탄소와 다공성 실리카로 구성된 복합막을 용이한 방법으로 제작하고 이들 막을 활용하여, 키랄 에폭사이드와 키랄디올 화합물의 친수성/소수성 특성차이를 기초로 한 동시 합성 및 분리과정에 응용하였다. 막반응기에 도입한 키랄 Co(III)-$BF_3$형 살렌촉매는 ECH, 1,2-EB와 SO 등의 에폭사이드 가수분해반응에 대하여 높은 활성을 나타내었고 여러 차례의 재사용이 가능하였다. 광학순도가 높은 키랄 에폭사이드 생성물은 가수분해반응이 진행된 후에 촉매와 함께 유기용액상에서 취득되었다. 물에 용해되는 친수성의 1,2-디올은 키랄 살렌의 촉매작용에 의하여 가수분해됨으로써 생성되는데, 이들은 반응이 진행되는 동안 SBA-16 또는 NaY/SBA-16 실리카층을 통해 물층으로 확산되었다. 물은 막반응계에서 반응물이면서 동시에 용매로서 거동하였다. 연속흐름형의 막반응기를 적용함으로써, 고순도, 고수율의 광학이성체를 생성물로서 얻을 수 있었으며, 촉매는 큰 활성저하를 나타내지 않아 여러 차례 재사용이 가능하였다.
저분자량의 효소인 셀루라아제가 Sephadex G-100 gel chromatography를 사용하여 정제되었다. 정제된 성분의 생화학적 성질들이 조사되었는데 최적 PH와 온도가 각각 6.0과 5$0^{\circ}C$이었다. 서로 다른 결정도(crystallinity)를 갖고 있는 4가지 섬유소 기질의, 효소에 의한 가수분해가 측정되었다. 무정형(amorphous) 부분의 가수분해가 일어난 후에 결정화되어 있는 부분의 가수분해가 뒤따라온다는 것을 알 수 있었다. 효소가 섬유소 기질에 흡착되는 정도가 가수분해 반응에 미치는 영향을 보기 위해 흡착에 대한 연구가 수행되었다. 시간에 따라서 소분자량의 endo-glucanase가 여러가지섬유소 기질에 흡착되는 정도의 변화가 25분간 측정되었다. 무정형의 섬유소에 흡착되는 속도와 정도가 결정형 섬유소에 대한 그것들 보다 더욱 크게 나타났다. 이러한 결과는 endo-glucanase가 섬유소의 결정화 부분의 가수분해보다는 무정형부분의 가수분해에 대해서 더욱 중요한 역할을 한다는 것을 시사해 준다.
Dihydro-1, 4-oxathiin 유도체의 가수분해 반응속도를 25.deg.C의 수용액에서 자외선 분광기를 사용하여 측정하고 넓은 pH범위에서 적용될 수 있는 반응속도식을 유도하였다. 가수분해 반응속에에 미치는 치환기 효과를 검토하기 위하여 Hammett plot한 결과 전자 끄는기에 의하여 반응속도가 촉진됨을 확인할 수 있었다. 가수분해 최종 생성물은 2-(2-hydroxyethylthio)acetoacetanilide enol형이었다. 가수분해 반응속도상수 측정실험과 반응식 유도과장, 일반염기 효과, 치환기 효과 및 최종 생성물의 결과로부터 dihydro-1, 4-oxathiin 유도체의 기수분해 반응 메카니즘을 제안하였다. pH3.5이하에서는 양서자가 첨가된 dihydro-1, 4-oxathiin의 2번 탄소에 물분자의 공격에 의해 진행되며, pH3.5 이상에서는 2번 탄소에 히드록시이온의 첨가에 의하여 진행됨을 알 수 있었다. pH4.0-9.0사이에서는 dihydro-1, 4-oxathiin에 중성의 물분자가 첨가되는 것이 속도결정단계임을 알았다.
원료물질인 대두유를 산가수분해하여 지방산의 함량을 분석한 결과 linoleic acid, oleic acid, palmitic acid, stearic acid의 함량순으로 분석되었다. 동일한 조건하에 대두유의 가수분해반응 전화율을 조사한 결과 Candida rugosa와 Candida cylindracea 에서 유래된 효소인 CR-E와 CC-E가 Lipase 16, Novozyme 871과 Lipolase-100 L보다 2배이상 높았다. 따라서 CR-E와 CC-E를 선정하여 반응조건에 대한 실험을 수행하였다. CR-E와 CC-E의 경우 비슷한 결과를 보여, pH $3{\sim}6$, $35-45^{\circ}C$, 물과 대두유의 중량비가 3.3 이상이었을 때가 최적인 반응조건이었으며 95% 이상의 높은 전화율을 나타내었다.
광학활성 에폭사이드는 다양한 반응성으로 인하여 고부가가치 광학활성 의약품 및 농약 합성용 중간체로 널리 이용되고 있다. 광학활성 에폭사이드는 에폭사이드 가수분해효소 (epoxide hydrolase, EH)를 이용하여 저가의 라세믹 기질에 대한 입체선택적 가수분해 반응을 통해 제조할 수 있으며, EH는 유도과정 없이 발현되고 보조인자가 필요 없으며 비교적 효소 안정성도 높아 상업적으로 유용한 효소이다. EH에 대한 생화학 및 분자생물학 관련 최근 연구 결과를 바탕으로 촉매 활성 증대 및 기질 선택성을 변경시킨 tailer-made형 EH 생촉매 개발이 가능할 것이며, 실규모의 비대칭 광학분할 생물공정 시스템 개발을 통해 EH에 의한 동력학적 가수분해반응을 이용한 광학활성 에폭사이드 생산기술의 상업화가 가능할 것으로 기대된다.
본 연구를 통해 난백 단백질인 ovotransferrin 및 가수분해물의 항고혈압 효과를 얻을 수 있는 ACE 저해효과가 최초로 확인되었다. Ovotransferrin과 산 분해 및 효소 가수분해물의 ACE 저해효과 순서는 trypsin>pepsin>산 분해순인 것으로 나타났다. 따라서, trypsin에 의해 가수분해되어 생산된 가수분해물이 가장 큰 ACE 저해효과(60.2%)를 나타내는 것으로 확인되었으며, 이 결과를 토대로 trypsin에 의한 가수분해물의 최적화 연구를 수행하였다. ACE 저해효과를 효소 반응시간에 따른 생산을 검토한 결과, 7시간 일 때 64%로 가장 높게 나타났으며, 7시간을 반응시간으로 최적화 실험을 계속 진행하였다. 기질과 효소의 비, pH, 반응온도를 변수로 사용하여 중심합성계획에 의해 총 16개의 조건으로 하여 최적화 하였다. 회귀식의 전체 $R^2$는 0.9908이었고, 0.01% 유의수준을 나타내었다. 중심합성계획에 따른 maximum response는 기질 농도 26.32%, pH 6.32, $51.29^{\circ}C$에서 ACE 저해효과 70.67%로 예측되어졌으며, 실제 실험으로 검증한 결과도 이와 유사하게 69.1%로 확인됨으로써, 본 실험을 통해 ACE 저해활성을 나타내는 가수분해물의 생산이 최적화되었다.
25$^{\circ}C$의 50%(v/v) 메탄올-물의 혼합용매 속에서 N-(benzenesulfonyl)-C-(N-methylanilino)imidoyl Chloride 유토체의 가수분해 반응 속도 상수를 자외선 분광광도법으로 측정하여 반응속도식, 치환기효과, 용매효과, 염효과, 열역학적 할성화 파라미터 및 가수분해 생성물의 분석 등의 결과로부터 pH9.0 이하의 범위에서는 azocarbonium ion 중간체를 지나는 $S_N1$형 반응, pH 10.0 이상의 pH에서는 사면체 중간체를 지나는 친핵성 첨가-제거반응($Ad_{N-E}$)이 일어남을 제안하였다.
4-치환 Phenyl ethyl benzylphosphonate의 알칼리 가수분해 반응에 대한 속도 상수($k_{OH}$)를 UV-Vis 분광 광도계로서 결정하였다. 활성화 엔트로피(${\Delta}S^{\neq}$)값은 큰 음의 값을 가졌으며 이 결과는 활성화 엔트로피가 양의 값이나 작은 음의 값으로 기대되는 해리 반응(EA)과 일치하지 않았고 좋은 Hammett 상관 관계식으로부터 속도결정단계에서 이탈기에 의해 음의 전하가 거의 발생하지 않는 회합성(AE) 메커니즘이 일어남을 강력히 암시하고 있다. 반응속도론적 연구 결과에 의하면 4-치환 Phenyl ethyl benzylphosphonate의 가수분해 반응은 해리 메커니즘으로 진행되지 않음을 알 수 있었다.
Isoquercitrin (IQ)은 폴리페놀의 일종인 quercetin (QU)의 3번 위치에 glucose가 하나 결합해 있는 배당체로서, 천연에는 미량만이 존재하고 있다. 최근 QU의 2배당체인 rutin (RU)을 기질로 사용하여 효소에 의한 부분 가수분해에 의해 IQ를 합성할 수 있다는 것이 알려졌다. 본 논문에서는, $Pecinex^{TM}$ 계열의 복합 효소를 사용하여 RU의 선택적 가수분해에 의해 IQ를 합성하는 반응에서 최적 효소를 선정하고, 효소량 및 반응물의 농도 등의 변수에 따른 반응성을 검토하였다. 그 결과, $50^{\circ}C$에서 1%의 반응물 농도로 RU 1 g 대비 8 mL의 Ultra Clear를 사용하는 것이 반응 속도 및 IQ의 선택성 측면에서 최적인 것으로 나타났다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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