• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제10권6호
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• pp.789-796
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• 2000

In order to analyze the effects of tktA, $aroF^{FBR}$, and aroL expression in a tryptophan-producing Escherichia coli, a series of plasmids carrying the genes were constructed. Introduction of tktA, $aroF^{FBR}$, and aroL into the E. coli strain resulted in approximately 10-20 fold increase in the activities of transketolase, the feedback inhibition-resistant 3-deoxy-D-arabinoheptulsonate-7-phosphate synthase, and shikimate kinase. Expression of $aroF^{FBR}$ in the aroB mutant strain of E. coli resulted in the accumulation of 10 mM of 3-deoxy-D-arabinoheptulsonate-7-phosphate (DAHP) in the medium. Simultaneous expression of tktA and $aroF^{FBR}$ in the strain further increased the amount of excreted DAHP to 20 mM. In contrast, the mutant strain which has no gene introduced accumulated 0.5 mM of DAHP. However, the expression of tktA and $aroF^{FBR}$ in a tryptophan-producing E. coli strain did not lead to the increased production of tryptophan, but instead, a significant amount of shikimate, which is an intermediate in the tryptophan biosynthetic pathway, was excreted to the growth medium. Despite the fact that additional expression of shikimate kinase in the strain could possibly remove 90% of excreted shikimate to 0.1 mM, the amount of tryptophan produced was still unchanged. Removing shikimate using a cloned aroL gene caused the excretion of glutamate, which suggests disturbed central carbon metabolism. However, when cultivated in a complex medium, the strain expressing tktA, $aroF^{FBR}$, and aroL produced more tryptophan than the parental strain. These data indicate that additional rate-limiting steps are present in the tryptophan biosynthetic pathway, and the carbon flow to the terminal pathway is strictly regulated. Expressing tktA in E. coli cells appeared to impose a great metabolic burden to the cells as evidenced by retarded cell growth in the defined medium. Recombinant E. coli strains harboring plasmids which carry the tktA gene showed a tendency to segregate their plasmids almost completely within 24h.

• 생명과학회지
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• 제27권12호
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• pp.1410-1414
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• 2017

대장균 트립토판 생성효소는 ${\alpha}_2{\beta}_2$ 복합체로 구성되며, 트립토판 생합성에서 최종 2 단계의 반응에 관여한다. 두 개의 소단위체는 분자 터널로 연결되어 있어, 기질 채널링이 일어난다. 활성 부위간 상호 조절하는 정교한 조절 기작에는 ${\alpha}$-루프 L6(${\alpha}L6$), ${\alpha}L2$, ${\alpha}L3$이 관여한다. 본 연구에서는 이 자리의 잔기치환체를 써서 소단위체에 특이적으로 결합하는 리간드의 영향을 조사하여 소단위체간 상호 조절기작에 따른 구조 변화를 살펴보았다. ${\alpha}TS$의 활성부위에 결합하는 D,L-${\alpha}$-glycerophosphate(GP)는 모든 잔기치환체를 야생형 수준으로 회복시켰다. ${\beta}TS$의 기질인 L-Ser는 다양한 효과를 나타낸다. 야생형과 NS104에서는 속도가 감소한 반면, GD51과 PH53에서는 거의 영향이 없었고, PT53와 DG56은 증가하였다. 이는 반응 중간 화학종의 분포의 변화와 연관될 가능성을 제시한다. GP와 L-Ser를 동시에 처리했을 때는 특이하게도 PH53는 가장 안정한 잔기치환체였다. 이는 Pro53가 소단위체간의 조절기작에서 중요한 역할을 하는 것을 시사한다.

• 생명과학회지
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• 제32권9호
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• pp.729-733
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• 2022

수용성 단백질이 비정상적인 불용성 응집(aggregate)으로 전환되면 질환 등 여러 문제를 야기된다. 대장균 트립토판 중합효소 α 소단위체(αTS)는 가장 흔한 구조의 하나인 TIM 배럴 구조를 가지고 있다. 이전의 연구에서 불용성 응집이 일어나는 여러 잔기치환체(Y4C, S33L, P28L, P28S, G44S, D46N, P96L, P96S)를 얻었다. 본 연구에서는 높은 안정성과 도메인 협동성 성질을 보여주는 Y173F가 다른 잔기자리에 치환으로 유도된 응집 형성을 억제할 수 있는 지 여부를 조사했다. 8개 모두에서 억제효과를 보여 주었다. 단백질 분리가 가능한 P28L αTS를 분석한 결과, 이차구조함량의 감소, 안정성 감소, 소수성표면 증가 등의 구조변화특성을 보여주었다. Y173F가 첨가된 P28L/Y173F αTS은 야생형과 비슷한 구조로 회복되었다. 본 연구는 소수성 코아에 위치하는 Tyr¹⁷³ 잔기처럼 응집을 유도하는 여러 다른 잔기 자리를 보편적으로 억제하는 잔기가 존재할 수 있음을 시사해 준다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제26권2호
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• pp.260-264
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• 2005

The nature of the active site of Tobacco acetohydroxyacid synthase (AHAS) in the substrate- and cofactorbinding was studied by kinetics and fluorescence spectroscopy. The substrate saturation curve does not follow Michaelis-Menten kinetics at different temperatures (7, 21 and 37 ${^{\circ}C}$), pH (6.5, 7.5 and 8.5) and buffers (Tris-HCl and MOPS). The concentration of one half of the maximum velocity ($S_{0.5}$) decreased in the following order: pyruvate $\gt$ ThDP $\approx$$Mg^{+2}$ $\gt$ FAD. However, the catalytic efficiency (K$_{cat}/S_{0.5}$) inversely decreased in the following order; FAD $\gt$ $Mg^{+2}$ $\approx$ThDP $\gt$ pyruvate, indicating that the cofactors by in decreasing order; FAD, $Mg^{+2}$, ThDP, affect the catalysis of AHAS. The dissociation constant ($K_d$) of the intrinsic tryptophan fluorescence decreased with the same tendency of the concentration of one half of the maximum velocity ($S_{0.5}$) decreasing order. This data provides evidence that the substrate and cofactor binding natures of the active site, as well as its activation characteristics, resemble those of other ThDP-dependent enzymes.

• 생명과학회지
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• 제12권1호
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• pp.96-105
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• 2002

식물 단백질의 영양가 향상을 위한 일환으로 필수아미노산의 조성이 풍부한 인공단백질을 암호화하는 인공유전자를 담배 식물체에서 발현을 시도하기 위하여, 식물에서 외래유전자의 발현에 널리 사용되는 Cauliflower mosaic virus (CaMV)의 35S promoter를 이중으로 중첩되도록 하고, (Lys-Glu-Trp)이 64번 반복되는 인공유전자 및 nopaline synthase (nos) terminator를 갖고있는 binary vector pART4-4를 구성하였다. 이 재조합 플라스미드는 Agrobacterium tumefaciens를 이용한 형질전환에 의해 Nicotiann tabacum (Var. Xanthi)으로 도입되었다. Kanamycin이 포함된 신초 유도 배지 및 뿌리 유도배지를 이용하여 정상적으로 재생된 담배 식물체로부터 도입된 인공유전자의 발현을 분석하였다. 추출한 genomic DNA를 EcoRI으로 자른 다음 Southern blot 분석에 의하면, 효소 절단 시 예상되는 1.1 kb에서 band를 형성하였으며 각각의 형질전환 식물체에 인공유전자가 1 또는 3 개씩 도입되어 있음을 확인하였다. Northern blot 분석에 의하면 약 1.2 kb 전사체가 비교적 안정하게 발현되었으며, 잎, 줄기, 뿌리로부터 RNA를 분리하여 promoter의 조직 특이성 발현을 분석한 결과, 잎에서 생성되는 RNA가 줄기나 뿌리 조직보다 안정하게 발현되었다. 형질전환 식물체에서 Western blot에 의한 단백질 분석 결과, 잎에서 추출한 단백질로부터 원하는 크기인 33 kDa의 인공단백질이 생성됨을 확인하였으며 발현 수준은 전체 세포 단백질의 0.1%로서 낮은 수준이었다.

• 미생물학회지
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• 제28권2호
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• pp.174-179
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• 1990

L-Phenylalanine을 대량생산하는 균주를 얻기 위하여 Escherichia coli K-12로부터 여러대사조절 변이주를 분리하였다. MWEC 83은 L-phenylalanine을 7.4 g/l 생산하는 tyrosine, tryptophan 이중 영양요구성 변이주이다. Tyrosine과 tryptop phan의 첨가없이 L-phenylalanine을 생산하기 위하여 MWEC 83으로부터 복기변이주 MWEC 101을 분리하였다. 또한 MWEC 101 균주로부터 여러 analog와 valine 내성주를 분리하였다. MWEC 101-5는 포도당 15%로 배양 54시간에 17.9 g/l의 L-phenylalanine을 생산하는 최고 우량균주이다. MWEC 101-5의 chorismate mutase와 prephenate dehydratase 효소환성은, 효소반응 혼합액 속에 2mM phenylalanine에 대하여 효소활성이 저해되지 않았다.

• 대한화학회지
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• 제41권6호
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• pp.304-312
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• 1997

Acetolactate Synthase(ALS)는 가지를 가진 아미노산 valine, leucine, isoleucine의 생합성 과정에서 공통적으로 작용하는 효소이다. ALS는 서로 구조적 유사성이 없는 최근에 개발된 sulfonylurea, imidazolinone, 그리고 trizolopyrimidine계 제초제들의 공통적인 작용표적이다. 완두로부터 분리한 ALS를 이용하여 새로 합성한 4,6-dimethoxypyrimidine 유도체들의 저해활성을 측정하였다. 가장 우수한 저해활성을 나타내는 유도체는 K11570으로 $IC_{50}$값이 0.2 ${\mu}M$이다. 완두의 ALS에 대한 K11570의 저해활성은 incubation 시간이 증가함에 따라 증가하였으며, 기질 pyruvate에 대해 혼합형 저해유형을 보여주었다. K11570와 sulfonylurea Ally, 그리고 feedback 저해제 leucine에 대한 dual inhibition 실험결과 이들 저해제의 결합부위가 최소한 부분적으로 겹치는 것으로 생각된다. Arg을 변형시킨 효소는 K11570, sulfonylurea Ally, 그리고 leucine의 저해 민감도의 변화가 관찰되었으나, Trp의 변형은 저해 민감도에 영향이 없었다.

• Bulletin of the Korean Chemical Society
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• 제27권4호
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• pp.549-555
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• 2006

Acetohydroxyacid synthase (AHAS, EC 2.2.1.6 also referred to as acetolactate synthase) catalyzes the first common step in the metabolic pathway leading to biosynthesis of the branched-chain amino acids in plants and microorganisms. Due to its presence in plants, AHAS is a target for the herbicides (sulfonylurea and imidazolinone), which act as potent inhibitors of the enzyme. Recently, we have shown [J. Kim, D.G. Baek, Y.T. Kim, J.D. Choi, M.Y. Yoon, Biochem. J. (2004) 384, 59-68] that the residues in the “mobile loop” 567-582 on the C-termini are involved in the binding/stabilization of the active dimer and ThDP (thiamin diphosphate) binding. In this study, we have demonstrated the role of the W573 in the mobile loop of the C-termini of tobacco AHAS. The substitution of this W573 residue caused significant perturbations in the activation process and in the binding site of ThDP. Position W573 plays a structurally important role in the binding of FAD, maintaining the enzyme active site in the required geometry for catalysis to occur. In here we propose that the tryptophan at position 573 is important for the catalytic process.

• 한국생물정보학회:학술대회논문집
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• 한국생물정보시스템생물학회 2003년도 제2차 연례학술대회 발표논문집
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• pp.277-287
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• 2003

Acetolactate synthase (ALS, EC 4.1.3.18; also referred to as acetohydroxy acid synthase) catalyzes the first common step in the biosynthesis of valine, leucine, and isoleucine in microorganisms and plants. Recently X-ray structure of yeast ALS was available. Pair-wise alignment of yeast and tobacco ALS sequences revealed 63% sequence similarity. Using Deep View and automatic modeling on Swiss model server, we have generated reliable models of tobacco ALS based on yeast ALS template with a calculated pair-wise RMSD of 0.86 Angstrom. Functional roles of four residues located on the subunit interface (H142, El43, M350, and R376) were examined by site-directed mutagenesis. Seven mutants were generated and purified, of which three mutants (H142T, M350V, and R376F) were found to be inactivated under various assay conditions. The H142k mutant showed moderately altered kinetic properties. The E143A mutant increased 10-fold in K$_m$ value while other parameters remained unchanged. The M350C mutant was strongly resistant to three tested herbicides, while the R376k mutant can bind with herbicide carder at similar affinity to that of wild type enzyme, as determined by tryptophan quenching study. Except M350V mutant, all other mutants were ate to bind with cofactor FAD. Taken together, it is likely that residues H142 and E143 are located at the active site, while residues M350 and R376 are possibly located at the overlapping region of active site and herbicide binding site of the enzyme. Our data also allows us to hypothesize that the interaction between side chains of residues M350 and R376 are probably essential for the correct conformation of the active site. It remains to be elucidated that, whether the herbicide, upon binding with enzyme, inactivates the enzyme by causing change in the active site allosterically, which is unfavorable for catalytic activity.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제13권2호
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• pp.119-127
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• 1985

여러 가지 Escherchia coli 변이주의, glucose 와 ammonium염과 같은 간단한 기질로부터 방향족 아미노산 특히 phenylanine을 생합성하는 능력을 비교 검토한 결과 방향족 아미노산 생합성과정중 common pathway의 첫 번째 반응이 phenylanine 생합성에 가장 큰 영향을 준다는 것을 확인하였다. 따라서 관계효소인 DAHP synthase의 효소활성과 생합성에 관련된 각종 대사 제어작용을 효과적으로 제거시킴으로서 phenylalanine 생산량을 크게 높일 수 있었으며 더욱이 phenylalanine terminal pathway의 첫 단계 반응을 촉매하는 prephenate de-hydratase의 효소활성과 효소생합성에 관련된 제어 작용도 동시에 제거하면 phenylalanine생산이 상승적으로 증가됨을 보였다. 한편 방향족아미노산의 transport system에 관계하는 arop유전자의 변이는 phenylalanine생산을 크게 저하시키는 효과를 나타내었다.