보고서 정보
주관연구기관 |
건국대학교 KonKuk University |
연구책임자 |
정선호
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참여연구자 |
이상후
,
최영진
,
권찬호
,
박혜린
,
김현명
,
조은애
,
정연정
,
정은경
,
강시묵
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보고서유형 | 3단계보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2007-05 |
과제시작연도 |
2006 |
주관부처 |
과학기술부 |
과제관리전문기관 |
한국과학재단 Korea Science and Engineering Foundtion |
등록번호 |
TRKO200800067843 |
과제고유번호 |
1350008723 |
사업명 |
기반기술개발(나노,바이오) |
DB 구축일자 |
2015-01-08
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키워드 |
촉매성 탄수화물.환형/선형 올리고당.바이오폴리머.메탄올분해반응.생촉매.catalytic carbohydrate.linear/cyclic oligosaccharide.biopolymer.methanolysis.
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초록
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자연계에 존재하는 천연의 미생물 유래의 촉매성 탄수화물(microbial catalytic carbohydrates)를 탐색 및 연구하기 위하여 미생물로부터 다양한 라이브러리를 분리(300L, 5L fermentor 및 flask 배양 병행), 정제(gel, DEAE chromatography 및 prep.-HPLC)하여 각 1g이상씩 확보함. 확보된 미생물 탄수화물의 구조분석을 위하여 FT-NMR, FT-IR, MALDI-TOF, ESI MS, EA등으로 확인함. 확보된 미생물 탄수화물중에 Rhizobium species에서 분리
자연계에 존재하는 천연의 미생물 유래의 촉매성 탄수화물(microbial catalytic carbohydrates)를 탐색 및 연구하기 위하여 미생물로부터 다양한 라이브러리를 분리(300L, 5L fermentor 및 flask 배양 병행), 정제(gel, DEAE chromatography 및 prep.-HPLC)하여 각 1g이상씩 확보함. 확보된 미생물 탄수화물의 구조분석을 위하여 FT-NMR, FT-IR, MALDI-TOF, ESI MS, EA등으로 확인함. 확보된 미생물 탄수화물중에 Rhizobium species에서 분리된 cyclosophoraoses(Cys)의 경우는 메탄올조건하에서 oxazolone 화합물들과 phospholipids에 대해서 각각 9200배와 250배 methanolysis를 촉매시켰고, ethyl ester 화합물에 대해서는 최대 200배까지 촉매시킴을 발견함. 더욱이 ethyl ester의 methanolysis는 소수성 유기용매에서 methanolysis 반응이 더 가속화 됨을 발견하였음. Xanthomonas species에서 분리된 $\alpha$-cyclosophorohexadecaose(α-C16)의 경우는 다양한 benzoate화합물의 methanolysis를 최대 69배까지 촉매시킴을 발견함. 이러한 환형 탄수화물외에 미생물 유래의 고분자 선형탄수화물(Rhizobium EPS, Zoogloea CPS(zooglan))도 최대 190배까지 다양한 기질에 대해서 methanolysis반응을 촉매함을 발견하였음. 그리고 $\alpha$-C16, 와 succinoglycan monomers(M0, M1, M2)는 Strecker 반응에서 촉매로서 작용함을 발견하였는데, 특히 malonaldehyde bis(phenylimine)에 대해서 M1이 촉매로 사용되었을 경우에 반응 30분만에 100% conversion을 얻을 수 있었음. 따라서 본 연구를 통하여 자연계에 존재하는 6종의 미생물 유래의 catalytic carbohydrates(Cys, cyclic $\beta$(1,3), $\beta$(1,6)-cyclic glucan, $\alpha$-C16, succinoglycan polymer/monomer, zooglan)를 발견하였고, 이를 토대로 2종류의 촉매반응(transesterification, Strecker reaction)을 유기용매 또는 수용액에서 성공적으로 도출하였음. 이는 미생물 유래의 환형 및 선형 탄수화물이 수용액 및 유기용매에서 특정한 반응에 대해서 촉매기능을 수행할 수 있다는 증거를 보여주었고, 결국 자연계에 존재하는 특정 탄수화물들이 "carbohydrozyme"으로서 기능을 할 수 있을 것이라는 예측을 제시 할 수 있었음.
Abstract
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In this study, we cultured microorganisms through 300 L or 5 L fermentor or flask culture, isolated and purified catalytic carbohydrates derived from microorganisms through gel, DEAE-cellulose chromatography and preparative HPLC, and then we obtained the carbohydrates above 1-10 gram, respectively.
In this study, we cultured microorganisms through 300 L or 5 L fermentor or flask culture, isolated and purified catalytic carbohydrates derived from microorganisms through gel, DEAE-cellulose chromatography and preparative HPLC, and then we obtained the carbohydrates above 1-10 gram, respectively. Structural analyses for the isolated carbohydrates were then performed through FT-NMR, FT-IR spectroscopies and MALDI-TOF, ESI mass spectrometer and elemental analysis(EA), and so on. Here, we confirmed the catalytic abilities of the microbial linear/cyclic carbohydrates for specific reactions. Cyclosophoraoses(Cys), which is a cyclic carbohydrate isoated from Rhizobium species, catalyzed methanolysis up to 9200 folds for oxazolones and 250 folds for phospholipids relative to controls under pure methanol and catalyzed up to maximum 200 folds for ethyl esters compounds relative to controls and then the catalytic activity was more enhanced under hydrophobic solvents than under pure methanol. This results indicates that Cys functions as a good catalyst for transesterification in various solvents. α-cyclosophorohexadecaose(α-C16) derived from Xanthomonas species also functioned as a catalyst for the methanolysis of common benzoates, where the cyclic carbohydrate catalyzed the reaction up to 69 folds relative to controls. In addition to the catalytic cyclic carbohydrates, microbial linear biopolymer (Rhizobium EPS, Zoogloea CPS(zooglan)) catalyzed the methanolysis up to 190 folds relative to controls under pure methanol. We also found out that Microbial α-C16 and succinoglycan monomer (M0, M1 and M2) acted as catalysts for the Strecker reaction which is a useful method to make alpha-aminonitrile compounds. Especially, M1 functioned as a good catalyst for converting malonaldehyde bis(phenylimine) into its Strecker product within just 30 min. And then the yield is 100%. Through this study, we found out 6 catalytic carbohydrates(Cys, cyclic $\beta$(1,3), $\beta$(1,6)-cyclic glucan, $\alpha$-C16, succinoglycan polymer/monomer(M0,M1,M2), zooglan) and 2 specific reactions (transesterification, Strecker reaction) by the microbial catalytic carbohydrates. These results suggest that the microbial cyclic/linear carbohydrates can widely be applied as catalysts in aqueous or organic solvents and finally might be a "carbohydrozyme" such as real enzymes in celluar systems.
목차 Contents
- 제 1 장 연구개발과제의 개요...10
- 제 2 장 국내외 기술개발 현황...13
- 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과...14
- 제 4 장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도...82
- 제 5 장 연구개발결과의 활용계획...96
- 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보...98
- 제 7 장 참고문헌...100
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