ABSTRACT
Abstract Using Response Surface Methodology (RSM) we evaluated the culture conditions (nitrogen source, carbon source, pH and agitation rate) that increase the biomass of Acidocellafaalis strain USBA-GBX-505 and therefore enhance the production of its lipolytic enzyme, 505 LIP. RSM results revealed that yeast extract and agitation were key culture factors that increased the growth-associated lipolytic activity by 4.5-fold (from 0.13 U.mg-1 to 0.6 U.mg-1). The 505 LIP lipase was partially purified using size-exclusion chromatography and ion-exchange chromatography. Its molecular weight was >77 kDa. The enzyme shows its optimum catalytic activity at 55 °C and pH 7.5. EDTA, PMSF, 1-butanol and DMSO inhibited enzymatic activity, whereas Tween 20, acetone, glycerol and methanol increased it. Metallic ions are not required for the activity of 505 LIP, and even have an inhibitory effect on the enzyme. This study shows the potential use of A. facilis strain USBA- GBX-505 for the production of a newly identified lipolytic enzyme, 505 LIP, which is stable at moderate temperatures and in the presence of organic solvents. These are important characteristics for the synthesis of many useful products.
Resumen Por medio de la Metodología de Respuesta de Superficie (RSM) evaluamos las condiciones de cultivo (fuente de N, fuente de C, pH y tasa de agitación) que incrementan la biomasa de Acidocella facilis cepa USBA-GBX-505 y, como consecuencia, la producción de su enzima lipolítica, llamada 505 LIP. Los resultados de la RSM revelaron que el extracto de levadura y la agitación fueron factores de cultivo claves, que incrementaron de 4 a 5 veces la actividad lipolítica asociada al crecimiento (de 0.13 U.mg-1 a 0.6 U.mg-1). La lipasa 505 LIP se purificó parcialmente usando cromatografía de exclusión por tamaño y cromatografía de intercambio iónico. Su peso molecular fue > 77 kDa. La enzima muestra su actividad catalítica óptima a 55 °C y pH 7.5. El EDTA, el PMSF, el 1-butanol y el DMSO inhibieron la actividad enzimática, mientras que el Tween 20, la acetona, el glicerol y el metanol la incrementaron. La enzima 505 LIP no requiere iones metálicos para su actividad, e incluso se inhibe en presencia de ellos. Este estudio muestra el uso potencial de A. facilis cepa USBA-GBX-505 para la producción de una nueva enzima lipolítica, 505 LIP, que es estable a temperaturas moderadas y en la presencia de solventes orgánicos. Estas son características importantes en la síntesis de muchos productos útiles.
Resumo Utilizando a Metodologia de Superfície de Resposta (MSR) avaliamos as condições de cultivo (fontes de nitrogénio e carbono, pH e taxa de agitação) que aumentam a biomassa de Acidocella facilis cepa USBA-GBX-505, e, portanto, elevam a produção de sua enzima lipolítica 505 LIP. Os resultados da MSR revelaram que o extrato de levedura e a agitação foram fatores de cultivo chave que permitiram aumentar 4 a 5 vezes a atividade lipolítica associada ao crescimento (de 0,13 U.mg-1 a 0,6 U.mg-1). A lipase 505 LIP foi parcialmente purificada utilizando cromatografia por exclusão de tamanho e cromatografia de intercambio iónico. Seu peso molecular foi > 77 kDa. A enzima mostra sua atividade catalítica ótima a 55 °C e pH 7,5. EDTA, PMSF, 1-butanol e DMSO inibiram a atividade enzimática, enquanto que Tween 20, acetona, glicerol e metanol aumentaram esta atividade. Íons metálicos não são necessários para a atividade da 505 LIP, apresentando inclusive efeito inibitório da enzima. Este estudo demonstra o potencial uso de A. facilis cepa USBA-GBX-505 para a produção de uma nova enzima lipolítica, 505 LIP, a qual é estável a moderadas temperaturas e na presença de solventes orgánicos. Estas características são importantes para a síntese de diversos produtos úteis.
Subject(s)
Chromatography, Ion Exchange/methodsABSTRACT
A new strategy is presented for the design and synthesis of peptides that exhibit ice-binding and antifreeze activity. A pennant-type dendrimer polypeptide scaffoíd combining an a-helical backbone with four short (β-strand branches was synthesized in solid phase using Fmoc chemistry in a divergent approach. The 51-residue dendrimer was characterized by reverse phase high performance liquid chromatography, mass spectrometry and circular dichroism. Each (β-strand branch contained three overlapping TXT amino acid repeats, an ice-binding motif found in the ice-binding face of the spruce budworm (Choristoneura fumiferana) and beetle (Tenebrio molitor) antifreeze proteins. Ice crystals in the presence of the polypeptide monomer displayed fiat, hexagonal plate morphology, similar to that produced by weakly active antifreeze proteins. An oxidized dimeric form of the dendrimer polypeptide also produced fiat hexagonal ice crystals and was capable of inhibiting ice crystal growth upon temperature reduction, a phenomenon termed thermal hysteresis, a defining property of antifreeze proteins. Linkage of the pennant-type dendrimer to a tri-functional cascade-type polypeptide produced a trimeric macromolecule that gave flat hexagonal ice crystals with higher thermal hysteresis activity than the dimer or monomer and an ice crystal burst pattern similar to that produced by samples containing insect antifreeze proteins. This macromolecule was also capable of inhibiting ice recrystallization.
Una nueva estrategia se presenta para el diseño y síntesis de péptidos que se unen al hielo y evidencian actividad anticongelante. Un polipéptido dendrímero del tipo banderín, que combina en su estructura un núcleo a-hélice con cuatro ramificaciones cortas de hojas β, se sintetizó en fase sólida utilizando la química Fmoc con una estrategia divergente. El dendrímero de 51 residuos se caracterizó por cromatografía líquida de alta resolución, espectrometría de masas y dicroís-mo circular. Cada ramifcación de hoja β contiene tres repeticiones de los motivos de aminoácidos TxT sobrelapados, un motivo de unión al hielo presente en la cara de unión de las proteínas anticongelantes del gusano de brotes de abeto (Choristoneura fumiferana) y en el escarabajo (Tenebrio molitor). Los cristales de hielo en presencia del polipéptido monomérico presentan una morfología hexagonal plana, similar a la producida por las proteínas anticongelantes con una débil actividad. Un dímero oxidado del polipéptido también produce cristales de hielo hexagonales planos que fueron capaces de inhibir el crecimiento de los cristales de hielo a medida que se disminuía la temperatura, un fenómeno conocido como histéresis térmica, esto es, una propiedad que define las proteínas anticongelantes. La vinculación del dendrímero tipo banderín a un polipéptido tipo cascada trifuncional produjo una macro-molécula trimérica que generó cristales de hielo hexagonales planos con una mayor actividad de histéresis térmica que los dímeros y los monómeros y un patrón de estallido del cristal de hielo muy similar al producido por las muestras que contienen proteínas anticongelantes de insectos. Estas moléculas además fueron capaces de inhibir la recristianización del hielo.
Uma nova estratégia é apresentada para o desenho e síntese de peptídeos que se unem ao gelo e apresentam atividade anticongelante. Um polipeptídeo dendrímero do tipo pennant que combina em sua estrutura um núcleo a-hélice com quatro ramifcacoes curtas de folhas β foi sintetizado em fase sólida utilizando a química Fmoc com uma estratégia divergente. O dendrímero de 51 resíduos foi caracterizado por cromatografa líquida de alta resolução, espectrometria de massas e dicroísmo circular. Cada ramifcacao de folha (β contém três repeticoes dos motivos de aminoácidos TxT sobrepostos, um motivo de união ao gelo presente na cara de união das proteínas anticongelantes do verme de Choristoneura fumiferana e no escaravelho (Tenebrio molitor). Os cristais de gelo, em presença do polipeptídeo monomérico, apresentam urna morfologia hexagonal plana, similar à produzida pelas proteínas anticongelantes com uma atividade fraca. Um dímero oxidado do polipeptídeo também produz cristais de gelo hexagonais planos e fo-ram capazes de inibir o crescimento dos cristais de gelo à medida que a temperatura diminuia, um fenômeno conhecido como histerese térmica una propriedade que def ne as proteínas anticongelantes. A vinculação do dendrímero tipo pen-nant a um polipeptídeo tipo cascata tri-funcional produziu uma macromolécula trimérica que gerou cristais de gelo hexa-gonais planos com uma maior atividade de histerese térmica que os dímeros e os monómeros e um padrão de estouro do cristal de gelo muito similar ao produzi-do pelas amostras que contêm proteínas anticongelantes de insetos. Estas moléculas, aliás, foram capazes de inibir a recristalização do gelo.