한우의 Myosin B 단백질을 단백질 가수분해 효소인 pepsin으로 처리한 다음 단백질의 함량과 혈압상승 펩티드 생성효소인 angiotensin-I converting enzyme(ACE)에 대한 저해활성을 측정하였다. 등심이 우둔에 비해 단백질의 함량이 높았으며, 가수분해 처리 후 우둔과 다르게 등심은 3시간 가수분해 처리구에서 단백질의 함량이 높게 나타났다. ACE 저해활성은 등심에서는 3시간, 우둔에서는 6시간동안 가수분해시켰을 때 ACE 저해율이 유의적으로 가장 높게 나타났으며, 3, 6시간동안 가수분해시켰을 경우 부위 별로 유의적인 차가 있었으나(p<0.05), 0, 1시간동안 가수분해 시켰을 때는 부위간의 유의적인 차는 없었다(p>0.05). ACE 저해율이 가장 좋은 가수분해 처리구를 ultrafiltration시킨 결과, 저분자 peptide 상태의 가수분해물이 고분자에 비하여 ACE 저해율이 높은 것으로 나타났다. 차후 ACE 억제활성도가 높은 단백질을 분리하여 가장 우수한 분획을 찾아 아미노산 염기서열을 밝혀 고혈압 억제제로 합성 개발하는 연구를 추진할 예정이다.
단백질 또는 peptide bond를 가수분해하는 protease는 현재 산업의 각 분야에서 널리 응용되고 있으며, 사용범위가 점차 확산되고 있는 추세이다. 따라서 본 실험에서는 미생물이 생산하는 단백질분해효소를 분리 정제하여 그의 성질을 규명 및 skin turn-over 효과를 조사하였다.
대두단백 가수분해 산물의 맛과 향을 개선하기 위해 효소에 의한 가수분해 system을 확립하기 위하여 단백질 가수분해 패턴이 서로 다른 효소로 생산된 단백 분해산물의 가수분해도와 표면 소수도 등을 측정하였다. 이들 분해물의 pattern을 SDS 전기영동으로 조사하였고, 효소반응에 의한 단백질분해물의 관능검사를 실시하였다. 각 균주가 생산한 단백질 분해효소의 pH 변화에 따른 효소의 활성은 No. 16 효소(Bacillu megarerium Bl6)와 No. 4효소(Aspergillus oryzae M4)는 pH 7.0에서 No. 95효소(Bacillu subtilis YG 95)와 No. 5효소(Mucor circinelloides M5)는 8.0에서 가장 높은 효소반응 활성을 보였다. 또한 반응온도에 따른 효소활성의 크기는 4가지 효소 모두 45$^{\circ}C$에서 가장 높은 활성을 나타내었다. 대두단백질 분해물의 SDS 전기영동 pattern변화에서, Bacillus megaterium Bl6과 Mucor circinelloides M5의 효소 (No. 16, No. 5)는 반응 후 분자량이 비교적 큰 peptide가 많이 생성되었으며, 효소반응 3시간 경과 후에도 분자량 66KD의 peptide를 확인할 수 있었다. 반면에 Bacillus subtilis YG 95와 Aspergillus oryzae M4의 효소(No. 95, No. 4)는 분자량 15KD∼45KD 미만의 작은 분자량의 peptide 물질이 주로 생성되었으며, 반응 2시간 경과후에는 30KD 미만의 저분자 Peptide가 주로 생성되었다. 이와 같은 결과는 HPLC 분석 결과와 일치하였다. 가수분해가 진행됨에 따라서 SDS 표면소수도가 크게 저하되었으며, Aspergillus oryzae M4 효소의 분해물의 가수분해도가 가장 높았다. 관능검사 결과, No. 4(Aspergillus oryzae M4)와 No. 95(Bacillus subtilis YG 95) 가 강한 쓴맛을 나타내었다. 각각의 효소들을 조합해서 분해한 단백분해물을 관능검사한 결과, Aspergillus oryzae M4 효소와 조합된 것의 대두단백질 분해물이 비교적 강한 쓴맛을 나타내었다. 분해물의 단맛은 시료별로 큰 차이가 나타나지 않았으나 Bacillu megarerium Bl6과 Aspergillus oryzae M4를 조합하였을 때 상대적으로 단맛의 정도가 높게 나타났다. 따라서 이와 같은 효소특성을 이용하여 대두단백질을 가수분해를 하였을 때 다양한 단백질 분해물의 제조에 이용이 가능할 것으로 사료된다.
본 연구는 누에고치를 효소 가수분해하여 얻은 실크단백질 효소 가수분해물이 2형 당뇨병 모델인 C57BL/KsJ db/db mouse에 혈당조절 및 혈장지질 개선에 미치는 영향을 조사하였다. 12주령의 C57BL/KsJ db/db 마우스를 대조군과 실크단백질 효소 가수분해물 섭취군으로 나누어 8주 동안 음수로 섭취시켰다. 8주 동안 실험동물의 체중, 식이섭취량, 음수섭취량을 측정하고 매주 1회씩 4시간 공복 후 혈당변화를 관찰하였으며, 8주 후 모든 동물을 희생시킨 후 장기무게와 혈액을 채취하여 혈중 triglyceride와 cholesterol을 측정하였다. 실험동물의 체중은 실크단백질 효소 가수분해물 섭취군에서 증가하는 경향을 보였다. 장기무게는 간장의 경우 실크단백질 효소 가수분해물 섭취군에서 약간 증가하는 경향을 보였으며, 신장은 당뇨대조군에서 약간 증가하였으나 간장과 신장 모두에서 각 군간의 유의적 차이는 없었다. 혈당은 실크단백질 효소 가수분해물 섭취 1주 후부터 유의적인 차이를 보였으며, 실크단백질 효소 가수분해물 섭취군이 대조군에 비해 유의적으로 혈당상승을 억제하는 효과가 나타났다. 당뇨대조군의 경우 초기 혈당에 비해 8주후 혈당은 약 18% 증가하였고, 실크단백질 효소 가수분해물은 초기혈당과 비교 시 약 5.8%증가하여 실크단백질 효소 가수분해물이 혈당상승을 억제하는 것으로 나타났다. 포도당 부하후 측정한 내당능의 결과에서도 실크단백질 효소 가수분해물 섭취는 혈당 개선에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 실크단백질 효소 가수분해물 섭취군의 혈청지질 중 total cholesterol과 non-HDL cholesterol은 당뇨대조군과 비교시 큰 차이가 없었으나, HDL-cholesterol을 유의적으로 증가시키고 triglyceride 함량을 유의적으로 감소시켰다. 실크단백질 효소 가수분해물의 섭취는 혈당상승을 억제하며, 혈청 지질 중 triglyceride를 낮추고 HDL-cholesterol을 높여 혈청지질 개선에 도움을 주는 것으로 사료된다.
본 연구에서는 실크단백질 효소 가수분해물을 제 2형 당뇨병 모델인 C57BL/KsJ db/db mouse에 9주 동안 섭취시켜 혈당 변화를 관찰하였다. 실크단백질 효소 가수분해물의 펩타이드의 평균 분자량은 1357.11 Da이었으며, 2,000 Da 미만의 펩타이드가 87.52%이었다. 총 유리아미노산은 실크단백질 효소 가수분해물 100 g 당 14.80 g이었으며, proline, threonine, arginine, alanine 순으로 많았다. 실크단백질 효소 가수분해물 섭취군은 대조군에 비하여 체중감소가 유의적으로 낮았으며, 실크단백질 효소 가수분해물 농도에 비례하여 체중감소가 낮은 경향을 보였다. 식이 섭취량은 당뇨 대조군이 가장 높게 나타났으며, 실크단백질 효소 가수분해물 0.5% 섭취군의 섭취량이 가장 낮게 나타나 유의적인 차이를 보였다. 음수 섭취량은 식이 섭취량과 유사한 경향을 나타내었으며, 실크단백질 효소 가수분해물 섭취군은 당뇨대조군에 비해 전반적으로 낮은 섭취량을 보였다. 간장과 신장 무게(g/100 g body weight)는 당뇨 대조군과 실크단백질 효소 가수분해물 간에 유의적인 차이가 없었다. 신장의 무게는 실크단백질 효소 가수분해물 농도에 비례하여 감소하였으나 유의적인 차이는 없었다. 혈당은 실크 단백질 효소 가수분해물 섭취군이 대조군에 비하여 유의적으로 낮게 나타났으며, 내당능은 당뇨 대조군이 측정 기간 동안 높은 혈당을 유지하였으나, 반면에, 실크단백질 효소 가수분해물 섭취군의 경우 포도당 부하 후 60분 후부터 혈당의 감소가 나타나 180분 후 초기 혈당 수준으로 회복되었다. 실크단백질 가수분해물의 섭취는 혈당상승을 억제하는 효과가 있는 것으로 사료되며 혈당상승에 대한 억제 기전과 당뇨의 개선효과를 뒷받침 할 수 있는 향후 연구가 필요하다고 사료된다.
단백질 분해효소를 이용하여 대두 단백질 가수분해물을 제조하여 물리화학적인 특성과 응용 가능성을 조사하였다. 단백질 함량이 60%이고, 가수분해도가 50%인 탈지대두박 분해물은 조미 소재의 기본 베이스로 사용하기에 적합하였고 이를 마일러드 반응시키고 조미하여 풍미를 향상시킨 가수분해물은 효소분해 간장 및 복합조미료의 원료로 사용 가능하였다. 대두분리단백의 가수분해물은 단백질 함량이 85%이며 평균 분자량이 250내외로서 환자식, 유아식, 스포츠 영양 등의 저엘러지 단백질원으로 적합하였다. 효소분해HVP의 염 함량은 2%이내로서 다른 원료와의 배합 사용량에 제한을 주지 않으면서 고 단백 제품의 개발을 용이하게 하였다. 대두박 분해의 부산물로 30%의 단백질 함량과 21%의 섬유소를 갖는 부산물이 생성되었으며 이는 식이섬유원, 보습제 또는 중량제로서의 응용 가능성이 있었다.
두엄에서 분리한 Thermoactinomycese sp. E79는 탈지 대두박(defatted soycean meal)을 특이적이로 분해하는 내열성 alkaline 단백질 분해효소를 생산한다. 이 효소를 생산하기 위한 환경인자를 조사하였는데 배지의 초기 pH가 6에서 8까지는 유사한 균체농도를 얻을 수 있었고 pH10에서는 단백질분해효소의 발현이 되지 않았다. 탄소원은 수용성 전분을 이용할 경우 최적의 값을 보여 9.2U/mL의 효소역가를 얻었고 포도당을 탄소원으로 사용한 경우 단백질분해효소의 발현이 억제되었다 최적의 효소발현을 위해 tryptone을 세포성장에 soytone을 단백질 분해효소 생산에 가장 적합한 질소원으로 선택하였다. 호기성 세균인 Thermoactinomycese sp. E79의 산소요구성으 알아보기 위해 산소전달속도를 달리하여 발효인자를 결정하였고 volumetric oxygen transfer coefficient 가 1.93$\times$102 hr-1 일 때 균체농도 6.58 g/L 효소역자 43.0 U/mL 의최대값을 보였다 또한 효소역가를 증강시키기 위해 200mg/L의 humic acid를 첨가한 경우 비첨가 대조구에 비해 단백질 분해효소 역가는 1.64배 세포성장은 1.77배 증가하였다.
이전 연구에서 Streptomyces sp. M3 균주로부터 polyguluronate에 기질특이성을 가지는 알긴산분해효소를 cloning하고 활성을 연구하였다. 이번 연구에서는 pColdI vector에 들어있는 M3 알긴산분해효소 유전자를 돌연변이시켜 알긴산분해효소의 활성을 증진시키고자 하였으며, 점-돌연변이 또는 무작위-돌연변이 방법을 사용하여 돌연변이를 실시하였다. Ser25Arg, Phe99Leu, Asp142Asn, Val163Ala, Lys191Glu 및 Gly194Cys 등 6 종류의 돌연변이 단백질을 얻을 수 있었다. Phe99Leu 및 Lys191Glu 돌연변이 단백질은 알긴산을 분해하는 능력을 완전히 잃었으나 Gly194Cys 돌연변이 단백질의 활성은 원래 단백질에 비하여 10배 증가하였다. 또한 돌연변이된 M3 알긴산분해효소 단백질의 3차 구조는 Swiss-Model 자동모델러를 이용하여 생성하였으며 다른 알긴산분해효소의 결정구조와 비교하였다. 194 번째 아미노산인 글리신은 알긴산의 C-말단 보존서열인 YFKAGXYXQ의 Gly193과 Tyr195 사이에 위치한다. 이 연구에서 돌연변이된 글리신과 페닐알라닌 잔기들은 활성자리로부터 많이 떨어져있음에도 불구하고 돌연변이에 의하여 알긴산 분해활성이 강하게 영향을 받는 것으로 나타났다.
단백질분해효소를 생산하지 않는 균주 B. subtilis MT-2의 염색체 DNA를 추출한 다음, B. subtilis AC819 균주에 상동성 유전자재조합을 이용하여 competent cell 형질전환을 시켰다. 얻어진 형질전환체를 B. subtilis HL-1이라고 명명하였으며, 그 표현형은 histidine 요구성, streptomycin 내성, tetracyclin 내성을 나타내면서 단백질 분해효소를 생산하지 않았다. 플라스미드 pUB110 을 이용한 B. subtilis HL-1의 protoplst 형질전환율은 B. subtilis MT-2의 형질전환율보다 높았다. 따라서 새로운 B. subtilis HL-1균주는 단백질분해효소의 형질전환과 내열성 protease 유전자클로닝에서 숙주로 사용하는데 유용하다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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