미호기성 Bacillus 속 분리 세균의 수소 생성 효소

Abstract

Characteristics of the enzyme involving in hydrogen forming system in Bacillus sp. 1-17 were investigated. Bacillus sp. 1-17 reduced acetylene to ethylene, and evolved molecular hydrogen under anaerobic culture in the presence of excess NH^(+)_(4), the nitrogenase inhibitory condition. Thus, hydrogen production by this bacterium must be mediated by both nitrogenase and hydrogenase. No hydrogen evolution was detected in the presence of hypophosphite and CO respectively in the nitrogenase inhibitory condition. From the result, formate hydrogenlyase may play an important role in the hydrogen evolution from glucose in NH^(+)_(4)-rich condition by this bacterium. Optimum conditions of the culture for nitrogenase were achieved at 35℃, pH 7.5 and 300mM of phosphate and that, in case of formate hydrogenlyase, were achieved at 33℃, pH 6.5, 200mM of phosphate and 100mM of formate. From the effects of detergents, metal complexing agents, and metal ions, hydrogenase activity may be somewhat related to the cytochrome C_(3) and non-heme iron. From the results of the inhibition by N_(2) air, C_(2)H_(4) CO and H_(2) it was seemed that the evolution of hydrogen mediated by hydrogenase was more convenient than by nitrogenase from viewpoint of application. Ferredoxin may be related to hydrogenase activity as well as cytochrome C_(3), and hydrogenase activity of Bacillus sp. I-17 is 3.92× 10^(-5)units/㎕ of crude extract in optimum condition.;생물학적인 수소 생성 연구의 일환으로 미호기성(microaerobic) Bacillus 속 분리 세균의 수소 생성이 어떠한 효소에 의해 일어나는지를 검토하였다. Bacillus sp. Ⅰ-17은 acetylene을 ethylene으로 환원시킬 수 있었으므로 nitrogenase를 가지는 것으로 나타났다. Nitrogenase의 활성은 NH^(+)_(4)-free 조건에서 99.2㎕ of C_(2)H_(2)/㎎ of DCW 또는 20.0㎕ of H_(2)/㎎ of DCW였다. 한편 nitrogenase가 저해되는 고농도의 NH^(+)_(4) 배양 조건에서도 수소가 생성되었으므로 본 균주는 nitrogenase외에 hydrogenase도 가지는 것으로 나타났다. Formate hydrogenlyase의 활성은 50mM NH^(+)_(4) 배양 조건에서 1002.4㎕ of H_(2)/㎎ of DCW 였다. NH^(+)_(4)-rich 조건에서의 수소 생성이 hypophosphite와 CO에 의해 저해되었으므로 본 균주의 hydrogenase는 formate hydrogenlyase의 한 부분임을 알 수 있었다. 본 균주의 nitrogenase는 formate hydrogenlyase의 활성에 미치는 배양시의 금속이온, detergents, metal complexing agents의 영향을 조사한 결과 non-heme iron이 이들 효소의 활성과 관계가 있다고 해석되었으며, formate hydrogenlyase의 활성은 ferricytochrome C_(3)의 영향과 관련이 있다고 생각되었다. 공기 환경에서 배양될 때의 formate hydrogenlyase의 활성은 혐기적으로 배양될 때에 비하여 56％, nitrogenase의 활성은 35％의 수준으로 나타났다. CO_(2) 환경하에서 배양될 때에는 그 농도에 따라 formate hydrogenlyase의 활성은 222.5％까지, nitrogenase의 활성은 182.2％까지 증가되었다. Hydrogenase로의 전자의 흐름에 ferricytochrome C_(3)뿐만 아니라 ferredoxin도 관련이 있다고 생각되며 hydrogenase activity는 최적 조건 (35℃, pH 7)에서 3.92×10^(－5)units/㎕ of crude extract 였다.