• Journal of Applied Biological Chemistry
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• 제44권3호
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• pp.113-118
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• 2001

Xylose (glucose) isomerase was purified to homogeneity from cell-extracts of Streptomyces chibaensis J-59 via ammonium sulfate precipitation followed by chromatography on DEAE-cellulose, and gel filtration on Sephacryl S-300. The purified enzyme is a homotetramer with a native molecular mass of 180 kDa and a subunit molecular mass of 44 kDa. The amino acid N-terminal sequence of glucose isomerase from S. chibaensis J-59 was determined to be Ser-Tyr-Gln-Pro-Thr-Pro-Glu-Asp-Arg-Phe-Thr-Phe-Gly-Leu. The first 14 amino acids of the N-terminal sequence of the enzyme showed strong analogies with N-terminal sequences of glucose isomerase produced by other Streptomyces spp. The optimum pH and temperature for activity were 7.5 and 85, respectively. The purified enzyme required $Mg^{2+}$, $Co^{2+}$, and $Mn^{2+}$ for the activity, $Mg^{2+}$ being the most effective. The enzyme was not inhibited by $Ca^{2+}$, but was inhibited by $Hg^{2+}$, $Ag^+$, and $Cu^{2+}$. The $K_m$, $V_{max}$, and $k_{cat}$ values of S. chibaensis J-59 isomerase for glucose were 83 mM, 40.9 U/mg, and $1,843min^{-1}$, respectively. In the presence of $Co^{2+}$, cell-free enzymes retained 100% without loss of activities by the heat-treatment at $70^{\circ}C$ for 7 days. The enzyme retained 50% residual activity after heating at $85^{\circ}C$ for 13.5 h, at $90^{\circ}C$ for 126 min. The enzyme is more thermostable than any other glucose isomerases of Streptomyces spp.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제24권4호
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• pp.385-392
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• 1996

Bacillus stearotheymophilus, a potent xylanolytic bacterium isolated from soil, was tested for the strain's strategies of pentose utilization and the evidence of substrate preferences. The strain metabolized glucose, xylose, ribose, maltose, cellobiose, sucrose, arabinose and xylitol. The efficacy of the sugars as a carbon and energy source in this strain was of the order named above. The organism, however, could not grow on glycerol as a sole growth substrate. During cultivation on a mixture of glucose and xylose or arabinose, the major hydrolytic products of xylan, B. stearothermophilus displayed classical diauxic growth in which glucose was utilized during the first phase. On the other hand, the pentose utilization was prevented immediately upon addition of glucose. Cellobiose was preferred over xylose or arabinose. In contrast, maltose and pentose were co-utilized, and also no preference on between xylose and arabinose. Enzymatic studies indicated that B. stearothermophilus possessed constitutive hexokinase, a key enzyme of the glucose metabolic system. While, the production of $^{D}$-xylose isomerase, $^{D}$-xylulokinase and $^{D}$-arabinose isomerase essential for pentose phosphate pathway were induced by xylose, xylan, and xylitol but repressed by glucose. Taken together, the results suggested that the sequential utilization of B. stearothermophilus would be mediated by catabolite regulatory mechanisms such as catabolite inhibition or inducer exclusion.

• 미생물학회지
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• 제21권2호
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• pp.51-60
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• 1983

Cultural characteristics of Strptomyces griseolus isolated from the soil were investigated. This strain was disclosed to utilize D-xylose, and D-glactose in preference order as a carbon source with the formation of glucose isomerase. The addition of sweet potato starch also proved effective promoting the total enzyme activity measured at 29% higher than the control. Corn cob, one of waste agricultural resources, was hydrolyzed in 2~3% $H_2SO_4$ solution at $100^{\circ}C$, 3~5 hours to produce a xylose syrup which gave rise to the recovery of 19.9% in a batch system and 28.2% in a repeated system. By the addition of both 2% of xylose syrup(Be'28) prepared by and us 65% of corn steep liquor (total nitrogen 1.2%), enzyme induction was maximized. The enzyme activity was stimulated by the xylose and the cell growth by the C.S.L. Also, remarkable increase of enzyme activity was noticed by the addition of protein acid hydrolysate 86.2% higher than the control. $QO_2$ of the biomass cultured in 30L capacity jarfermentor recorded low oxygen requirement of 251.2 1/hr. Maximum activity of glucose isomerase was observed noted at the 9th hour after inoculation which is 2 hours faster than the stationery was observed noted at the 9th hour after inoculation which is 2 hours faster than the stationery phase of the biomass growth. Glucose isomerase from the strain was activated by adding the $Co^{++}\;and\;Mg^{++}$ with optimum temperature of $73^{\circ}C$ and pH of 7.2. Conversion ratio of 60% glucose to frutose was 42.5% after 70 hours reaction.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제4권4호
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• pp.138-144
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• 1976

Xylose를 효소 유도물질로한 배지에서 glucose isomerase를 생산하는 균주를 분리하기 위하여 전국각지의 토양시료 150점에서 약 280주의 Streptomyces속 균주를 분리하여 그 중에서 효소 활성능이 높은 5주를 분리하였다. 이들 균주의 성질을 조사한 결과, 서로 다른 균종임을 확인하고 분류가 완성될 때까지 Streptomyces(st) spp. K-14, K-53, K-71, K-77 및 K-733 이라 부르기로 하였다. 특히 K-77과 K-733균주는 포자 표면이 침상형임으로 다른 균종과 완전히 구별되었다. 이들 균주 중에서 K-14균주는 효소 활성능이 가장 양호하였다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제39권6호
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• pp.430-436
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• 1996

대장균에서 xylose isomerase(XI) 생산의 조절양상을 밝히기 위한 연구의 일환으로 유도물질인 xylose에 의한 XI 생산유도 및 glucose에 의한 이화물 억제 양상을 조사하였다. XI 생산 유전자인 xylA 유전자의 발현을 조절하는 xylR 유전자가 염색체에 존재하는 상태에서 xylA 유전자가 고복제수 유래의 플라스미드에 존재하는 경우 (pEX202/DH77)와 저복제수 유래의 플라스미드에 존재하는 경우(pEX102/DH77)에는 염색체에 존재하는 경우 (JM109)보다 0.4% xylose 첨가에 의한 XI의 유도생산이 각각 1.9 및 1.7배 정도 증가하였다. 염색체에 존재하는 xylR 유전자에 의해 생산된 xylR유전자 산물이 xylA 유전자가 플라스미드에 존재할 경우에도 염색체에 존재할때와 마찬가지로 작용하는 것으로 나타났다. 형질전환주 pEX202/DH77과 pEX102/DH77 및 친주 JM109에서 다 같이 0.2% glucose 첨가에 의해 완전히 XI 유도생산이 억제되었으며 이와같은 glucose에 의한 이화물 억제는 1 mM cAMP의 첨가로 해제되었다. DM 최소배지에서 xylose에 의한 XI 유도시 1 mM CAMP를 첨가하면 0.4% xylose만 첨가했을때 보다 XI 생산이 1.7 내지 2배 정도 증가하었다. Xylose isomerase와 cAMP 생산 변이주(xyl, cya ; TP2010)에 xylA 유전자를 형질전환시킨 pEX13/TP2010은 xylose 첨가로 Xl가 유도생산되지 않았고 cAMP를 함께 첨가해야만 XI가 유도되었다. 이와같이 대장균의 xylA 유전자에서 XI의 생산조절에는 xylose이외에 cAMP도 필수적인 효과물질임을 알 수 있었다.

• Applied Biological Chemistry
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• 제26권4호
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• pp.222-230
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• 1983

본 연구에서는 저자등이 분리한 바 있는 Streptomyces griseolus가 분비한 xylose 이성화 효소(D-xylose ketol isomerase, EC 5.3.1.5, 포도당 이성화 효소)의 고정화 및 이 고정화 효소에 의한 파일롯트 규모의 이성화당 생산에의 응용을 시도하였다. 세포내 분비된 Xylose 이성화 효소를 함유한 미생물 균체를 호모 게나이저로 $500kg/cm^2$압력하에 파쇄한 결과 원 효소 역가의 98.8%가 얻어졌고, lysozyme으로 분해 했을 때는 54.7%가 얻어졌다. 이 효소의 고정화를 위한 담체로서는 Diaion HP 20, Duolite A-7, Amberlite IRA 93 및 94와 같은 포리스형 수지류가 효과적임이 밝혀졌고, Amberlite IRA 93에 대한 재생 형태는 $BO_4--$가, Diaion HP 20에 대해서는 $HCO_3-$가 효과적이었다. Amberline IRA 93에 대한 고정화 최적 조건은 pH 8.0에 $55^{\circ}C$로서 80.6%의 효소 고저오하 수율을 나타내었으며 효소 활성 반감기는 $65^{\circ}C$에서 24일 이상이었다. Amberlite IRA 93에 효소를 탈착(脫着) 실험한 결과, 담체는 재 사용이 가능 하였으며 2,3,4,5회째의 효소의 재 고정화율은 각각 98.2, 93.3, 90.7 및 87.5%를 나타내었다. 고정화 효소의 최적 반응 온도는 $60{\sim}70^{\circ}C$로 원효소의 경우에 비하여 다소 낮아지면서 폭이 넓어졌으며, 최적 pH는 $8.0{\sim}8.3$으로 알카리 쪽으로 이동하였다. 파일롯트 규모로 본 고정화 효소 충전탑(내경 30cm, 높이 85cm)에 의한 이성화당의 생산을 시도하였던바, 고정화 효소(350 IXIU/ml-R) 1리터가 30일동안에 약 293리터의 이성화당을 생산할 수 있는 것으로 나타났다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제29권2호
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• pp.244-255
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• 2019

Xylose isomerase (XI; E.C. 5.3.1.5) catalyzes the isomerization of xylose to xylulose, which can be used to produce bioethanol through fermentation. Therefore, XI has recently gained attention as a key catalyst in the bioenergy industry. Here, we identified, purified, and characterized a XI (PbXI) from the psychrophilic soil microorganism, Paenibacillus sp. R4. Surprisingly, activity assay results showed that PbXI is not a cold-active enzyme, but displays optimal activity at $60^{\circ}C$. We solved the crystal structure of PbXI at $1.94-{\AA}$ resolution to investigate the origin of its thermostability. The PbXI structure shows a $({\beta}/{\alpha})_8$-barrel fold with tight tetrameric interactions and it has three divalent metal ions (CaI, CaII, and CaIII). Two metal ions (CaI and CaII) located in the active site are known to be involved in the enzymatic reaction. The third metal ion (CaIII), located near the ${\beta}4-{\alpha}6$ loop region, was newly identified and is thought to be important for the stability of PbXI. Compared with previously determined thermostable and mesophilic XI structures, the ${\beta}1-{\alpha}2$ loop structures near the substrate binding pocket of PbXI were remarkably different. Site-directed mutagenesis studies suggested that the flexible ${\beta}1-{\alpha}2$ loop region is essential for PbXI activity. Our findings provide valuable insights that can be applied in protein engineering to generate low-temperature purpose-specific XI enzymes.

• 미생물학회지
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• 제23권2호
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• pp.138-146
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• 1985

포도당 이성화효소를 coding는 Bacillus licheniformis ATCC31667의 유전자를 Escherichia coli LE 392-6에 클로닝하였다. Bacillus lieheniformis 염색체 DNA를 분리하고 제한효소인 Pst I.HindIII, Sal 1, EcoR 1, BamH1으로 절단한 후 운반제 plasmid인 pBR332에 연결하고 포도당 이성화효소 negative인 E. coli LE 3926-6에 형질전환하였다. 이중 E채꺄 제한효소를 사용한 것만이 glucose isomerase positive로 전환되어 xylose를 유일 탄소원으로 하여 성장하였다. 이 제조합 plasmid를 제한효소로 처리하여 본 결과 4.1Kb의 Bacillus licheniformisdb전자가 옮겨 졌음을 확인했고 여기에 제한효소 HindII와 Puv II의 절단위치가 확인되어 제한요소 지도를 작정하였다. 이 재조합 plasmid pBGI6는 연속계대 10일 후에도 매우안정하게 유지되었다. 한편 포도당 이정화 효소의 안정을 측정하여 본 바 야생숙주에 비해 약 20배의 증가를 나타냈다.

• 미생물학회지
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• 제16권2호
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• pp.47-61
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• 1978

Strptomyces albus T-12 which ahd been isolated and identified in the laboratory, was selected for the studies on the cultural conditions on the production of D-xylose iosmerase and the enzymological characteristics using the partially purified enzyme. The best results in the enzyme production came from D-xylose medium than wheat bran. The divalent metla ions as $Co^{2+},\;Fe^{2+},\;Zn^{2+}\;and\;Cu^{2+}$ retard or inhibit the cell-growth at the early stages of mycelia propagations, and T-12 strain is especially sensitive to $Co^{2+}$. After 60 hours of shaking cultivation at $30^{\circ}C$ and 200 rpm, a maximum enzyme activitz, 0.49 enzyme units, was obtained. Cell-free enzyme obtained from mycelia heat-treated in the prescence of 0.5mM $Co^{2+}$, showed a 2.4-fold increase in specific than the enzyme from untreated mycelia. The specific activity of the purified enzyme through Sephadex G-150 columm showed 180 fold to the crude enzyme. The effective activators of the enzyme appeared to be $Mg^{2+}\;and\;Co^{2+}$ ions, and it exhibited the maximal enzyme activity showed at pH 7.0 and at tempersture around $80^{\circ}C$ when $Mg^{2+}\;and\;Co^{2+}$ ions were added. The enzyme isomerized D-glucose, D-xylose, D-ribose, L-arabinose, D-mannose, and L-rhamnose in the present of $Mg^{2+}\;and\;Co^{2+}$ ions as an activatiors. $Mg^{2+}\;and\;Co^{2+}$ ions were non-competitively bound at different allosterix sites of enzyme molecule. $Mg^{2+}(5mM)\;or\;Co^{2+}(1.0mM)$ protected against the thermal denaturations of the enzyme activities. The michelis constant(Km) and $V_{max}$ values of the emzyme for D-glucose and D-xylose were 0.52M, $2.12{\mu}moles/ml{\cdot}min.\;and\;0.28M,\;0.65moles/ml{\cdot}min.$, respectively.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제7권1호
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• pp.9-14
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• 1979

독보리짚을 NaOH로 처리하여 헤미셀로오즈 부분을 추출하여 이것을 Streptomyces flavogriseus에 의한 글루코오스 이성질화효소를 생성하는데 사용하였다. 짚을 1%~24%의 NaOH를 처리함으로써 천연 헤미셀룰로오즈를 농도 25%까지 얻을 수 있었고 헤미셀룰로오즈 수율은 NaOH농도를 4%까지 증가시킬 때까지는 비례적으로 증가하였다. 그러나 증가율은 NaOH 농도가 더 증가하면 낮았다. 독보리짚에서 헤미셀룰로오즈를 추출하는 최적조건은 짚을 4% NaOH로 9$0^{\circ}C$에서 3시간 처리하거나 3$0^{\circ}C$에서 24시간 처리하여 균체를 2% 짚-헤디미셀룰로즈에서 3$0^{\circ}C$, 2일간 키웠을 때, 글루코오스 이성질화 효소활성도(3.04 units/ml 배양액)가 최고값에 달하였다. 또한 균체를 xylan, xylose 또는 짚의 황산가수분해물에 키웠을 때 글루코오스 이성질화 효소를 상당한 량을 생성되었다. 헤미셀룰르오즈를 추출해내고 남은 짚 찌꺼기는 동물 사료로 사용할 수 있는데, 이는 젖을 갖 뗀 초원 들쥐에 그 찌꺼기를 사료로 주었을 때, 처리하지 않은 짚을 준 경우보다 75%나 더 높은 소화가 능도를 나타내며 사료로서의 효율은 20%가 더 높은 것으로 나타났음으로 알 수 있었다.