A thermostable esterase from the hyper thermophilic archaeon Sulfolobus solfataricus was partially purified 590-fold with $16.2\%$ recovery. The partially purified esterase had a specific activity of $29.5\;{\mu}mol\;min^{-1}mg^{-1}$ when the enzyme activity was determined using p-nitrophenyl butyrate as a substrate. The apparent molecular weight was about 100 kDa, while the optimum temperature and pH for esterase were $75^{\circ}C$ and 8.0, respectively. The enzyme showed high thermal stability and solvent tolerance in comparison to its mesophilic counterpart. The enzyme also showed chiral resolution activity for (S)-ibuprofen, indicating that S. solfataricus esterase can be used for the production of commercially important chiral drugs.
The purification of a thermostable esterase expressed in Escherichia coli was investigated using thermoprecipitation of unclarified cell homogenates followed by after applying the heat-treated lysate to phenyl-sepharose column, and elution with detergent. Heat treatment at $70^{cdot}C$ was capable of removing to E. coli proteins. Specially, the thermoprecipitation with 15% polyethylene glycol 8000 can remove host proteins and nucleic acids efficiently. Various detergents were used to recover the esterase, which was strongly bound to phenyl-sepharose resin. Triton X-100, non-ionic detergent, was found to be the most efficient of all tested detergents.
A bacterial strain L1 producing a thermostable esterase was isolated from soil taken near a hot spring and identified as Bacillus stearothermophilus by its microbiological properties. The isolated thermostable esterase was purified by ammonium sulfate fractionation, ion .exchange and hydrophobic interaction chromatographies. The molecular weight of the purified enzyme was estimated to be 50,000 by SDS-PAGE. Its optimum temperature and pH for hydrolytic activity against PNP caprylate were $85^{\circ}C$ and 9.0, respectively. The purified enzyme was stable up to $70^{\circ}C$ and at a broad pH range of 4.0-11.5 in the presence of bovine serum albumin. The enzyme was inhibited by phenylmethylsulfonyl fluoride and diethyl p-nitrophenyl phosphate, indicating the enzyme is a serine esterase. The enzyme obeyed Michaelis-Menten kinetics in the hydrolysis of PNPEs and had maximum activity for PNP caproate ($C_6$) among PNPEs ($C_2-C_12$) tested.
Kim, Ji-Yeon;Choe, Gi-Seop;Kim, Geun-Jung;Yu, Yeon-U
한국생물공학회:학술대회논문집
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2001.11a
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pp.625-628
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2001
To isolate novel strains that hydrolyzed the rac-ketoprofen ethyl ester to ketoprofen in the stereospecific manner, we screened broad ecological niches and soil samples in which the activity was expected to be found. From thousands of strains, we isolated a Pseudomonas sp. S34 producing a (S)-stereospecific esterase, and a thermostable esterase with (R)-form selectivity was also 。 btained from Bacillus stearothermophilus JYl44. To further analyse the gene structure and to induce a high level expression, two genes from each strain were cloned and sequenced. BLAST search results with the esterase gene from 534 revealed that both of gene (80-84 %) and amino acid sequences (89- 95 %) were highly conserved in the related esterases from Pseudomonas strains (fluorescens and aeruginosa). The thermostable esterase from JY144, however, revealed a relative low homology (45-52 %) to other esterase and/or lipase from related strains. Obviously, a complete conversion with pure enantiomer (R - or S) were readily achieved by recombinant clones expressing either (R)- or (S)- stereospecific esterase.
Faiz, Ozlem;Colak, Ahmet;Saglam, Nagihan;Canakci, Sabriye;Belduz, Ali Osman
BMB Reports
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v.40
no.4
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pp.588-594
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2007
A novel hot spring thermophile, Anoxybacillus gonensis A4 (A. gonensis A4) was investigated in terms of capability of tributyrin degradation and characterization of its thermostable esterase activity by the hydrolysis of p-nitrophenyl butyrate (PNPB). It was observed that A. gonensis A4 has an esterase with a molecular weight of 62 kDa. The extracellular crude preparation was characterized in terms of substrate specificity, pH and temperature optima and stability, kinetic parameters and inhibition/activation behaviour towards some chemicals and metal ions. Tributyrin agar assay showed that A. gonensis A4 secreted an esterase and $V_{max}$ and $K_m$ values of its activity were found to be 800 U/L and 176.5 ${\mu}M$, respectively in the presence of PNPB substrate. The optimum temperature and pH, for A. gonensis A4 esterase was $60-80^{\circ}C$ and 5.5, respectively. Although the enzyme activity was not significantly changed by incubating crude extract solution at $30-70^{\circ}C$ for 1 h, the enzyme activity was fully lost at $80^{\circ}C$ for same incubation period. The pH-stability profile showed that original crude esterase activity increased nearly 2-fold at pH 6.0. The effect of some chemicals on crude esterase activity indicated that A. gonensis A4 produce an esterase having serine residue in active site and -SH groups were essential for its activity.
The synthesis of captopril as an important chiral drug in commerce needs expensive resolution process of racemic mixture. Microorganisms, producing a thermostable esterase that catalyzes the stereo-selective hydrolysis of methyl DL-${\beta}$-acetylthioisobutyrate (DL-ester) to D-${\beta}$-acetylthioisobutyric acid (DAT) were screened from soils. Among the strains tested, strain No CJ-317 and strain No CJ-187 with highest activity were selected as the best DAT producer. The newly isolated microorganisms were identified respectively, as Klebsiella pneumoniae and Pseudomonas putida. The cell activity of esterase from K. pneumoniae CJ-317 and P. putida CJ-187 were showed an optimal reaction activity at $75^{\circ}C$ and $60^{\circ}C$, respectively. Also the cell activity of K. pneumoniae CJ-317 was stable up to $80^{\circ}C$ for 1 h, while that of P. putida CJ-187 was not over $60^{\circ}C$. By varying the concentration of DAT in the reaction mixture, the cell activity of P. putida CJ-187 showed about 55% and 80% of product inhibition in the presence of 2.5% (w/v) and 5.0% of DAT respectively. K. pneumoniae CJ-317 had less product inhibition than P. putida CJ-187 by about 35% and 44% at the same concentrations respectively. The esterase of newly isolated K. pneumoniae CJ-317 could be useful for the stereo-selective hydrolysis of DL-ester to DAT.
Jo, Eunhye;Kim, Jihye;Lee, Areum;Moon, Keumok;Cha, Jaeho
Journal of Microbiology and Biotechnology
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v.31
no.3
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pp.483-491
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2021
Two putative genes, lip29 and est29, encoding lipolytic enzymes from the thermophilic bacterium Geobacillus thermocatenulatus KCTC 3921 were cloned and overexpressed in Escherichia coli. The recombinant Lip29 and Est29 were purified 67.3-fold to homogeneity with specific activity of 2.27 U/mg and recovery of 5.8% and 14.4-fold with specific activity of 0.92 U/mg and recovery of 1.3%, respectively. The molecular mass of each purified enzyme was estimated to be 29 kDa by SDS-PAGE. The alignment analysis of amino acid sequences revealed that both enzymes belonged to GDSL lipase/esterase family including conserved blocks with SGNH catalytic residues which was mainly identified in plants before. While Est29 showed high specificity toward short-chain fatty acids (C4-C8), Lip29 showed strong lipolytic activity to long-chain fatty acids (C12-C16). The optimal activity of Lip29 toward p-nitrophenyl palmitate as a substrate was observed at 50℃ and pH 9.5, respectively, and its activity was maintained more than 24 h at optimal temperatures, indicating that Lip29 was thermostable. Lip29 exhibited high tolerance against detergents and metal ions. The homology modeling and substrate docking revealed that the long-chain substrates showed the greatest binding affinity toward enzyme. Based on the biochemical and insilico analyses, we present for the first time a GDSL-type lipase in the thermophilic bacteria group.
$(R)-\beta-acetylmercaptoisobutyric$ acid (RAM), a chiral compound, is an important intermediate for the chemical synthesis of various antihypertensive and congestive heart failure drugs. Microorganisms capable of converting $(R,S)-\beta-acetylmercaptoisobutyric$ acid ((R,S)-ester) to RAM were screened from soil microorganisms. A strain of Pseudomonas sp. 1001 screened from a soil sample was selected to be the best. Cells showed an activity of 540 U/mL from culture broth and the enzyme was thermostable up to $70^{\circ}C$. This strain could produce RAM asymmetrically from (R,S)-ester.
Kim, Ji-Yeon;Kim, Yun-Jeong;Choe, Gi-Seop;Kim, Geun-Jung;Yu, Yeon-U
한국생물공학회:학술대회논문집
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2002.04a
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pp.457-460
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2002
In an effort to isolate novel strains expressing a thermostable esterase that hydrolyzed the rac-ketoprofen ethyl ester to ketoprofen in the stereospecific manner, we screened various soils and composts from broad ecological niches in which the activity was expected to be found. Three hundreds of microbial strains were tested to determine their ester-hydrolyzing activity by using an agar plate containing insoluble tributyrin as an indicative substrate, and then further screened by activity on the (R,S)-ketoprofen ethyl ester. Twenty-six strains were screened primarily at high growth and incubation temperature and further compared the ability to ethyl ester-hydrolyzing activity in terms of conversion yield and chiral specificity. Consequently, a strain JYl44 was isolated as a novel strain that produced a (R)-stereospecific esterase with high stability and systematically identified as a Bacillus stearothermophilus JY144. The enzyme indeed stables at a broad range of temperature, upto 65 $^{\circ}C$, and pH ranging from 6.0 to 10.0. The optimal temperature and pH for enzymatic conversion were 50 $^{\circ}C$ and 9.0, respectively. Based on the observations that resulted a poor cell growth, and enzyme expression in wild type strain, we further attempted the gene cloning into a general host Escherichia coli and determined its primary structure, concomitantly resulting a high level expression of the enzyme. The cloned gene had an open reading frame (250 amino acids) with a calculated molecular mass of 27.4 kDa, and its primary structure showed a relative high homology (45-52 %) to the esterases from Streptomyces and Bacillus strains. The recombinant whole cell enzyme could efficiently convert the rac-ketoprofen ethyl ester to (R)-ketoprofen, with optical purity of 99 % and yield of 49 %.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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