Please use this identifier to cite or link to this item: https://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/60922
Title: Molecular characterization of isoamylases from cassava tuber Manihot esculenta Crantz ‘KU50’
Other Titles: ลักษณะสมบัติเชิงโมเลกุลของไอโซแอมีเลสจากหัวมันสำปะหลัง  Manihot esculenta Crantz ‘KU50’
Authors: Pawinee Panpetch
Advisors: Tipaporn Limpaseni
Robert A. Field
Other author: Chulalongkorn University. Faculty of Science
Subjects: Plant enzymes
Cassava
เอนไซม์พืช
มันสำปะหลัง
Issue Date: 2016
Publisher: Chulalongkorn University
Abstract: Starch debranching enzyme or isoamylase (EC.3.2.1.68), an important enzyme in starch metabolism, catalyses the hydrolysis of α-1,6 glycosidic linkages of amylopectin. In this work, cassava isoamylase genes were isolated from cDNA generated from total RNA from tubers of Manihot esculanta Crantz cultivar KU50 by RT-PCR and analysed by agarose gel electrophoresis. Three putative isoamylase genes, MeISA1, MeISA2 and MeISA3 were identified and amplified excluding the fragments encoding their transit peptides. Full length of MeISA3 gene was obtained by 5’ Rapid Amplification of cDNA Ends (5’ RACE). The mature MeISA1 and MeISA2 were successfully amplified and cloned into a pETDuet1 vector, while the mature MeISA3 was amplified and cloned into a pET21b and sequenced. The ORFs of mature recombinant MeISA1, MeISA2 and MeISA3 genes were 2,292, 2,649 and 2,127 kb, encoding 763, 882 and 708 amino acid with substantial similarity to StISA1, StISA2 and StISA3 from potato at 84.4%, 68.9% and 80.9%, respectively. Then, rMeISA1 and rMeISA2 were coexpressed and rMeISA3 was single expressed in Escherichia coli SoluBL21(DE3) and purified by HistrapTM column. Analysis by SDS-PAGE and immunoblot showed approximate molecular weights of 87, 99, and 80 kDa, respectively. Debranching activity was only detectable in the fractions where both rMeISA1 and rMeISA2 were present. The heteromultimeric DBE from 4-5 h induced culture analysed by gel filtration chromatography and Western blot showed combinations of rMeISA1 and rMeISA2 at ratios of 1:1 to 1:4. Pooled fractions of rMeISA1/rMeISA2 with DBE activity and the purified rMeISA3 were used for enzyme characterisation. Both rMeISA1/rMeISA2 and rMeISA3 showed the optimum activity at 37ºC but their optimum pH were at 7.0 and 6.0, respectively. Enzyme activity of rMeISA1/rMeISA2 was enhanced by Co2+, Mg2+ and Ca2+, whereas rMeISA3 activity could be significantly activated by Mn2+ and Co2+. Cu2+ was a strong inhibitor for both enzymes. Debranched amylopectin products analysed by HPACE-PAD showed chain length distributions typical of plant debranching enzymes with DP from 6 to 20 with major products around DP 10 to 12. rMeISA1/rMeISA2 were specific for amylopectin while rMeISA3 showed the highest activity on beta-limit dextrin. However, they could hardly hydrolyse pullulan at all, indicating their classification as isoamylase-type debranching enzyme. The debranching activity of rMeISA1 and rMeISA2 required their association as heteromeric complexes.
Other Abstract: งานวิจัยนี้ศึกษายีนที่เกี่ยวข้องกับเอนไซม์ไอโซแอมีเลส (isoamylase: EC.3.2.1.68) ที่เร่งปฏิกิริยา การสลายพันธะไกลโคซิดิก α-1,6 ในแอมีโลเพคตินซึ่งเป็นองค์ประกอบของแป้งด้วยน้ำ ได้แยก RNA จาก หัวมันสำปะหลังสายพันธุ์เกษตรศาสตร์ 50 และสังเคราะห์ cDNA ด้วยเทคนิค Reverse Transcription-PCR และวิเคราะห์ด้วย agarose gel electrophoresis พบว่ามีไอโซแอมีเลสยีน 3 ไอโซฟอร์ม ได้แก่ MeISA1, MeISA2 และ MeISA3 ยีน MeISA3 ที่มีความยาวเต็มนั้น ได้จากการทำ 5'RACE จากนั้นโคลนยีน MeISA1 และ MeISA2 เข้าสู่  pETDuet1 เพื่อทำการเเสดงออกร่วม และโคลนยีน MeISA3 เข้าสู่ pET21b โดยตัดส่วน transit peptide ของยีนทั้งสามออก เมื่อตรวจสอบหาลำดับนิวคลีโอไทด์ โดยพบว่า ORFs ของยีนรีคอมบิแนนท์ที่สมบูรณ์เพื่อการแสดงออก MeISA1, MeISA2 และ MeISA3 มีขนาด 2,292 เบส (763 กรดอะมิโน), 2,649 เบส (882 กรดอะมิโน) และ 2,127 เบส (781 กรดอะมิโน) ตามลำดับ โดยลำดับกรดอะมิโนของ rMeISA มีความเหมือนกับโปรตีน StISA1, StISA2 และ StISA3 ของมันฝรั่ง ในฐานข้อมูล NCBI 83.1%, 68.7% และ 80.9% ตามลำดับ เมื่อทำการเเสดงออก rMeISA ทั้งสามใน E. coli SoluBL21(DE3) และทำให้เอนไซม์ให้บริสุทธิ์โดยคอลัมน์ HistrapTM จากการวิเคราะห์โดยวิธี SDS-PAGE และ Western blot พบว่า rMeISA1, rMeISA2 และ rMeISA3 มีขนาดประมาณ 87, 99 และ 80 kDa ตามลำดับ หลังการทำให้บริสุทธิ์ พบแอคติวิทีตัดกิ่งใน fraction ที่มี rMeSIA1 และ rMeISA2 อยู่ด้วย เท่านั้น ผลจากคอลัมน์ gel filtration และวิเคราะห์โดย  Western blot ของ rMeISA1 และ rMeISA2 ที่ผลิตในช่วง 4-5 ชั่วโมงหลังการเหนี่ยวนำ พบว่าโปรตีนเชิงซ้อนมีขนาดประมาณ 259 ถึง 496 kDa ซึ่งสอดคล้องกับการรวมตัวกันของ ISA1 และ ISA2 ที่สัดส่วน 1:1 ถึง 4:1 rMeISA1/rMeISA2 และ rMeISA3 ที่บริสุทธิ์ สามารถเร่งปฏิกิริยาได้ดีที่ 37 องศาเซลเซียส ที่ pH 7.0 และ 6.0 ตามลำดับ ผลของ metal ion พบว่า การทำงานของ rMeISA1/rMeISA2 มีค่าสูงขึ้นโดยการกระตุ้นของ Co2+, Mg2+ และ Ca2+ตามลำดับ ขณะที่ Mn2+ และ Co2+ สามารถกระตุ้นการทำงานของ rMeISA3 ได้อย่างมีนัยสำคัญ อย่างไรก็ตามการทำงานของ rMeISA1/rMeISA2 และ rMeISA3 ถูกยับยั้งด้วย Cu2+ จากการวิเคราะห์ผลิตภัณฑ์ที่ได้จากการย่อยแอมีโลเพคตินด้วยไอโซแอมีเลสด้วย HPAEC-PAD พบพอลิเมอร์ของกลูโคสสายตรงขนาด DP 6 ถึง 20 โดยผลิตภัณฑ์หลักอยู่ในช่วง DP 10 ถึง 12 rMeISA1/rMeISA2 มีความจำเพาะต่อแอมีโลเพคติน ขณะที่ rMeISA3 จำเพาะต่อบีตา-ลิมิตเดกซ์ทรินมากที่สุด rMeISA1/rMeISA2 และ rMeISA3 ไม่สามารถย่อยพูลลูแลนได้ บ่งชี้ได้ว่าเอนไซม์เหล่านี้จัดอยู่ในกลุ่มไอโซแอมีเลส แอคติวิทีของไอโซแอมิเลสพบได้เมื่อ rMeISA1 และ rMeISA2 รวมตัวเป็นสารประกอบเชิงซ้อนเท่านั้น
Description: Thesis (Ph.D.)--Chulalongkorn University, 2016
Degree Name: Doctor of Philosophy
Degree Level: Doctoral Degree
Degree Discipline: Biochemistry and Molecular Biology
URI: http://cuir.car.chula.ac.th/handle/123456789/60922
URI: http://doi.org/10.58837/CHULA.THE.2016.1315
metadata.dc.identifier.DOI: 10.58837/CHULA.THE.2016.1315
Type: Thesis
Appears in Collections:Sci - Theses

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
5472875423.pdf6.31 MBAdobe PDFView/Open


Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.