재조합 당분해 효소들의 기질 특이성에 기반한 진세노사이드의 가수분해 유형화 및 생산 Hydrolysis categorization and production of ginsenosides based on substrate specificities of recombinant glycosidases원문보기
다양한 당분해 효소들의 진세노사이드에 대한 기질 특이성연구를 수행 하며, 각각의 효소들은 진세노사이드 구조의 각기 다른 위치와 다른 종류의 당에 활성을 보이는 것을 확인하였다. Thermus thermophilus 유래의 베타-글루코시다아제는 protopanaxadiol (PPD)-계열 진세노사이드의 20번 탄소에 베타-1,6 결합으로 연결된 바깥쪽 글루코스만을 가수분해하였고, Sphingopuxis alaskensis 유래의 베타-글루코시다아제는 PPD-계열 진세노사이드의 3번 탄소에 베타-1,2 결합으로 연결된 바깥쪽 글루코스만을 가수분해하였다. Caldicellulosiruptor saccharolyticus 유래의 베타-갈락토시다아제와 알파-엘-아라비노퓨라노시다아제는 각각 진세노사이드내의 아라비노피라노스와 아라비노퓨라노스에만 활성을 보였다. Gordonia terrae 유래의 베타-글루코시다아제는 PPD-계열 진세노사이드의 20번 탄소에 결합된 안쪽 및 바깥쪽 글루코스와 protopanaxatriol (...
다양한 당분해 효소들의 진세노사이드에 대한 기질 특이성연구를 수행 하며, 각각의 효소들은 진세노사이드 구조의 각기 다른 위치와 다른 종류의 당에 활성을 보이는 것을 확인하였다. Thermus thermophilus 유래의 베타-글루코시다아제는 protopanaxadiol (PPD)-계열 진세노사이드의 20번 탄소에 베타-1,6 결합으로 연결된 바깥쪽 글루코스만을 가수분해하였고, Sphingopuxis alaskensis 유래의 베타-글루코시다아제는 PPD-계열 진세노사이드의 3번 탄소에 베타-1,2 결합으로 연결된 바깥쪽 글루코스만을 가수분해하였다. Caldicellulosiruptor saccharolyticus 유래의 베타-갈락토시다아제와 알파-엘-아라비노퓨라노시다아제는 각각 진세노사이드내의 아라비노피라노스와 아라비노퓨라노스에만 활성을 보였다. Gordonia terrae 유래의 베타-글루코시다아제는 PPD-계열 진세노사이드의 20번 탄소에 결합된 안쪽 및 바깥쪽 글루코스와 protopanaxatriol (PPT)-계열 진세노사이드의 20번 탄소에 결합된 글루코스를 선택적으로 가수분해하였으며, Clavibacter michiganensis 유래의 베타-글루코시다아제는 PPD-와 PPT-계열 진세노사이드에서 각각 3번 탄소 및 6 탄소에 연결되어 있는 안쪽과 바깥쪽 글루코스는 가수분해하였다. Pyrococcus furiosus 유래의 베타-글리코시다아제는 PPT-계열 진세노사이드의 6번 탄소위치의 글루코스, 자일로스, 람노스를 가수분해하였다. 이러한 다양한 효소들의 기질 특이성에 기반하여, 진세노사이드 가수분해를 새롭게 분류하였으며 분류번호를 부여하였다. 좁은 기질특이성을 지닌 당분해 효소들을 진세노사이드생산에 사용하였다. T. thermophilus 유래의 베타-글루코시다아제는 100%의 몰전환율과 4 g l−1 h−1의 생산성으로 기질 지페노사이드 XVII를 진세노사이드 F2로 전환시켰다. C. saccharolyticus 유래의 알파-엘-아라비노퓨라노시다아제는 100%의 몰전환율과 14 g l−1 h−1의 생산성으로 진세노사이드 Rc로부터 7.0 g l−1의 진세노사이드 Rd를 생산하였다. G. terrae 유래의 베타-글루코시다아제는 10% (w/v)의 인삼 뿌리 추출물내의 Rb1, Re 및 Rh1으로부터 각각 1.16 mg ml−1 Rg3, 1.47 mg ml−1 Rg2 및 1.17 mg ml−1 Rh1을 생산하여, 각각 100, 100 및 77%의 몰전환율을 나타냈다. S. alaskensis 유래의 베타-글루코시다아제는 1시간 동안 진세노사이드 Rb1을 6.8 g l−1의 지페노사이드 XVII으로 6.8 g l−1 h−1의 생산성을 보이며 완전히 전환시켰으며, P. furiosus 유래의 베타-글리코시다아제는 각각 10시간, 12시간 동안 R1 와 Rf를 각각 Rg1 와 Rh1으로 각각 0.40 g l−1 h−1와 2.74 g l−1 h−1의 생산성으로 완전히 전환시켰다. 넓은 기질 특이성을 지닌 당분해 효소들을 진세노사이드 생산에 사용하였다. Dictyoglomus turgidum 유래의 베타-글리코시다아제는 24시간 동안 인삼 뿌리 추출물 내의 2.29 mg ml−1 PPT-계열 진세노사이드들로 부터 0.54 mg ml−1의 APPT를 생산하였으며, 43.2%의 몰전환율과 23 mg l−1 h−1의 생산성을 나타냈다. 또한, 20시간 동안 삼칠삼 뿌리 추출물 내의 1.35 mg ml−1 PPT-계열 진세노사이드들로 부터 0.62 mg ml−1의 APPT를 생산하였으며, 81.2%의 몰전환율과 31 mg l−1 h−1의 생산성을 나타냈다. 이 효소는 또한 PPD-계열 진세노사이드인 Rb2, Rc의 0.5 Mm을 3시간 동안 컴파운드 Y 와 컴파운드 Mc로 완전히 전환시켰다. C. saccharolyticus 유래의 알파-엘-아라비노퓨라노시다아제와 베타-갈라토시다아제 및 Sulfolobus acidocaldarius 유래의 베타-글루코시다아제를 혼합한 세가지 효소들을 사용하여 144 mg l−1 h−1의 생산성으로 인삼 뿌리 추출물 내의 PPD-계열 진세노사이드들을 컴파운드 K로 완전히 전환시켰으며, C. saccharolyticus 유래의 알파-엘-아라비노퓨라노시다아제 및 Sulfolobus solfataricus 유래의 베타-글라이코시다아제를 혼합한 두가지 효소들을 사용하여 387 mg l−1 h−1의 생산성으로 홍삼 추출물내의 PPD-계열 진세노사이드들을 컴파운드 K로 완전히 전환 시킬 수 있었다. C. michiganensis 유래의 베타-글루코시다아제의 상동 모델과 gypenoside XVII과의 docking연구를 통하여 512번 아미노산이 진세노사이드 가수분해의 위치선택성에 있어 중요한 잔기임을 확인하였고, S. acidocaldarius 유래의 베타-클루코시다아제의 특정 아미노산 잔기들 또한 진세노사이드 가수분해의 위치선택성에 관여할 것이다.
다양한 당분해 효소들의 진세노사이드에 대한 기질 특이성연구를 수행 하며, 각각의 효소들은 진세노사이드 구조의 각기 다른 위치와 다른 종류의 당에 활성을 보이는 것을 확인하였다. Thermus thermophilus 유래의 베타-글루코시다아제는 protopanaxadiol (PPD)-계열 진세노사이드의 20번 탄소에 베타-1,6 결합으로 연결된 바깥쪽 글루코스만을 가수분해하였고, Sphingopuxis alaskensis 유래의 베타-글루코시다아제는 PPD-계열 진세노사이드의 3번 탄소에 베타-1,2 결합으로 연결된 바깥쪽 글루코스만을 가수분해하였다. Caldicellulosiruptor saccharolyticus 유래의 베타-갈락토시다아제와 알파-엘-아라비노퓨라노시다아제는 각각 진세노사이드내의 아라비노피라노스와 아라비노퓨라노스에만 활성을 보였다. Gordonia terrae 유래의 베타-글루코시다아제는 PPD-계열 진세노사이드의 20번 탄소에 결합된 안쪽 및 바깥쪽 글루코스와 protopanaxatriol (PPT)-계열 진세노사이드의 20번 탄소에 결합된 글루코스를 선택적으로 가수분해하였으며, Clavibacter michiganensis 유래의 베타-글루코시다아제는 PPD-와 PPT-계열 진세노사이드에서 각각 3번 탄소 및 6 탄소에 연결되어 있는 안쪽과 바깥쪽 글루코스는 가수분해하였다. Pyrococcus furiosus 유래의 베타-글리코시다아제는 PPT-계열 진세노사이드의 6번 탄소위치의 글루코스, 자일로스, 람노스를 가수분해하였다. 이러한 다양한 효소들의 기질 특이성에 기반하여, 진세노사이드 가수분해를 새롭게 분류하였으며 분류번호를 부여하였다. 좁은 기질특이성을 지닌 당분해 효소들을 진세노사이드생산에 사용하였다. T. thermophilus 유래의 베타-글루코시다아제는 100%의 몰전환율과 4 g l−1 h−1의 생산성으로 기질 지페노사이드 XVII를 진세노사이드 F2로 전환시켰다. C. saccharolyticus 유래의 알파-엘-아라비노퓨라노시다아제는 100%의 몰전환율과 14 g l−1 h−1의 생산성으로 진세노사이드 Rc로부터 7.0 g l−1의 진세노사이드 Rd를 생산하였다. G. terrae 유래의 베타-글루코시다아제는 10% (w/v)의 인삼 뿌리 추출물내의 Rb1, Re 및 Rh1으로부터 각각 1.16 mg ml−1 Rg3, 1.47 mg ml−1 Rg2 및 1.17 mg ml−1 Rh1을 생산하여, 각각 100, 100 및 77%의 몰전환율을 나타냈다. S. alaskensis 유래의 베타-글루코시다아제는 1시간 동안 진세노사이드 Rb1을 6.8 g l−1의 지페노사이드 XVII으로 6.8 g l−1 h−1의 생산성을 보이며 완전히 전환시켰으며, P. furiosus 유래의 베타-글리코시다아제는 각각 10시간, 12시간 동안 R1 와 Rf를 각각 Rg1 와 Rh1으로 각각 0.40 g l−1 h−1와 2.74 g l−1 h−1의 생산성으로 완전히 전환시켰다. 넓은 기질 특이성을 지닌 당분해 효소들을 진세노사이드 생산에 사용하였다. Dictyoglomus turgidum 유래의 베타-글리코시다아제는 24시간 동안 인삼 뿌리 추출물 내의 2.29 mg ml−1 PPT-계열 진세노사이드들로 부터 0.54 mg ml−1의 APPT를 생산하였으며, 43.2%의 몰전환율과 23 mg l−1 h−1의 생산성을 나타냈다. 또한, 20시간 동안 삼칠삼 뿌리 추출물 내의 1.35 mg ml−1 PPT-계열 진세노사이드들로 부터 0.62 mg ml−1의 APPT를 생산하였으며, 81.2%의 몰전환율과 31 mg l−1 h−1의 생산성을 나타냈다. 이 효소는 또한 PPD-계열 진세노사이드인 Rb2, Rc의 0.5 Mm을 3시간 동안 컴파운드 Y 와 컴파운드 Mc로 완전히 전환시켰다. C. saccharolyticus 유래의 알파-엘-아라비노퓨라노시다아제와 베타-갈라토시다아제 및 Sulfolobus acidocaldarius 유래의 베타-글루코시다아제를 혼합한 세가지 효소들을 사용하여 144 mg l−1 h−1의 생산성으로 인삼 뿌리 추출물 내의 PPD-계열 진세노사이드들을 컴파운드 K로 완전히 전환시켰으며, C. saccharolyticus 유래의 알파-엘-아라비노퓨라노시다아제 및 Sulfolobus solfataricus 유래의 베타-글라이코시다아제를 혼합한 두가지 효소들을 사용하여 387 mg l−1 h−1의 생산성으로 홍삼 추출물내의 PPD-계열 진세노사이드들을 컴파운드 K로 완전히 전환 시킬 수 있었다. C. michiganensis 유래의 베타-글루코시다아제의 상동 모델과 gypenoside XVII과의 docking연구를 통하여 512번 아미노산이 진세노사이드 가수분해의 위치선택성에 있어 중요한 잔기임을 확인하였고, S. acidocaldarius 유래의 베타-클루코시다아제의 특정 아미노산 잔기들 또한 진세노사이드 가수분해의 위치선택성에 관여할 것이다.
The substrate specificities of glycosidases such as β-glucosidase from Thermus thermophilus, Gordonia terrae, Sphingopuxis alaskensis, and Clavibacter michiganensis, β-galactosidase and α-L-arabinofuranosidase from Caldicellulosiruptor saccharolyticus, and β-glycosidase from Pyrococcus furiosus for ...
The substrate specificities of glycosidases such as β-glucosidase from Thermus thermophilus, Gordonia terrae, Sphingopuxis alaskensis, and Clavibacter michiganensis, β-galactosidase and α-L-arabinofuranosidase from Caldicellulosiruptor saccharolyticus, and β-glycosidase from Pyrococcus furiosus for aryl-glycosides and ginsenosides were investigated. Each enzyme displayed activity on different position and sugar type in ginsenosides. T. thermophilus β-glucosidase hydrolyzes only the outer glucose linked to the C-20 position in protopanaxadiol (PPD)-type ginsenosides with a β-1,6 linkage. β-Glucosidase from S. alaskensis hydrolyzed only the outer glucose linked to the C-3 position in PPD-type ginsenosides with a β-1,2 linkage. β-Galactosidase and α-L-arabinofuranosidase from C. saccharolyticus were only active for the α-linked arabinopyranose and arabinofuranose in ginsenosides, respectively. G. terrae β-glucosidase selectively hydrolyzed the inner and outer glucopyranosides at the C-20 position in PPD-type ginsenosides and hydrolyzed glucopyranoside at C-20 positions in protopanaxatriol (PPT)-type ginsenosides, and β-glucosidase from C. michiganensis hydrolyzed the outer and inner glucose linked to the C-3 or C-6 position in PPD- or PPT-type ginsenosides. β-Glycosidase from P. furiosus hydrolyzed the outer glycoside, including β-D-glucopyranoside, β-D-xylopyranoside or α-L-rhamnopyranoside, at the C-6 position. Ginsenoside hydrolysis was classified and assigned as the number based on the different substrate specificities of these enzymes. Glycosidases with narrow substrate specificity were applied to ginsenoside productio. β-Glucosidase from T. thermophilus converted the substrate gypenoside XVII to ginsenoside F2 with a molar yield of 100% and a productivity of 4 g l−1 h−1. α-L-Arabinofuranosidase from C. saccharolyticus produced 7.0 g l−1 ginsenoside Rd from Rc after 30 min, with a molar yield of 100% and a productivity of 14 g l−1 h−1. G. terrae β-glucosidase completely converted Rb1 and Re to Rg3 and Rg2, respectively, after 2.5 and 8 h, respectively. Moreover, the enzyme converted Rg1 to Rh1 at 1 h with a molar conversion yield of 82%. The enzyme at 10 mg ml-1 produced 1.16 mg ml-1 Rg3, 1.47 mg ml-1 Rg2, and 1.17 mg ml-1 Rh1 from Rb1, Re, and Rg1, respectively, in 10% (w/v) ginseng root extract at pH 6.5 and 30°C after 33 h with molar conversion yields of 100, 100, and 77%, respectively. β-glucosidase from S. alaskensis produced 6.8 g l−1 gypenoside XVII from ginsenoside Rb1 after 1 h with a molar conversion yield of 100% and a productivity of 6.8 g l−1 h−1 and β-glucosidase from P. furiosus completely converted from R1 to Rg1 after 10 h, with a productivity of 0.40 g l−1 h−1 and completely converted Rf to Rh1 after 1.2 h, with a productivity of 2.74 g l−1 h−1. Glycosidases with broad substrate specificity were also applied to ginsenoside production. β-Glycosidase from Dictyoglomus turgidum produced 0.54 mg ml−1 APPT from 2.29 mg ml−1 PPT-type ginsenosides of Panax ginseng root extract after 24 h, with a molar conversion yield of 43.2% and a productivity of 23 mg l−1 h−1, and 0.62 mg ml−1 APPT from 1.35 mg ml−1 PPT-type ginsenosides of Panax notoginseng root extract after 20 h, with a molar conversion yield of 81.2% and a productivity of 31 mg l−1 h−1. The enzyme converted 0.5 mM Rb2 and 0.5 mM Rc to 0.5 mM compound Y and 0.5 mM compound Mc after 3 h, respectively, with molar conversion yields of 100% in PPD-type ginsenosides. In three enzymes system (α-L-arabinofuranosidase and β-galactosidase from C. saccharolyticus and β-glucosidase from Sulfolobus acidocaldarius), major protopanaxadiol ginsenosides in ginseng root extract were completely converted to compound K after 20 h with the productivities of 144 mg l−1 h−1 while in two enzyme system (α-L-arabinofuranosidase from C. saccharolyticus and β-glycosidase from Sulfolobus solfataricus), major protopanaxadiol ginsenosides in red-ginseng extract were completely converted to compound K after 12 h with the productivity of 387 mg l−1 h−1.
The substrate specificities of glycosidases such as β-glucosidase from Thermus thermophilus, Gordonia terrae, Sphingopuxis alaskensis, and Clavibacter michiganensis, β-galactosidase and α-L-arabinofuranosidase from Caldicellulosiruptor saccharolyticus, and β-glycosidase from Pyrococcus furiosus for aryl-glycosides and ginsenosides were investigated. Each enzyme displayed activity on different position and sugar type in ginsenosides. T. thermophilus β-glucosidase hydrolyzes only the outer glucose linked to the C-20 position in protopanaxadiol (PPD)-type ginsenosides with a β-1,6 linkage. β-Glucosidase from S. alaskensis hydrolyzed only the outer glucose linked to the C-3 position in PPD-type ginsenosides with a β-1,2 linkage. β-Galactosidase and α-L-arabinofuranosidase from C. saccharolyticus were only active for the α-linked arabinopyranose and arabinofuranose in ginsenosides, respectively. G. terrae β-glucosidase selectively hydrolyzed the inner and outer glucopyranosides at the C-20 position in PPD-type ginsenosides and hydrolyzed glucopyranoside at C-20 positions in protopanaxatriol (PPT)-type ginsenosides, and β-glucosidase from C. michiganensis hydrolyzed the outer and inner glucose linked to the C-3 or C-6 position in PPD- or PPT-type ginsenosides. β-Glycosidase from P. furiosus hydrolyzed the outer glycoside, including β-D-glucopyranoside, β-D-xylopyranoside or α-L-rhamnopyranoside, at the C-6 position. Ginsenoside hydrolysis was classified and assigned as the number based on the different substrate specificities of these enzymes. Glycosidases with narrow substrate specificity were applied to ginsenoside productio. β-Glucosidase from T. thermophilus converted the substrate gypenoside XVII to ginsenoside F2 with a molar yield of 100% and a productivity of 4 g l−1 h−1. α-L-Arabinofuranosidase from C. saccharolyticus produced 7.0 g l−1 ginsenoside Rd from Rc after 30 min, with a molar yield of 100% and a productivity of 14 g l−1 h−1. G. terrae β-glucosidase completely converted Rb1 and Re to Rg3 and Rg2, respectively, after 2.5 and 8 h, respectively. Moreover, the enzyme converted Rg1 to Rh1 at 1 h with a molar conversion yield of 82%. The enzyme at 10 mg ml-1 produced 1.16 mg ml-1 Rg3, 1.47 mg ml-1 Rg2, and 1.17 mg ml-1 Rh1 from Rb1, Re, and Rg1, respectively, in 10% (w/v) ginseng root extract at pH 6.5 and 30°C after 33 h with molar conversion yields of 100, 100, and 77%, respectively. β-glucosidase from S. alaskensis produced 6.8 g l−1 gypenoside XVII from ginsenoside Rb1 after 1 h with a molar conversion yield of 100% and a productivity of 6.8 g l−1 h−1 and β-glucosidase from P. furiosus completely converted from R1 to Rg1 after 10 h, with a productivity of 0.40 g l−1 h−1 and completely converted Rf to Rh1 after 1.2 h, with a productivity of 2.74 g l−1 h−1. Glycosidases with broad substrate specificity were also applied to ginsenoside production. β-Glycosidase from Dictyoglomus turgidum produced 0.54 mg ml−1 APPT from 2.29 mg ml−1 PPT-type ginsenosides of Panax ginseng root extract after 24 h, with a molar conversion yield of 43.2% and a productivity of 23 mg l−1 h−1, and 0.62 mg ml−1 APPT from 1.35 mg ml−1 PPT-type ginsenosides of Panax notoginseng root extract after 20 h, with a molar conversion yield of 81.2% and a productivity of 31 mg l−1 h−1. The enzyme converted 0.5 mM Rb2 and 0.5 mM Rc to 0.5 mM compound Y and 0.5 mM compound Mc after 3 h, respectively, with molar conversion yields of 100% in PPD-type ginsenosides. In three enzymes system (α-L-arabinofuranosidase and β-galactosidase from C. saccharolyticus and β-glucosidase from Sulfolobus acidocaldarius), major protopanaxadiol ginsenosides in ginseng root extract were completely converted to compound K after 20 h with the productivities of 144 mg l−1 h−1 while in two enzyme system (α-L-arabinofuranosidase from C. saccharolyticus and β-glycosidase from Sulfolobus solfataricus), major protopanaxadiol ginsenosides in red-ginseng extract were completely converted to compound K after 12 h with the productivity of 387 mg l−1 h−1.
주제어
#Ginsenoside Glycosidase Hydrolysis Substrate specificity Production Classification
학위논문 정보
저자
신경철
학위수여기관
건국대학교 대학원
학위구분
국내박사
학과
생명공학과
지도교수
오덕근
발행연도
2015
총페이지
319
키워드
Ginsenoside Glycosidase Hydrolysis Substrate specificity Production Classification
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