange chromatography, consecutively. By multistep purification, the specific activity of XynG1-1 was up to 1,865.5 IU/mg with a 9.1-fold purification. The molecular mass of purified XynG1-1 was about 41.3 kDa as estimated by sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). Sequence analysis revealed that XynG1-1 containing 377 amino acids encoded by 1,134 bp genomic sequences of P. campinasensis G1-1 shared 96% homology with XylX from Paenibacillus campinasensis BL11 and 77%~78% homology with xylanases from Bacillus sp. YA-335 and Bacillus sp. 41M-1, respectively. The activity of XynG1-1 was stimulated by $Ca^{2+}$, $Ba^{2+}$, DTT, and ${\beta}$-mercaptoethanol, but was inhibited by $Ni^{2+}$, $Fe^{2+}$, $Fe^{3+}$, $Zn^{2+}$, SDS, and EDTA. The purified XynG1-1 displayed a greater affinity for birchwood xylan, with an optimal temperature of $60^{\circ}C$ and an optimal pH of 7.5. The fact that XynG1-1 is cellulose-free, thermostable (stability at high temperature of $70^{\circ}C{\sim}80^{\circ}C$), and active over a wide pH range (pH 5.0~9.0) suggests that the enzyme is potentially valuable for various industrial applications, especially for pulp bleaching pretreatment.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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