${\alpha}-Amylase$ 저해제는 소장에서 전분의 소화를 저해하여 포도당의 흡수를 지연시킴으로써 혈당 조절 목적으로 이용된다. 따라서 본 연구에서는 ${\alpha}-amylase$ 저해제를 탐색할 목적으로 국내 자생 목본류 약 1400여종의 70% ethanol 추출액을 대상으로 ${\alpha}-amylase$ 저해제 분포를 검색하였다. 수종의 목본류에서 ${\alpha}-amylase$ 저해제가 분포하고 있음이 확인되었으며, 그 중 활성이 비교적 높은 말채나무 기원의 저해제를 대상으로 연구를 진행하였다. 기원별 효소에 따른 저해 활성도를 살펴보면 salivary와 pancreatic ${\alpha}-amylase$, 미생물 기원의 ${\alpha}-glucosidase$에는 탁월한 저해 활성을 보인 반면 돼지 기원의 ${\alpha}-glucosidase$ 저해제에 대해서는 매우 낮은 저해 활성을 보였다. ${\alpha}-Amylase$와 ${\alpha}-glucosidase$의 kinetic을 분석하면 salivary와 pancreatic 두 효소에 모두 경쟁적 저해제로, 효모의 ${\alpha}-glucosidase$에는 비경쟁적과 반경쟁적의 혼합형 저해제로 나타났다. 또한 열과 산성에 대한 안정성을 확인한 결과 비교적 안정적인 것으로 나타났다. 본 추출물의 식이 섭취에 따른 혈당 강하 효과와 체중에 미치는 영향에서는 혈당과 체중 상승을 억제하는 효과가 확인되었고, mRNA수준에서 대퇴근 세포에 있어서 GLUT4의 발현이 증가됨을 확인하였다.
한국의 토양에서 분리한 균 중 bacterial $\alpha$-amylase에 저해효과가 있는 균주를 분리하여 DMC-47 균주라 명명하였고, 이 균주는 Streptomyces 속의 균임을 확인하였다. 이 균주를 옥수수 전분 배지에서 진탕 배양한 결과 4일후에 최대 저해 효과를 나타내었다. 이 균주가 생성한 저해물질은 bacterial $\alpha$-amylase, pancreatic $\alpha$-amylase, salivary $\alpha$-amylase, glucoamylase에 저해효과를 보였고, $\beta$-amylase 에는 저해효과가 없었다.
Bacillus amyloliquefacieus 01용한 회분식 배양시 탄소원인 maltose와 glucose에서 저해제 acetic a acid, lactic acid가 세포성장과 생성물 생성에 미치 는 영향에 대해 검토한 결과, acetic acid가 저해제 로 작용함을 확인하였고, acetic acid 첨가시 초기농 도가 증가할수록 세포성장은 현저하게 감소되었다. ${\alpha}$-Amylase 생성 최대치는 maltose $10g/\ell$ 의 경우 a acetic acid 초기농도 $0.5g/\ell$ 일때 24시간 배양시에 l25unit/ml로 가장 높았고, glucose $10g/\ell$ 의 경우 acetic acid 초기놓도 $2.0g/\ell$ 일때 20시간 배양시에 331.55unit/ml로 가장 높았다. Acetic acid 초기농 도가 과량 일때는 세포의 성장이 최저 상태이고, ${\alpha}$-amylase 생성도 급격히 감소하였다. 저해제로 acet tic acid 첨가시 탄소원인 maltose와 glucose를 비 교하면 glucose에서 maltose 보다는 세포가 더 성장되었고, ${\alpha}$-amylase의 생성도 더 많게 나타났으며, 두 가지 탄소원에 다같이 저해 작용을 나타냈다.
To find ${\alpha}-amylase$ inhibitors produced by microorganisms from soil, a strain which had a strong inhibitory activity against bacterial ${\alpha}-amylase$ was isolated from the soil sample collected in Korea. The morphological and physiological characteristics of this strain on several media and its utilization of carbon sources showed that it was one of Streptomyces species according to the International Streptomyces Project method. The amylase inhibitor of this strain was purified by active carbon adsorption, silicagel column chromatography, SP-Sephadex C-25 column chromatography, adsorption on Amberlite XAD-2. The inhibitor was oligosaccharide which was composed of glucose. The inhibitor had inhibitory activity against other amylase such as salivary ${\alpha}-amylase$, pancreatic ${\alpha}-amylase$, fungal ${\alpha}-amylase$ and gluco-amylase.
전국 각지 토양으로 부터 채취한 토양균을 screening하여 ${\alpha}-amylase$를 저해하는 물질을 생성하는 균주인 Streptomyces DMC-72를 선발하였다. 이 균주가 생성하는 저해제를 acetone 침전 및 이온 교환 수지인 Amberlite IRC-50, Amberlite CG-50과 SP-Sephadex C-25를 이용하여 분리하였다. 이 물질은 ${\alpha}-amylase$ 뿐만아니라 다른 amylase와 기타 효소에 대해서도 억제작용을 나타내었다. 이 물질은 기질인 soluble starch의 가수분해에 대해서 non-competitive하게 저해작용을 보이주고 있으며 열 및 넓은 범위의 pH에서 안정한 물질이었다. 이 물질은 anthrone 시험과 IR spectrum에 의해서 oligosaccharide계 화합물임을 알 수 있었다.
Streptomyces minoensis DMCJ-144 isolated from soil produces the ${\alpha}-amylase$ inhibitor. Optimum culture conditions for ${\alpha}-amylase$ inhibitor production of the strain were determined in this experiment. The optimum composition of the culture medium was studied by supplementing various carbon sources, nitrogen sources, vitamins, and metal salts to the basal medium containing 1% glucose, 0.1% asparagine, 0.005% $MgSO_4{\cdot}7H_2O$, 0.005% $K_2HPO_4$, 0.005% NaCl. Other culture conditions such as the culture temperature, initial pH of the medium, aeration, and culture time were also investigated. When the strain was cultured in a 100 ml flask containing 20 ml of 2% glucose, 0.5% beef extract, 0.0002% riboflavin, 0.0002% thiamine HCI, 0.01% $ZnCl_2$, 0.005% $MgSO_4{\cdot}7H_2O$, 0.005% $CuSO_4{\cdot}5H_2O$, 0.005% NaCl, pH 7.2, 180 rpm at $30^{\circ}C$, the maximum production of the ${\alpha}-amylase$ inhibitor was observed after 5 days of the cultivation.
재조합 대장균의 성장과 그 부산물 생성 관계를 알기위하여 탄소원을 glucose로하여 d-cycloserine, acetic acid 첨가에 따른 각각의 영향들을 검토하였다. 세포벽에 자극을 주는 d-cycloserine을 초기 농도 $0.1g/\ell$ 로 첨가하면 첨가하지 않는 경우에 비해 세포 성장이 93% 증가 했고 ${\alpha}$-amylase 생성은 5 5%정도 분비가 촉진 되였다. 그러나 d -cycloserine 초기 농도 $0.2g/\ell$로 첨가하면 세포와 a-amylase 아주 적게 생성되었다. 또한 d-cycloserine을 첨가하면 부산물에 lactic acid 생성에는 영향이 없으나 acetic acid는 적게 생성되었다. 그러므로 dc cycloserine과 같은 자극제를 적당히 첨가하면 세포 성장 및 ${\alpha}$-amylase 분비가 촉진되지만 너무 많이 첨가 면 저해 작용이 얼어남을 알 수 있다. 저해제 acetic acid는 세포 성장에 작용을 주는 결과를 보였고 acetic acid의 농도가 높지 않는 상 태에서 lactic acid의 생성은 높은 양으로 생성 되엣 다. 이상의 결과에서 lactic acid를 적게 나오게 하 는것은 세포 수율에 큰영향을 주며 acetic acid가 척게 생성되면 성장에 좋은 영향을 주고 있다. 이상의 전체적인 결과는 세포 성장과 부산물 생성 상태를 고려할때 d -cycloserine은 초기 농도 $0.1g/\ell$ 정도 첨가하고 저해제 acetic acid의 생성을 적게 하는 배양방법을 검토 할 필요가 있다고 생각된다.
Streptomyces sp. DMCJ-49 균주의 배양액으로부터 분리된 $\alpha$-amylase 저해물질 MB4-03은 구조상 질소원자와 methyl기를 포함하는 일종의 직선형 Alpha(1-4) 결합으로 연결된 glucose의 변형된 oligomer 형태로서 구성 단당류는 12 정도로 추정된다.
본 연구는 전분 가수분해효소인 ${\alpha}$-amylase의 효소활성 저해를 통해 식후 혈당조절제 개발 가능성을 확인하고자 메밀의 꽃, 잎, 줄기 및 곡립을 부위별로 분류하고 각각의 시료를 물, 40%, 70%, 100% 에탄올로 추출하고 건조한 추출건조물과 메밀건조 분말시료를 이용하여 in vitro에서 ${\alpha}$-amylase 활성 저해율을 측정하였다. 메밀부위별 물추출건조물(10%, w/w, starch basis)의 ${\alpha}$-amylase 활성 저해율은 꽃 66%, 잎 65%, 곡립 28%, 줄기 12% 순이었다. 이러한 결과는 추출 용매를 40%, 70%, 100% 에탄올로 하였을 때에도 유사하게 나타났다. 단지 잎추출건조물의 경우 70% 에탄올추출건조물의 효소활성 저해율이 100%와 40% 에탄올추출건조물보다 낮게 나타났다. 메밀 꽃과 잎 추출건조물을 기질의 0.1%, 0.5%, 1%, 2.5%, 5%, 10% 농도로 각각 첨가했을 때 에탄올로 추출한 꽃추출건조물의 경우 $0.5%{\sim}10%$ 농도에서 ${\alpha}$-amylase 활성을 약 90% 저해하였으며 이는 ${\alpha}$-amylase inhibitor인 acarbose와 유사한 수준이었다. 잎의 경우 100% 에탄올추출건조물에서 꽃과 비슷한 결과를 보였으며 40% 에탄올추출건조물에서는 꽃추출건조물보다 저해율이 다소 낮게 나타났다. 물추출건조물과 건조분말의 경우 에탄올추출물보다 꽃과 잎의 효소활성 저해율이 낮았다. 이러한 결과로 볼 때 메밀 꽃과 잎 추출건조물은 메밀 줄기 및 곡립 추출 건조물과 비교해서 효소활성 저해율이 높게 나타났으며, 물 추출이나 건조분말보다 100%, 40% 에탄올을 이용했을 때 추출건조물의 효소 저해율이 더욱 큰 것으로 나타나 이들 추출건조물은 식후 혈당조절제로 이용 가능성이 기대되는 소재로 사료된다.
394 strains of soil microorganism were isolated from the Korean soil samples. The isolated strains were shake-cultured in oat-meal medium. The filtrates of the cultures were screened for the production of ${\alpha}-amylase$ inhibitors. Five strains were identified to produce ${\alpha}-amylase$ inhibitors. And these strains were identified as Actinomycetes.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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