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자외선 조사 포도 잎에서 Stilbene 화합물의 동정과 함량의 변화
The Identification of Stilbene Compounds and the Change of Their Contents in UV-irradiated Grapevine Leaves 원문보기

원예과학기술지 = Korean journal of horticultural science & technology, v.29 no.4, 2011년, pp.374 - 381  

최성진 (대구가톨릭대학교 생명공학과)

초록
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Stilbene 화합물은 항산화항균 활성을 가지는 폴리페놀계의 천연물이다. 포도를 포함하는 몇몇 종류의 식물에서 stilbene 화합물은 resveratrol의 유도체로서 매우 다양한 형태로 존재한다. 자외선 조사 포도 잎에서 stibene 화합물을 정량 분석하기에 앞서, 먼저 각 stilbene 화합물을 동정하기 위한 실험을 수행하였다. 이를 위하여, 자외선을 심하게 조사한 잎에서 stilbene 배당체를 추출하였다. 추출한 배당체 시료는 ${\beta}$-glucosidase를 이용하여 가수분해한 후, 특정 stilbene 화합물의 질량에 해당하는 m/z에서 HPLC-mass spectrometer를 이용하여 분석하였다. 효소적 가수분해에 의해 chromatogram상에는 glycoside에 해당할 것으로 예상되는 peak의 감소와 aglycone에 해당할 것으로 예상되는 peak 증가가 나타났다. 또한 stilbene 화합물의 광 이성질화를 유도하기 위하여 시료를 일광에 노출하였으며, 광 노출에 의해 trans-isomer에 해당할 것으로 예상되는 peak의 소멸과 cis-isomer에 해당할 것으로 예상되는 peak의 생성이 나타났다. Chromatogram상의 peak의 이러한 증감으로부터 각 peak의 성분을 유추하였다. 이러한 방법으로 포도 잎에서 16종의 stilbene 화합물을 동정할 수 있었으며 자외선을 조사한 포도 잎에서 동정된 화합물에 대한 정량적 분석을 수행하였다. 자외선 조사는 포도 잎에서 총 stilbene 함량의 상당한 증가를 가져왔는데 특히 trans-resveratrol은 수백 배 증가하였다. 또한, resveratrol보다 더 강한 radical 소거 활성을 가지지만 무처리 잎에서는 단지 미량으로만 존재하는 piceatannol의 함량 역시 수십배 증가하였다. 자외선 조사에 의한 이러한 stilbene 함량의 증가는 hormesis 현상으로서 포도의 스트레스 대응 반응의 하나로 생각된다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Stilbenes are polyphenolic natural products, which have antioxidative and antifungal activities. In some plants, including grapevine, the stilbene compounds, as resveratrol derivatives, exist in very diverse forms. Experiments to identify the individual stilbene compounds were carried out first to q...

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  • 6월 중순경 무가온 비닐 하우스에서 생육 중인 포도 (Vitis vinifera cv. Campbell Early) 잎에 자외선을 조사하였다. 자외선 등(germicidal UV lamp, G30T08 30W, Sankyo Denki, Japan)을 포도 잎에서 약 30cm 간격을 두고 수관 하부에 설치한 후 오전 중에 2분간 점등하였다.
  • 2mL・min-1로 하였다. HPLC에서 분리된 stilbene 화합물은 mass spectrometer(MS)를 이용하여 elctrospray negative(ES-) mode에서 이온화한 후 single ion reaction(SIR) mode로 검출하였다. MS의 설정 조건은 다음과 같았다; desolvation gas(N2) 유속 = 500L・h-1, cone gas(N2) 유속 = 50L・h-1, desolvation 온도 = 400℃, source 온도 = 120℃, capillary voltage = 4KV, ionization mode = electrospray(ES) negative, cone voltage = 35V.
  • Stilbene 화합물은 HPLC-mass spectrometer(model 2695 HPLC, model 3100 MS, Waters, USA)를 이용하여 분석하였다. 분리에 이용한 column은 XTerra MS C18(3.
  • Stilbene의 동정을 목적으로 한 실험에서는 대량 추출을 목적으로 100g의 동결 포도 잎(자외선 3회 조사)에 250mL의 메탄올을 가하여 stilbene을 추출하였다. 잎에 메탄올을 가하고 믹서로 간 후 나일론 천으로 압착하여 얻은 추출액을 다시 20분간 25,000x g로 원심분리하였다.
  • Table 2는 자외선을 2분간 1회 조사 후 수확한 포도 잎에서 유엽과 성엽, 자외선 조사 여부등에 따른 stilbene 화합물 함량의 변화를 분석한 결과이다. 각 화합물은 해당 m/z의 SIR chromatogram에서 retention time을 지표로 하여 확인하였으며, 각 화합물의 함량은 표준물질의 확보가 가능한 trans-resveratrol과 비교하여 peak 면적의 상대적 비율에 의해 산출하였다.
  • 1A와 1B의 glycoside 분석 chromatogram에 나타나는 peak의 성분은 모두 다음과 같이 확인할 수 있다; peak 1 = trans-resveratroloside, peak 2 = trans-piceid, peak 3 = cis-piceid, peak 4 = cis-resveratroloside. 단, 이 때, piceid 와 resveratroloside의 peak를 구별하는데 있어서, 식물에 분포하는 resveratrol 배당체의 형태는 piceid가 보다 일반적이므로(Chong et al., 2009) piceid의 peak 크기는 resveratroloside 보다 커야 할 뿐만 아니라, 분자 구조상 piceid는 resveratrolosid 보다 비극성이므로 역상(reversed phase) 분석시 piceid는 resveratroloside 보다 긴 retention time을 가져야 한다는 일반적 사실에 기초하였다. 한편, Fig.
  • 동일 시료에 대해 가수분해와 일광 노출을 복합하여 시행하였으며, 가수분해 전후와 일광 노출 전후 시료에 대해 HPLC 분석을 수행하였다.
  • 한편, 자외선 조사 효과를 분석하는 실험에서는 1g의 동결 잎(자외선 1회 조사)에 4mL의 80%(v/v) 메탄올을 가하여 stilbene을 추출하였다. 막자 사발에서 포도 잎에 용매를 가하고 약간의 해사와 함께 마쇄하여 얻은 추출액을 20분간 25,000x g로 원심분리하였다. 원심분리 후 상징액을 취하여 즉시 HPLC에 주입하여 stilbene 화합물을 분석하였다.
  • 식물에 포함되어 있는 다양한 종류의 stilbene 화합물은 기본적으로 resveratrol 유도체이다. 본 연구에서는 resveratrol의 기본 구조에 추가된 원자단, 즉 hydroxyl group 또는 methyl group에 따라 stilbene 화합물을 4개의 group으로 구분하였으며, 이 때 각 group은 glucose moiety의 포함 여부에 따라 배당체(glycoside)와 그 배당체의 aglycone으로 다시 세분된다(Table 1). 식물에 존재하는 stilbene 배당체는 항상 glucose와 결합한 형태 즉 β-glucoside인 것으로 알려져 있으므로(Chong et al.
  • 자외선 등(germicidal UV lamp, G30T08 30W, Sankyo Denki, Japan)을 포도 잎에서 약 30cm 간격을 두고 수관 하부에 설치한 후 오전 중에 2분간 점등하였다. 실험처리는 stilbene 화합물의 정성적 동정과 자외선 조사에 따른 stilbene의 정량적 변화 분석의 두 종류로 구분하여 수행되었다. 첫번째 동정 실험에서는 대량의 stilbene 화합물을 획득할 목적으로 포도 잎에 3일에 걸쳐 매일 2분간 자외선을 조사한 후 포도 잎을 수확하였다.
  • 막자 사발에서 포도 잎에 용매를 가하고 약간의 해사와 함께 마쇄하여 얻은 추출액을 20분간 25,000x g로 원심분리하였다. 원심분리 후 상징액을 취하여 즉시 HPLC에 주입하여 stilbene 화합물을 분석하였다.
  • 1mm, Waters, USA)이었다. 이동상은 0.1%(v/v) formic acid(용매 A)와 acetonitrile(용매 B) 혼합액으로 하였으며 용매 B를 25분간에 걸쳐 10%에서 30%까지 증가시킨 후 다시 40분간에 걸쳐 100%까지 증가시켰다. 이 때 용매의 유속은 0.
  • 이에, 본 연구에서는 자외선을 조사한 포도 잎에서 resveratrol 배당 유도체를 추출한 후 이를 효소적으로 가수 분해하고 광 노출에 의해 stilbene 화합물을 이성질화하는 방법을 활용하여 표준 물질의 확보 없이 다양한 종류의 stilbene 화합물을 동정하였다. 이러한 분석 방법을 바탕으로 자외선 조사에 의해 유발되는 포도 잎에서의 stilbene 화합물의 총체적 함량 변화를 조사하고 이를 UV hormesis 및 원예적 활용과 관련하여 고찰하였다.
  • 그러나 현재 모든 종류의 stilbene 화합물에 대한 표준 물질이 시판되고 있지는 않다. 이에, 본 연구에서는 자외선을 조사한 포도 잎에서 resveratrol 배당 유도체를 추출한 후 이를 효소적으로 가수 분해하고 광 노출에 의해 stilbene 화합물을 이성질화하는 방법을 활용하여 표준 물질의 확보 없이 다양한 종류의 stilbene 화합물을 동정하였다. 이러한 분석 방법을 바탕으로 자외선 조사에 의해 유발되는 포도 잎에서의 stilbene 화합물의 총체적 함량 변화를 조사하고 이를 UV hormesis 및 원예적 활용과 관련하여 고찰하였다.
  • 이와 같이 자외선을 조사한 포도 잎에서 추출한 stilbene 배당체 시료를 가수분해 및 광 이성질화하여 반응 전과 후에 분석한 SIR chromatogram의 해석을 통하여, group I에 해당하는 6종의 stilbene 화합물을 동정할 수 있었는데, 이러한 분석 과정을 group II - IV에 속하는 stilbene 화합물에 대해 동일하게 적용하였다(Figs. 2, 3, and 4). Stilbene 화합물의 동정을 목적으로 한 이러한 분석 과정에 의해 총 16종의 stilbene 화합물을 포도 잎에서 확인할 수 있었으며(Table 2), 이 과정에서 확인된 각 화합물의 retention time은 다음 단계의 실험에서 각 stilbene 화합물을 확인하는 지표로 활용되었다.
  • Campbell Early) 잎에 자외선을 조사하였다. 자외선 등(germicidal UV lamp, G30T08 30W, Sankyo Denki, Japan)을 포도 잎에서 약 30cm 간격을 두고 수관 하부에 설치한 후 오전 중에 2분간 점등하였다. 실험처리는 stilbene 화합물의 정성적 동정과 자외선 조사에 따른 stilbene의 정량적 변화 분석의 두 종류로 구분하여 수행되었다.
  • 자외선을 3회 조사한 포도 잎에서 위의 추출 과정을 통하여 준비한 농축 시료로부터 stilbene 배당 유도체를 확보하기 위하여 다음과 같은 용매 추출법을 적용하였다. 15mL의 시료 용액에 동량의 ethylacetate를 가하고 혼합한 후 분액하는 과정을 3회 반복하여 stilbene 화합물을 ethylacetate 층으로 회수하였다.
  • 이와 같이 확보한 stilbene 배당 유도체의 시료 용액은 다음과 같은 고체상 추출법을 이용하여 여러 단계의 분취 시료로 다시 한번 분할하였다. 즉, 시료 용액을 Sep-Pak C-18(1g, Waters, USA) cartridge에 통과시켜 stilbene 배당 유도체를 고체상에 흡착 고정시킨 후 메탄올/물의 혼합 비율을 달리한 (메탄올 0-40%, 5% 간격) 50mL의 용매를 이용하여 고체상으로부터 stilbene 배당체를 단계적으로 용출하여 분취하였다. 이 때, Sep-Pak cartridge는 사용 전에 미리 30mL의 메탄올과 물로 차례로 세척하여 활성화시켰으며, 세척 및 용출 과정에서 유속은 5mL・min-1으로 하였다.
  • 실험처리는 stilbene 화합물의 정성적 동정과 자외선 조사에 따른 stilbene의 정량적 변화 분석의 두 종류로 구분하여 수행되었다. 첫번째 동정 실험에서는 대량의 stilbene 화합물을 획득할 목적으로 포도 잎에 3일에 걸쳐 매일 2분간 자외선을 조사한 후 포도 잎을 수확하였다. 이러한 반복적인 자외선 조사는 포도 잎에 장해를 유발하여 흑색 반점이 형성되고 갈변 증상이 나타났으나 stilbene 화합물의 대량 확보에는 유리하였다.
  • 이러한 반복적인 자외선 조사는 포도 잎에 장해를 유발하여 흑색 반점이 형성되고 갈변 증상이 나타났으나 stilbene 화합물의 대량 확보에는 유리하였다. 한편, 두번째 자외선 조사 효과 분석 실험에서는 단 하루만 2분간 자외선을 조사한 후 3일째에 포도 잎을 수확하였다. 이러한 처리에서는 자외선 조사에 따른 장해가 관찰되지 않았다.
  • 원심분리하여 획득한 상징액은 rotary evaporator를 이용하여 40℃에서 진공을 가함으로써 메탄올 용매를 제거 농축하였으며, 농축액은 다시 한번 원심분리 과정을 거쳐서 stilbene 화합물의 동정을 위한 배당체 시료의 준비에 이용되었다. 한편, 자외선 조사 효과를 분석하는 실험에서는 1g의 동결 잎(자외선 1회 조사)에 4mL의 80%(v/v) 메탄올을 가하여 stilbene을 추출하였다. 막자 사발에서 포도 잎에 용매를 가하고 약간의 해사와 함께 마쇄하여 얻은 추출액을 20분간 25,000x g로 원심분리하였다.

이론/모형

  • 식물에 존재하는 stilbene 배당체는 항상 glucose와 결합한 형태 즉 β-glucoside인 것으로 알려져 있으므로(Chong et al., 2009), 본 연구에서는 stilbene 배당체로부터 aglycone을 확보하기 위한 가수분해 방법으로β-glucosidase를 이용하는 방법을 채택하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
동물 모델에서 Stilbene 화합물의 효능은? 포도, 땅콩, 오디 등 몇몇 종류의 식물에서 발견되는 stilbene 은 다양한 생물 활성을 가지고 있어서 주목을 받고 있는 천연물의 한 종류이다. Stilbene 화합물은 동물 모델에서 암이나 심혈관계 질환의 예방 또는 완화 효과를 나타내는 것으로 보고되어 있다(Baur and Sinclair, 2006). 한편, 식물에서 stilbene 화합물은 phytoalexin의 일종으로서 균류에 대한 항균 활성이 있어서 감염의 진전을 저해하는 작용을 하는데(Chong et al.
stilbene를 발견할 수 있는 식물은? 포도, 땅콩, 오디 등 몇몇 종류의 식물에서 발견되는 stilbene 은 다양한 생물 활성을 가지고 있어서 주목을 받고 있는 천연물의 한 종류이다. Stilbene 화합물은 동물 모델에서 암이나 심혈관계 질환의 예방 또는 완화 효과를 나타내는 것으로 보고되어 있다(Baur and Sinclair, 2006).
식물에서 Stilbene 화합물은 어떤 작용을 하는가? Stilbene 화합물은 동물 모델에서 암이나 심혈관계 질환의 예방 또는 완화 효과를 나타내는 것으로 보고되어 있다(Baur and Sinclair, 2006). 한편, 식물에서 stilbene 화합물은 phytoalexin의 일종으로서 균류에 대한 항균 활성이 있어서 감염의 진전을 저해하는 작용을 하는데(Chong et al., 2009; Morales et al.
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