Characterization of l-Arabinose Isomerase from Klebsiella pneumoniae and Its Application in the Production of d-Tagatose from d-Galactose

异构酶 阿拉伯糖 半乳糖 化学 生物化学 肺炎克雷伯菌 核酮糖 大肠杆菌 木糖 发酵 基因 鲁比斯科
作者
Kyung‐Chul Shin,Min‐Ju Seo,Sang Jin Kim,Yeong-Su Kim,Chang‐Su Park
出处
期刊:Applied sciences [Multidisciplinary Digital Publishing Institute]
卷期号:12 (9): 4696-4696 被引量:3
标识
DOI:10.3390/app12094696
摘要

d-Tagatose, a functional sweetener, is converted from d-galactose by l-arabinose isomerase, which catalyzes the conversion of l-arabinose to l-ribulose. In this study, the araA gene encoding l-arabinose isomerase from Klebsiella pneumoniae was cloned and expressed in Escherichia coli, and the expressed enzyme was purified and characterized. The purified l-arabinose isomerase, a soluble protein with 11.6-fold purification and a 22% final yield, displayed a specific activity of 1.8 U/mg for d-galactose and existed as a homohexamer of 336 kDa. The enzyme exhibited maximum activity at pH 8.0 and 40 °C in the presence of Mn2+ and relative activity for pentoses and hexoses in the order l-arabinose > d-galactose > l-ribulose > d-xylulose > d-xylose > d-tagatose > d-glucose. The thermal stability of recombinant E. coli cells expressing l-arabinose isomerase from K. pneumoniae was higher than that of the enzyme. Thus, the reaction conditions of the recombinant cells were optimized to pH 8.0, 50 °C, and 4 g/L cell concentration using 100 g/L d-galactose with 1 mM Mn2+. Under these conditions, 33.5 g/L d-tagatose was produced from d-galactose with 33.5% molar yield and 67 g/L/h productivity. Our findings will help produce d-tagatose using whole-cell reactions, extending its industrial application.

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