• Korean Chemical Engineering Research
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• 제53권6호
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• pp.802-807
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• 2015

본 논문에서는 글루코스산화제, polyethyleneimine(PEI) 및 탄소나노튜브 간 물리적 흡착으로 제조된 촉매(GOx/PEI/CNT)에 새로운 가교제인 terephthalaldehyde(TPA)를 첨가하여 민감도 및 안정성이 개선된 글루코스 센서 촉매를 합성하여, 감지능 및 안정성 개선효과를 확인하였다. 새로운 가교제를 포함한 바이오 촉매는, 글루코스산화제 및 polyethyeleneimine의 관능기와 TPA의 관능기간 알돌축합반응에 의해 생성되었고, 이를 통해 생성된 새로운 전자전달구조는 글루코스의 산화반응을 촉진시켰다. 이러한 촉매활성은 전기화학적 평가를 통해 정량적으로 평가하였으며 그 결과 $41.1{\mu}Acm^{-2}mM^{-1}$의 글루코스 민감도를 얻을 수 있었다. 또한 가교제와 글루코스산화제 및 polyethyeleneimine 간의 화학반응의 형성에 의해 글루코스 산화제의 외부 손실을 최소화 하여, 센서 안정성 향상에도 크게 기여하였다. 안정성 평가를 한 결과, 3주간의 주기적인 촉매 활성 측정후에 94.6% 활성이 유지됨을 확인하였다.

• KSBB Journal
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• 제20권4호
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• pp.311-316
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• 2005

EH의 catalytic nucleophile residue, His-Asp로 구성된 charge relay system, oxyanion hole 등의 EH 관련 conserved domain의 아미노산 공통 서열을 참고로 하여 G. westfalica megaplasmid로부터 putative EH를 선별할 수 있었다. Bioinformatics를 기반으로 스크리닝한 G. westfalica에 의한 라세믹 styrene oxide 기질에 대한 입체선택성 가수분해 반응에 있어 중요 반응 parameter들인, pH 및 온도 등이 초기 가수분해반응속도에 미치는 영향을 분석하고, 최적 회분식 반응조건을 결정하였다. 최적 반응조건인 pH 7, 반응 온도 $30^{\circ}C$, 생촉매량 40 mg의 조건에서 약 5시간 20분간 반응을 통해 20 mM 라세믹 기질로부터 광학순도 $100\%$ ee인 (S)-styrene oxide를 $36.5\%$의 수율로 얻을 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제23권3호
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• pp.343-350
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• 2013

(R)-[3,5-Bis(trifluoromethyl)phenyl] ethanol is a key chiral intermediate for the synthesis of aprepitant. In this paper, an efficient synthetic process for (R)-[3,5- bis(trifluoromethyl)phenyl] ethanol was developed via the asymmetric reduction of 3,5-bis(trifluoromethyl) acetophenone, catalyzed by Leifsonia xyli CCTCC M 2010241 cells using isopropanol as the co-substrate for cofactor recycling. Firstly, the substrate and product solubility and cell membrane permeability of biocatalysts were evaluated with different co-substrate additions into the reaction system, in which isopropanol manifested as the best hydrogen donor of coupled NADH regeneration during the bioreduction of 3,5-bis(trifluoromethyl) acetophenone. Subsequently, the optimization of parameters for the bioreduction were undertaken to improve the effectiveness of the process. The determined efficient reaction system contained 200mM of 3,5-bis(trifluoromethyl) acetophenone, 20% (v/v) of isopropanol, and 300 g/l of wet cells. The bioreduction was executed at $30^{\circ}C$ and 200 rpm for 30 h, and 91.8% of product yield with 99.9% of enantiometric excess (e.e.) was obtained. The established bioreduction reaction system could tolerate higher substrate concentrations of 3,5- bis(trifluoromethyl) acetophenone, and afforded a satisfactory yield and excellent product e.e. for the desired (R)-chiral alcohol, thus providing an alternative to the chemical synthesis of (R)-[3,5-bis(trifluoromethyl)phenyl] ethanol.

• 생명과학회지
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• 제13권6호
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• pp.788-793
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• 2003

Rhodosporidium toruloides SJ-4의 epoxide hydrolase의 입체선택적 가수분해 반응을 이용하여 hollow-fiber 반응기에서 라세믹 phenyl oxirane 기질로부터 광학활성 phenyl oxirane을 생산하였다. 라세믹 에폭사이드 기질의 수용액 상에서의 낮은 용해도로 인한 저농도 반응의 문제점을 극복하기 위하여 dodecane 유기용매에 용해시켜 lumen 부위로 공급하였으며, 생촉매인 R. toruloides 세포 현탁액은 수용액강인 shell 부위에 위치시킴으로써 유기용매 사용에 따른 생촉매 활성 저하를 줄인 1단계 반응기 시스템에서는 200 mM의 고농도에서 (S)-phenyl oxirane을 생산할 수 있었다. 또한, 반응 산물로 생성되는 diol에 의한 생촉매 활성저해효과를 감소시키기 위하여 2단계 hollow-fiber 반응기에서는 완충용액을 이용하여 diol을 제거시킨 결과 300 mM에서 EH 활성을 이용한 입체선택적 가수분해반응을 수행할 수 있었으며, 200∼300 mM의 고농도 라세믹 기질로부터 99% ee 이상의 광학순도를 가진 (S)-phenyl oxirane을 이론 수율 대비 12∼35% 수율로 얻을 수 있었다.

• Biotechnology and Bioprocess Engineering:BBE
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• 제11권6호
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• pp.530-537
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• 2006

Recently isolated, Pseudomonas putida SN1 grows on styrene as its sole carbon and energy source through successive oxidation of styrene by styrene monooxygenase (SMO), styrene oxide isomerase (SOI), and phenylacetaldehyde dehydrogenase. For the production of (S)-styrene oxide, two knockout mutants of SN1 were constructed, one lacking SOI and another lacking both SMO and SOI. These mutants were developed into whole-cell biocatalysts by transformation with a multicopy plasmid vector containing SMO genes (styAB) of the SN1. Neither of these self-cloned recombinants could grow on styrene, but both converted styrene into an enantiopure (S)-styrene oxide (e.e. > 99%). Whole-cell SMO activity was higher in the recombinant constructed from the SOI-deleted mutant (130 U/g cdw) than in the other one (35 U/g cdw). However, the SMO activity of the former was about the same as that of the SOI-deleted SN1 possessing a single copy of the styAB gene that was used as host. This indicates that the copy number of styAB genes is not rate-limiting on SMO catalysis by whole-cell SN1.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제31권4호
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• pp.311-321
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• 2003

세균은 지방을 분해할 수 있는 다양한 리파제를 생산한다. 리파제는 반응조건에 따라서 지방의 합성도 수행할 수 있는데 , 이러한 효소반응과정에서 고도의 기질특이성과 위치특이성 및 입체특이성을 보이기 때문에 제약산업과 정밀화학산업에서 효소촉매로서 널리 사용되고 있다. 지금가지 200종류 이상의 리파제효소가 보고되었으며, 이것들은 효소생산기원과 아미노산 상동성을 기준으로 6개의 family로 분류된다. 지난 10년 간 세균 리파제 6종에 대한 3D구조가 밝혀졌다. 이것들은 모두 중심부분에$\alpha/\beta$폴딩구조와 세린, 히스티딘, 아스팔틴산으로 구성된 활성부위를 공통적으로 갖고 있다. 활성부위를 양친성 $\alpha$나선구조가 뚜껑처럼 덮고 있으며, 물과 오일의 경계면을 만나면, 이 뚜껑이 열리고 효소활성이 크게 증가하는 '계면활성화' 현상을 보인다. P. cepacia 리파제 구조에는 기질과 결합하는 4개의 포켓이 있는데 이중 하나는 옥시음이온 구멍이고, 다른 세 개는 기질의 sn-1, sn-2, sn-3 지방산과 결합하는 부위이다. 이 포켓의 크기와 방향 및 소수성정도에 의해서 효소의 기질특이성과 입체특이성이 결정된다. 현재 이러한 구조연구를 기반으로 사용목적에 따른 맞춤 효소를 생산하기 위한 효소 개량연구가 활발히 진행되고 있다.

• Korean Journal of Chemical Engineering
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• 제35권11호
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• pp.2220-2231
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• 2018

Lipase from Candida rugosa was immobilized on $MgO{\cdot}SiO_2$ hybrid grafted with amine, thiol, cyano, phenyl, epoxy and carbonyl groups. The products were analyzed using Fourier transform infrared spectroscopy, nuclear magnetic resonance, low-temperature $N_2$ sorption and elemental analysis. Additionally, the degree of coverage of the oxide material surface with different functional groups and the number of surface functional groups were estimated. The Bradford method was used to determine the quantity of immobilized enzyme. The largest quantity of enzyme (25-28 mg/g) was immobilized on the hybrid functionalized with amine and carbonyl groups. On the basis of hydrolysis reaction of p-nitrophenyl palmitate to p-nitrophenol, it was determined how the catalytic activity of the obtained biocatalysts is affected by pH, temperature, storage time, and repeated reaction cycles. The best results for catalytic activity were obtained for the lipase immobilized on $MgO{\cdot}SiO_2$ hybrids with amine and carbonyl groups. The biocatalytic system demonstrated activity above 40% in the pH range 4-10 and in the temperature range $30-70^{\circ}C$. Lipase immobilized on the $MgO{\cdot}SiO_2$ systems with amine and epoxy groups retains, respectively, around 80% and 60% of its initial activity after 30 days of storage, and approximately 60-70% after 10 reaction cycles.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제46권3호
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• pp.234-243
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• 2018

남극해에는 산업적으로 유용한 신규 효소촉매를 생산하는 미생물들이 들어 있다. 우리는 로스해(Ross Sea)로부터 분리한 여러 저온성 박테리아를 조사하였으며, 그 중에서 지방분해 능력이 뛰어난 Croceibacter atlanticus (No. 40-F12)를 찾았다. Shotgun 클로닝 방법으로 리파아제 유전자(lipCA)를 찾았으며 Escherichia coli 균에서 LipCA 효소를 발현하였다. Spain Arreo metagenome alpha/beta hydrolase를 기준으로 LipCA 상동구조모델을 만들어서 분석한 결과, ${\alpha}/{\beta}$ hydrolase fold, Gly-X-Ser-X-Gly motif, 그리고 lid 구조를 갖고 있기 때문에 전형적인 리파아제 효소임이 밝혀졌다. Ammonium sulfate 침전법과 겔여과 크로마토그래피를 통해서 세포추출액으로부터 LipCA 효소를 순수하게 분리한 후, 최적 온도, pH, 안정성, 기질특이성, 유기용매 안정성 등의 효소특성을 규명하였다. LipCA를 cross-linked enzyme aggregate (CLEA) 방법으로 고정화하고 효소특성을 조사, 비교하였다. 고정화를 통해 온도, pH, 유기용매에 대한 안정성이 증가하였고 기질특이성의 변화는 관찰되지 않았다. $LipCA^{CLEA}$는 원심분리 방법으로 쉽게 회수되었고 4번의 재사용 후에 40% 이상의 활성이 잔재하였다. 이 논문은 C. atlanticus 리파아제의 발현, 특성규명, Cross-linked Enzyme Aggregated 고정화를 바탕으로 안정성을 높여 산업적 활용 가능성을 제시한 최초의 보고이다.

• 생명과학회지
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• 제27권11호
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• pp.1381-1392
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• 2017

본 총설에서는 유기용매 내성 리파아제와 그들의 산업, 생물공학 및 환경에서의 잠재적인 영향에 대하여 서술하고자 한다. 유기용매 내성 리파아제는 유기용매 내성 세균에서 처음 보고되었으나, 많은 유기용매 내성 리파아제들이 유기용매 내성 세균 뿐만 아니라 잘 알려진 Bacillus, Pseudomonas, Streptomyce 그리고 Aspergillus sp. 균주 같은 유기용매 비내성 세균 그리고 균류 균주들에서도 보고되고 있다. 이들 리파아제들은 유기용매에서 쉽게 불활성화되지 않기 때문에 유기용매에 의한 효소 불활성화를 방지하기 위하여 별도로 그들을 고정화할 필요가 없다. 그러므로 다수의 생물공정 및 생물변환 공정에서 이용될 수 있는 잠재적인 유용성을 가지고 있다. 이들 유기용매 내성 리파아제들을 사용하면, 유기용매계 또는 비수계에서 다수의 불용성 기질들의 용해도가 증가하며, 수계에서는 불가능한 다양한 화학반응들이 일어나고, 가수분해 대신에 합성반응이 일어나며, 물에 의한 부반응이 억제되며, 화학, 위치 그리고 엔안티오(대칭) 선택성(chemo, regio and enantioselective) 변환반응의 가능성이 증가한다. 나아가 고정화하지 않아도 효소의 회수와 재이용이 가능하며, 유기용매계와 비수계에서는 리파아제의 안정성이 더 좋아지는 경향도 있다. 그러므로 유기용매 내성 리파아제는 유기용매계와 비수계를 이용한 생물변환공정에 생물촉매로써 그들을 이용가능하다는 점에서 많은 주목을 받고 있다.

• 청정기술
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• 제2권1호
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• pp.53-59
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• 1996

석유 탈황을 위한 생물 촉매 개발 및 이를 사용하는 생물학적 공정에 관한 연구의 일환으로, DBT(Dibenzothiophene)를 모델 화합물로 선정하여, 국내 정유회사 주변의 원유 누출 오염토양으로부터 3 개월간의 연속배양 및 집식배양을 통해 DBT를 효율적으로 탈황, 제거할 수 있는 60 여종의 균주를 분리하였다. 선별된 균들 중 A23-3은 DBT를 유일황원으로 성장 가능하면서, 탄소원으로 hexadecane은 이용하지 못하였으며, DBT와 포도당을 포함한 기본염 최소 배지에서 만족할만한 속도로 DBT를 탈황하였다. 또 yeast extract나 trace metal solution을 첨가한 경우 DBT 제거속도는 약 4.5~6.5 배 정도 증가하였다. 실제의 디젤유를 직접 처리한 경우, DBT 제거속도는 $0.045g\;DBT/g-cell{\cdot}hr$이었다. 특히 이 경우, DBT 이외의 $C_{14}$이상의 heavy aromatic 화합물의 제거도 효율적으로 이루어짐을 알 수 있었다. 따라서 A23-3 균주는 저유황, 저방향족 청정 디젤유 생산에 매우 유용하게 이용되리라 사료된다.