감자로부터 polyphenol oxidase를 추출하여 열안정성에 영향을 주는 요인을 식품의 제조공정에 유용한 정보를 제공하기 위해 연구를 하였다. 감자의 PPO는 pH 7.0에서 가장 안정하였고, 이 효소는 8$0^{\circ}C$에서 1분간의 열처리로 효소 활성이 70% 저해되었다. 감자 PPO의 열안정성은 sodium chloride의 첨가로 감소되었으며, 2-mercaptoethanol과 dithiothreitol과 같은 환원제의 첨가로 역시 효소활성이 저해되었다.
Polyphenol oxidase (PPO) was purified from fresh ginseng roots using acetone precipitation, carboxymethyl (CM)-Sepharose chromatography, and phenyl-Sepharose chromatography. Two isoenzymes (PPO 1 and PPO 2) were separated using an ion-exchange column with CM-Sepharose. PPO 1 was purified up to 13.2-fold with a 22.6% yield. PPO 2 bound to CM-Sepharose, eluted with NaCl, and was purified up to 22.5-fold with a 17.4% yield. PPO 2 was further chromatographed on phenyl-Sepharose. The molecular weight of the purified PPO 2 from fresh ginseng was determined by sodium dodecyl sulfate-polyacrylamide gel electrophoresis and was about 40 kDa. The optimum temperature and pH were $20^{\circ}C$ and 7.0, respectively, using catechol as a substrate. Pyrogallol showed the highest substrate specificity. The effect of a PPO inhibitor showed that its activity increased slightly in the presence of a low concentration of citric acid. High concentrations of acidic compounds and sulfite agents significantly inhibited purified ginseng PPO 2.
Characterization of Polyphenol oxidase (PPO) in Perillae Folium, particullarly inhibitor studies were investigated. This enzyme was stable at pH 5.0 and the residual activity of PPO at ${\geq}$ ph 5.5 was estimated to be very low. PPO activity was decreased slightly by adding amino acid with catechol as a substrate, particullary PPO activity was inhibited markedly by cystein, histidine, lysine and arginine. In the absorption spectra of the product formed when catechol was oxidized by PPO, with a ${\lambda}_{max}$ at 410nm, the peak shifted toward ${\lambda}_{max}$ 520nm by addition of L-proline. At relatively low concentrations($10^{-3}M$), sulfite and dithiothreithol completely inhibited PPO activity. Inhibition of PPO activity by amino acids and inhibitors increased or decreased depending on the pH used to measure it.
Polyphenol oxidase (PPO) activity in 200×g (cell wall), 4,000×g (plastid), 100,000×g (mitochondrial) and soluble fractions of the perilla leaves was monitored in the upper, middle and lower sections of the plant. In the course of plant growth, PPO activities in plastid and mitochondrial fractions were decreased, while those in cell wall fraction were maintained. During growing process, specific activities and PPO activities of each fraction were decreased, while total phenol content were decreased in middle (middle) and then increased in later stage (lower). Cell wall, plastid, mitochondrial (pellet) and soluble fraction had slightly different pH optima and substrate specificities. Isoenzyme patterns were identical in two bands for PPO activity in different subcellular fractions. Their molecular weights were 37KD and 48KD respectively.
토란으로부터 polyphenol oxidase를 추출하여 Maillard reation products(MRPs)가 토란 PPO에 미치는 영향을 조사하였다. 토란 PPO에 대한 MRPs의 저해 효과는 사용한 기질이 (+)-catechin, catechol인 경우에 높게 나타났다. 그리고 MRPs의 토란 PPO 저해 효과는 당의 종류를 달리하여 생성한 MRPs 중에서 fructose와 glucose로 제조한 MRPs의 첨가시 가장 높았으며, glycine과 glucose의 농도가 높아질수록 저해 효과가 증가하였다. 반응 시간에 따른 MRPs의 저해 효과를 조사한 결과, 반응 시간이 길어질수록 MRPs의 변색 정도가 높아졌으며, 이에 따라서 토란 PPO에 대한 저해 효과도 증가하였다.
Effects of hydrogen peroxide$(H_2O_2)$ on polyphenol oxidase (PPO) in Perillae Folium were investigated. The inactivation of this enzyme was dependent on $H_2O_2$ concentration. and the initial lag period was not shown. Preincubation of Perillae Folium PPO with $H_2O_2$ in the absence of a substrate resulted in rapid loss of enzymatic activity. The inactivation of PPO by $H_2O_2$ dependents temperature and pH. OH radical scavengers such as mannitol and sodium formate did not protect the enzyme against inactivation by $H_2O_2$. Substrate analogue such as phenylalanine protected the enzyme against inactivation by $H_2O_2$. and copper chelator such as sodium azide also protected the enzyme.
Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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제4권4호
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pp.231-240
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2000
Effects of Jasmonic Acid and Wounding on Polyphenol Oxidase Activity in Senescing Tomato Leaves The effects of jasmonic acid(JA) and wounding on polyphenol oxidase(PPO) during leaf senescence was investigated by measuring the PPO activity in detached tomato(Lycopersicon esculentum Mill.) leaves of two-week-old seedlings. The PPO activity in the detached senescing leaves increased significantly in the dark. The leaf segments responded to the application of JA with accelerated senescence, as indicated by the loss of chlorophyll and rapid increase in the PPO activity. The senescence-promoting action of JA differed in the light and dark. Wounding the detached senescing leaves by scraping surface segments or making punctures with needles considerably delayed the loss of chlorophyll and had a significant effect on the PPO activity, the amounts of which were roughly proportional to the intensity of the wounding. In the dark, the combination of wounding plus JA resulted in stable levels of chlorophyll and PPO. JA and ABA acted similarly in both unwounded and wounded leaves, however, the amount of chlorophyll and PPO in the wounded segments was always higher than in the respective controls. JA was found to eliminate the senescence-retarding action of benzyladenine. In a histochemical localization test, the PPO activity was found to be localized in the cell walls of the parenchyma tissue, thereby indicating moderate cytoplasmic reactions. In the JA-treated plants, the PPO activity was intense in the cells of the cortex and phloem parenchyma. Accordingly, based on these observations it would appear that PPO is a component of a defense response maker, whereas JA plays an integral role in the intracellular signal transduction involved in inducible defense mechanisms.
우리나라 버섯 생산량의 약 80%를 차지하는 느타리버섯(Pleurotus ostreatus)의 유통 중에 발생하는 갈변을 방지하기 위한 기초 조사로 갈변원인 효소인 polyphenol oxidase(PPO)를 분리 정제하여 그 특성을 조사하였다. 느타리버섯으로부터 3개의 PPO isoforms(PO-I, PO-II-1, PO-II-2)을 분리하였으며, gel-filteration을 이용한 분자량 확인 결과 PO-II-1은 void volume(70 kDa), PO-I과 PO-II-2는 include volume(6 kDa)에서 분리되는 것으로 보아 PO-II-1은 70 kDa 이상, PO-I과 PO-II-2는 6 kDa 이하인 것으로 확인되었다. 분리된 3개의 PPO isoform들을 partially denatured-PAGE 후, activity staining을 이용하여 분석한 결과, 비록 이들 PPO isoforms PO-II-1과 PO-II-2에 다수의 단백질들이 들어있기는 하지만 PPO 활성을 보이는 band가 하나로 나타남으로써 분리된 PPO isoform들이 실제 PPO 활성을 갖고 있는 단백질로 확인되었으며 다른 PPO isoform이 혼합되지 않은 단일 PPO isoform으로 분리되었음을 알 수 있다. Hydrophobic interaction chromatography에서 분리된 isoform PO를 이용하여 특성을 조사한 결과 최적 반응온도와 pH는 일반적인 다른 과채류와는 달리 $50{\sim}55^{\circ}C$, pH 5.5에서 높은 활성을 나타내었으며, 열 안정성 실험에 있어서는 $60^{\circ}C$에서 45분간 가열 처리 시 약 40%의 PPO activity가 남아있는 반면, $80^{\circ}C$에서 30분간 가열 처리 시 PPO가 완전히 불 활성화되었다. 그리고 chlorogenic acid와 pyrogallol에 대하여 높은 기질 특이성을 보였다.
갈변반응에 관여하는 polyphenol oxidase(PPO : EC 1.10.3.1)를 한국산 고구마(Ipomoea batatas, val : Hong-mi)로부터 추출하여 ammoniun sulfate 분획 및 DEAE-cellulose column chromatography법에 의하여 정제한 결과, 효소활동도는 23.1배였으며 enzyme activity 수율은 41.5%이었다. 이 효소는 일반 전기 영동법에 의하여 8개의 isozymes 으로, 또한 isolectric focusing에 의하여 pI가 각각 다른 12개의 isozymes으로 분리되었고 그 pI의 범위는 3.2-9.6이었으며, Isoelectric focusing에 의하여 분리된 각 isozyme의 specific activity는 6,000-46,700U/mg protein의 범위에 있었다. 고구마 중의 PPO는 $65^{\circ}C$이하에서는 안정하였으며 $65^{\circ}C$ 에서는 1분 가열에 의하여 약 50%의 효소활성이 상실되었고, pH optimum은 6.0-6.5이었다. o-diphenol이 이 효소의 가장 좋은 기질로서, 이 효소는 o-diphenolase임이 확인되었고, catechol에 대한 Km치는 6.7mM로 나타났다. 또한 이 효소에 대한 저해작용은 dithiothreitol, cysteine 및 ascorbic acid 순으로 크게 나타났다.
박피된 절편 연근의 갈변억제를 효과적으로 하기 위한 기초연구로 갈변의 주원인 효소인 polyphenol oxidase(PPO)를 분리, 정제하여 특성을 조사하였다. 박피된 절편 연근을 24시간 동안 $4^{\circ}C$에 방치하여 PPO 활성을 증가시켜 조효소액을 제조하였으며 PPO 조효소액을 acetone으로 침전시킨 후 Q-Sepharose anion-exchange column, Phenyl-Sepharose hydrophobic interaction column의 conventional column과 Mono-Q anion-exchange column, Superdex 75 gel-filtration column의 HPLC column을 이용하여 PPO 활성이 가장 높은 한 개의 PPO isoform LPIII-2를 최종 분리 정제하였다. 분리 정제된 LPIII-2의 분자량을 gel-filtration chromatography를 이용하여 측정한 결과 56kDa이었으며 SDS-PAGE를 실시한 후 silver staining한 결과 LPIII-2의 분자량은 28kDa와 26kDa으로 2개의 band를 형성하는 것으로 보아 heterodimer인 것으로 추정되었다. PPO isoform의 특성 조사를 위하여 Q-Sepharose anion-exchange chromatography를 이용하여 부분분리 정제된 2개의 isoforms(LP-II, LP-III)를 가지고 기질 특이성을 조사한 결과 LP-II의 경우 $5^{\circ}C$와 $30^{\circ}C$ 모두 catechol에 대한 기질 친화력이 높았으며 LP-III의 경우 $5^{\circ}C$와 $30^{\circ}C$ 모두에서 pyrogallol에 기질 친화력이 높았다. 그리고 pH 7에서 최적 pH를 보였으며 열안정성은 $40^{\circ}C$에서 60분간 열처리했을 때 안정하였지만 $60^{\circ}C$에서 40분, $80^{\circ}C$에서 10분간 열처리했을 때 효소가 불활성화되었다. 특이하게도 연근의 PPO는 다른 과채류의 PPO와 반응온도에 따른 특성이 달랐는데 여러 반응온도에서 효소 활성을 측정한 결과 연근 PPO isoform LP-II와 LP-III 모두 $5^{\circ}C$의 반응온도에서 높은 효소활성을 보였으며 온도가 올라갈수록 반응속도가 떨어지는 특성을 보였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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