Pseudoalteromonas donghaensis HJ51의 체외 단백질 분해효소 특성과 생산 조건 Characterization and optimum production condition of extracellular protease from Pseudoalteromonas donghaensis HJ51원문보기
동해에서 분리된 Pseudoalteromonas donghaensis HJ51는 체외분비 단백질 분해효소를 생산하는 신종 미생물로 보고되었다. 체외 단백질 분해효소의 특성과 최적 생산 조건을 결정하기 위해 crude supernatant을 사용하여 단백질 분해효소의 최적 활성 온도와 pH를 조사한 결과 $40^{\circ}C$와 pH 7.5-10.5이었으며, pH 11에서도 88%의 높은 상대적인 효소 활성을 나타내었다. 효소의 금속 요구성을 조사한 결과, $Fe^{3+}$를 10 mM로 첨가하였을 때 최대 효소활성 증가를 보였다. 최대의 효소생산 조건을 탐색한 결과, 기본배지인 PY-ASW (peptone 0.5%, yeast extract 1.0%, artificial seawater)에 탄소원을 첨가하지 않는 것이 가장 높았으며, 질소원으로는 peptone 보다 beef extract, tryptone, casmino acids을 각각 첨가했을 때 활성이 21, 7, 4% 증가하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 P. donghaensis HJ51이 생산하는 효소는 알칼리성 pH 환경 및 저온환경에서 활성이 필요한 분야에 응용이 가능할 것으로 사료된다.
동해에서 분리된 Pseudoalteromonas donghaensis HJ51는 체외분비 단백질 분해효소를 생산하는 신종 미생물로 보고되었다. 체외 단백질 분해효소의 특성과 최적 생산 조건을 결정하기 위해 crude supernatant을 사용하여 단백질 분해효소의 최적 활성 온도와 pH를 조사한 결과 $40^{\circ}C$와 pH 7.5-10.5이었으며, pH 11에서도 88%의 높은 상대적인 효소 활성을 나타내었다. 효소의 금속 요구성을 조사한 결과, $Fe^{3+}$를 10 mM로 첨가하였을 때 최대 효소활성 증가를 보였다. 최대의 효소생산 조건을 탐색한 결과, 기본배지인 PY-ASW (peptone 0.5%, yeast extract 1.0%, artificial seawater)에 탄소원을 첨가하지 않는 것이 가장 높았으며, 질소원으로는 peptone 보다 beef extract, tryptone, casmino acids을 각각 첨가했을 때 활성이 21, 7, 4% 증가하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 P. donghaensis HJ51이 생산하는 효소는 알칼리성 pH 환경 및 저온환경에서 활성이 필요한 분야에 응용이 가능할 것으로 사료된다.
Pseudoalteromonas donghaensis HJ51, isolated from the East Sea, has been reported as a novel strain to produce extracellular protease. Crude supernatant was used to determine optimal activity and optimal production conditions for the enzyme. It was found that the optimal temperature and pH of the pr...
Pseudoalteromonas donghaensis HJ51, isolated from the East Sea, has been reported as a novel strain to produce extracellular protease. Crude supernatant was used to determine optimal activity and optimal production conditions for the enzyme. It was found that the optimal temperature and pH of the protease were $40^{\circ}C$ and pH 7.5-10.5, respectively. The enzyme activity was kept to 88% at the pH 11. In metal requirement analysis, the enzyme exhibited the highest activity when 10 mM $Fe^{3+}$ was supplied. While supplementation of additional carbon sources used in study showed no positive effect on cell growth and enzyme activity, the addition of beef extract, tryptone, or casamino acids instead of peptone of PY-ASW containing 1% glucose increased enzyme production to 21, 7, 4%, respectively. Taken together these properties, the enzyme produced from P. donghaensis HJ51 can be applied to the industries that require protease activity under alkaline pH and low temperature.
Pseudoalteromonas donghaensis HJ51, isolated from the East Sea, has been reported as a novel strain to produce extracellular protease. Crude supernatant was used to determine optimal activity and optimal production conditions for the enzyme. It was found that the optimal temperature and pH of the protease were $40^{\circ}C$ and pH 7.5-10.5, respectively. The enzyme activity was kept to 88% at the pH 11. In metal requirement analysis, the enzyme exhibited the highest activity when 10 mM $Fe^{3+}$ was supplied. While supplementation of additional carbon sources used in study showed no positive effect on cell growth and enzyme activity, the addition of beef extract, tryptone, or casamino acids instead of peptone of PY-ASW containing 1% glucose increased enzyme production to 21, 7, 4%, respectively. Taken together these properties, the enzyme produced from P. donghaensis HJ51 can be applied to the industries that require protease activity under alkaline pH and low temperature.
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문제 정의
, 2000). P. donghaensis HJ51로부터 생산된 체외분비 단백질 분해 효소가 저온성 효소의 특성을 가지는지 알아보기 위하여 반응온도에 대한 효소의 활성을 조사한 결과 Fig. 1과 같았다. 반응온도에 대한 효소의 활성은 4°C부터 점진적으로 증가하여 40°C에서 약 1,409 unit/ml의 최적 활성을 나타내었다.
, 2009). 본 연구에서는 동해 해양 환경으로부터 분리되어 신종 미생물로 보고된 P. donghaensis HJ51이 생산하는 체외분비 단백질 분해효소의 특성 및 생산에 대해 보고하는 바이다.
P. donghaensis HJ51이 생산하는 효소의 최적 pH를 알아보기 위하여 네 가지 완충용액에 기질을 녹여 pH를 5.0부터 pH 11.0까지 0.5 단위로 변화시키면서 crude supernatant와 반응하여 조사한 결과 Fig. 2와 같았다. 효소의 활성은 pH의 증가에 따라 비례적으로 증가하여 pH 7.
균주가 생산하는 체외분비 단백질 분해효소의 최적 활성 온도를 알아보기 위해서 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0)에 녹인 0.5% (w/v) azocasein을 기질로 사용하였으며, 반응 온도는 4°C 및 10°C부터 60°C까지 5°C 간격으로 조정하여 효소활성을 측정하였다.
, 2011). 이 균주가 생산하는 체외분비 단백질 분해효소의 특성을 알아보기 위해서 PY-ASW (peptone 5.0 g, yeast extract 1.0 g/L artificial seawater) 배지를 사용하였다. Artificial seawater는 1 L 증류수에 NaCl 24.
체외분비 단백질 분해효소의 활성 측정은 배양된 균의 상등액을 이용하여 Windle과 Kelleher의 방법(1997)을 변형하여 다음과 같이 실시하였다. 24시간 동안 배양된 균주의 배양액을 4°C, 14,000 rpm (Micro 17R, Hanil)에서 10분간 원심 분리하여 균체를 제거한 crude supernatant를 사용하였다.
탄소원 또는 질소원에 따른 단백질 분해효소 생산의 영향을 조사하기 위해 탄소원은 PY-ASW 배지에 부가적인 탄소원으로 glucose, sucrose, maltose, mannose를 각각 1%로 첨가하였고, 질소원은 glucose를 1%로 첨가한 PY-ASW 배지에 peptone을 대신하여 tryptone, beef extract, malt extract, skim milk, casamino acid, KNO3, (NH4)2SO4, NaNO3, NH4Cl을 각각 0.5%로 첨가하였다. 균주의 배양은 25°C에서 24시간 동안 150 rpm으로 진탕배양 하였다.
효소의 활성에 미치는 금속이온의 영향을 알아보기 위해 100 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0)에 녹인 0.5% (w/v) azocasein을 기질로 사용하고 반응 온도는 30°C로 수행하였으며, MgCl2, CaCl2, NaCl, KCl, CuSO4, FeCl3, AlCl3, AgNO3, MnSO4를 각각 최종농도가 1 mM과 10 mM이 되도록 첨가하여 반응하였다.
대상 데이터
실험에 사용된 균주는 동해 해양 환경으로부터 분리된 P. donghaensis HJ51을 사용하였다(Oh et al., 2011). 이 균주가 생산하는 체외분비 단백질 분해효소의 특성을 알아보기 위해서 PY-ASW (peptone 5.
성능/효과
donghaensis HJ51의 체외분비 단백질 분해효소를 이용하여 다양한 금속이온들에 의한 효과를 알아본 결과 Table 1과 같았다. Mg2+와 K+를 첨가하였을 때 10% 미만의 활성 증가를 보였으며, 특히 Fe3+를 10 mM 첨가하였을 때 약 34% 증가하여 가장 높은 효소 활성을 나타내었다. Al3+는 1 mM로 첨가하였을 때 약 9% 정도 효소 활성이 증가하였으나, 10 mM 로 첨가하였을 때 약 14% 정도 활성이 감소하는 특성을 보였다.
질소원에 대한 세포 성장 및 효소 생산의 영향은 Table 3과 같았다. Peptone을 대신하여 각각의 다양한 질소원들을 첨가한 결과 세포 성장은 낮아졌으며, malt extract를 제외한 유기질소원들이 무기 질소원들보다 높은 세포 성장 및 효소 활성을 가졌다. 효소 활성은 beef extract를 첨가하였을 때 가장 높았으며, malt extract를 첨가하였을 때 가장 낮은 효소 활성을 보였다.
당이 희박한 해양에서 분리된 P. donghaensis HJ51은 이용 가능한 탄소원의 첨가시 세포 성장이 낮아졌고, 효소 생산도 약 9–40% 정도 감소하였다.
01 증가를 1 unit/ml (EU/ml)로 정하였다(Secades and Guijarro, 1990). 모든 체외분비 단백질 분해효소의 활성 측정은 3회 반복하였다.
반응온도에 대한 효소의 활성은 4°C부터 점진적으로 증가하여 40°C에서 약 1,409 unit/ml의 최적 활성을 나타내었다.
0 이상의 알칼리성 pH 범위에서는 약 20% 이상 활성이 감소하는 차이를 보였다. 알칼리성 pH 범위에서 높은 상대 활성을 유지하는 특성은 Bacillus pumilus D-6로부터 생산된 알칼리성 단백질 분해 효소와 유사하였으며(Bajaj and Jamwal, 2013), P. donghaensis HJ51이 생산하는 단백질 분해효소도 알카리성 단백질 분해효소임을 알 수 있었다.
체외 단백질 분해효소의 특성과 최적 생산 조건을 결정하기 위해 crude supernatant을 사용하여 단백질 분해효소의 최적 활성 온도와 pH를 조사한 결과 40°C와 pH 7.5–10.5이었으며, pH 11에서도 88%의 높은 상대적인 효소 활성을 나타내 었다.
효소의 금속 요구성을 조사한 결과, Fe3+를 10 mM로 첨가하였을 때 최대 효소활성 증가를 보였다. 최대의 효소생산 조건을 탐색한 결과, 기본배지인 PY-ASW (peptone 0.5%, yeast extract 1.0%, artificial seawater)에 탄소원을 첨가하지 않는 것이 가장 높았으며, 질소원으로는 peptone 보다 beef extract, tryptone, casmino acids을 각각 첨가했을 때 활성이 21, 7, 4% 증가하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 P.
최적온도 이후 활성이 서서히 감소하여 45°C에서 약 97%의 활성을 보였으며, 그 후 50°C에서 활성이 급격하게 감소하여 약 63%의 활성을 나타내었다.
, 2003)의 경우도 탄소원 첨가로 인한 세포의 성장 정도 변화가 거의 없었다. 하지만 sucrose 첨가로 인하여 효소 활성과 생산이 증가하였고, glucose의 첨가는 효소 활성(protease)이 증가한 반면 생산이 감소하였으며, maltose를 첨가하였을 때 효소 활성과 생산이 약 90% 이상 급격히 감소하는 특성을 보였다. Bacillus sp.
Peptone을 대신하여 각각의 다양한 질소원들을 첨가한 결과 세포 성장은 낮아졌으며, malt extract를 제외한 유기질소원들이 무기 질소원들보다 높은 세포 성장 및 효소 활성을 가졌다. 효소 활성은 beef extract를 첨가하였을 때 가장 높았으며, malt extract를 첨가하였을 때 가장 낮은 효소 활성을 보였다. 효소 생산은 beef extract, tryptone 또는 casamino acid를 첨가하였을 때 peptone 첨가에 비해 약 4–20% 정도 증가하였으며, 그 외 질소원의 경우 감소하였다.
5이었으며, pH 11에서도 88%의 높은 상대적인 효소 활성을 나타내 었다. 효소의 금속 요구성을 조사한 결과, Fe3+를 10 mM로 첨가하였을 때 최대 효소활성 증가를 보였다. 최대의 효소생산 조건을 탐색한 결과, 기본배지인 PY-ASW (peptone 0.
2와 같았다. 효소의 활성은 pH의 증가에 따라 비례적으로 증가하여 pH 7.5부터 pH 10.5까지 범위에서 최적 활성을 나타내었으며, 이후 활성이 감소하여 pH 11.0에서는 약 88%의 활성을 보였다.
후속연구
본 연구에서 분석된 P. donghaensis HJ51의 체외분비 단백질 분해효소는 저온 환경에서 식품 단백질 가수분해를 수행하는 식품산업 및 알칼리성 pH 환경을 요구하는 특수 산업으로의 응용이 가능할 것으로 생각되며, 산업적 이용 가능성을 위해 효소 정제, 유전자 클로닝 및 과발현 시스템 개발 등의 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다.
0%, artificial seawater)에 탄소원을 첨가하지 않는 것이 가장 높았으며, 질소원으로는 peptone 보다 beef extract, tryptone, casmino acids을 각각 첨가했을 때 활성이 21, 7, 4% 증가하였다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 P. donghaensis HJ51이 생산하는 효소는 알칼리성 pH 환경 및 저온환경에서 활성이 필요한 분야에 응용이 가능할 것으로 사료된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
단백질 분해효소란?
단백질 분해효소는 단백질의 구성성분인 아미노산 간 펩타이드 결합의 가수분해를 촉매 하는 효소이며, 생명체 내외에서 중요한 생리적 역할과 기능을 수행하는 효소로 알려져 있다. 이러한 단백질 분해효소는 산업적인 관점에서 화학적 방법을 대체하여 사용할 수 있는 고부가가치 자원으로 주목을 받고 있으며, 식품공업, 제약산업, 피혁가공업 및 세제공업 등의 다양한 산업에 응용되어 세계 공업효소 판매량의 60%를 차지하는 것으로 추정되고 있다(Rao et al.
해양 세균으로 알려진 Pseudoalteromonas 속 미생물들이 수행하는 역할은?
해양 세균으로 알려진 Pseudoalteromonas 속 미생물들은 다양한 생물학적 활성 분자 및 체외 분비 효소들을 생산함으로써 해양 서식처에 중요 상호작용 역할을 수행하는 것으로 알려져 있다(Holmström and Kjelleberg, 1999; Bowman,2007). 특히 이들 미생물에 의해 생산된 단백질 분해효소들은 저온 또는 고염 등의 극한 환경에서 높은 활성을 보유하거나, 해양 미세 조류 성장의 억제 등 다양한 특성을 지니는 것으로 알려져 있다(Lee et al.
저온성 효소들의 고유 활성도는 30–50°C 사이의온도에서 최적의 활성을 알 수 있는 결과는?
1과 같았다. 반응온도에 대한 효소의 활성은 4°C부터 점진적으로 증가하여 40°C에서 약 1,409 unit/ml의 최적 활성을 나타내었다. 최적온도 이후 활성이 서서히 감소하여 45°C에서 약 97%의 활성을 보였으며, 그 후 50°C에서 활성이 급격하게 감소하여 약 63%의 활성을 나타내었다.
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