과산화수소를 이용한 펜톤(Fenton)산화법은 수처리 및 토양 복원분야에서 활용되는 친환경 산화방법이다. 이 방법으로 오염물질을 제거할 때, 오염물의 농도에 따라 과산화수소의 농도를 적절하게 조절하는 것이 상당히 중요하다. 이에 본 연구에서는 HRP (horseradish peroxidase) 효소를 이용한 전기화학적 바이오센서를 제조하고 효소의 활성과 과산화수소의 검출 특성에 대한 연구를 수행하였다. SPCE (Screen Printed Carbon Electrode)의 작업 전극 표면에 키토산과 AuNP를 이용하여 HRP를 전착하였다. 이 후, 전위주사법(CV)과 전기화학적 임피던스 분광법(EIS)을 이용하여 효소의 고정화를 확인하였다. 또한 시간대전류법(CA)과 UV 분광법으로부터 HRP 효소의 활성을 확인하였다. 본 연구에서 제조한 바이오센서를 PBS 전해질에 담그고 과산화수소를 적정하여 CA 분석으로부터 전극에서 발생하는 전류를 측정하였다. 발생 전류는 과산화수소의 농도에 대하여 선형적으로 증가하였으며, 전류로부터 과산화수소의 농도를 예측할 수 있는 검정곡선을 도출하였다.
흑연가루의 결합재로 클로로술폰화 폴리에틸렌 고무용액을, 매개체로 ferrocene을 사용하여 장미조직을 고정한 과산화수소 정량 바이오센서를 제작하였다. 실험 전극전위 영역에서 보여준 Hanes-Woolf 도시의 선형성은 기질의 환원이 장미 과산화효소의 촉매력에 의한 것임을 보여 주었다. 또 얻어진 10개 이상의 전기화학 파라미터들은 전극이 정량적으로 성능을 발휘하고 있음을 입증하였다. 이런 사실들은 효소전극의 실용화를 위하여 장미조직이 상업용 과산화효소를 대치하여 사용될 수 있음을 확신시켜 주는 것이었다.
유기용매에서 효소를 이용하면 다양한 선택적 반응을 쉽게 수행할 수 있어 산업적 적용 가능성이 매우 높지만, 효소의 안정성 저하는 아직까지 큰 문제 중의 하나로 남아있다. 유기용매에서 효소 반응시 효소의 실활 원인과 효소의 안정화 방법 연구를 위하여 단백질의 folding에 관여하는 molecular chaperone의 일종인 heat-shock protein Hsp90을 이용하여, 대표적인 유기용매 반응시스템에서의 과산화효소 HRP 안정성 향상 연구를 수행하였다. 그 결과 Hsp90은 30% DMSO, 30% 및 50% dioxane 완충용액에서 HRP의 실활 방지 효과를 보였고, 실활된 효소의 재생에도 탁월한 효과를 보였다. 그리고 형광분석과 CD(circular dichroism)에 의한 구조분석을 수행하여 Hsp90이 유기용매에 의해 unfolding되어 있는 효소를 다시 refolding하는 데 기여함을 알았다.
본 연구에서 Pleurotus ostreatus No.42는 이전에 보고된 새로운 유형의 회전식 통풍관 생물반응기(RTB)를 사용하여 포도당-펩톤-효모-밀기울(GPYW) 배지에서 배양하였다. 이 배지에서 7일 동안 펠렛형 균사체 배양 후, 리그닌 분해효소인 다목적 과산화 효소(VP)를 분리 및 정제하였다. 다목적 과산화 효소의 정제 과정은 한외여과, DEAE-Sepharose CL-6B 컬럼, Mono Q 컬럼을 순차적으로 적용하여 정제하였다. 그 결과, SDS-PAGE상에서 분자량(MW)은 36.4 KDa, 등전점 (IEF)은 3.65로 나타났으며, 아미노산 조성은 VTCATGQTT로 확인되었다. 정제된 다목적 과산화 효소는 Mn 이온을 산화시킬 뿐만 아니라 비페놀성 화합물인 베라트릴 알코올을 분해하는 특성을 갖는 것으로 나타났다.
한방에서는 경련억제의 목적으로 처방되고 있는 석창포의 정유액을 분리하여 활성산소종 생성계 효소인 xanthine oxi-dase와 alehyde osidase에 대한 억제활성을 in vitro에서 측정하고 지질과산화 억제효과를 in vitro 와 in vivo에 각각 조사하였으며 DPPH radical 소거 효과를 검토하여 다음과 같은결과를 얻었다. 석창포 정유는 xanthine oxidase에 대해서는 0.01 mg/ml에서 13.3%, aldehyde oxidase에 대해선.s 0.001mg/ml에 서 5.0% 각각 효소 활성을 억제 하였으나, 괴량에서는 오히려 효소활성을 증가시키는것으로 나타났다. 지질과산화 억제효과는 1.0mg/ml에서 대조군에 비해 49.4% 억제하여 우수한 효과를 보였으며 향기를 7일간 흡입시킨 in vivo test에서는 인위적으로 지질과산화를 유발시킨 대조군에 비해 과산화지질이 16.7% 감소되었다. 그러나 DPPH radical에 대한 소거효과는 2.0 mg/ml에서약 4%의 미미한 효과를 나타내었다.
고려인삼에서 분리한 폴리아세틸렌 성분인 파낙시돌, 파낙시놀과 파낙시트리올의 사염화탄소로 유도된 마우스와 흰주의 지질과 산화와 효소적 또는 비효소적으로 유도된 시험관내 과산화 지질 형성에 미치는 영향을 관찰하였다. 정상 또는 사염화탄소 처리된 마우스와 흰쥐에 대한 폴리아세틸렌의 효과를 혈청과 간 과산화 지질수준과 혈청효소 (GOT, GPT, LDH) 활성을 측정함으로써 관찰하였다. 간 마이크로좀 내 cytochrome P-450 함량과 aniline hydroxylase와 aminopyrine demethylase 활성도 측정되었다. 정상 마우스에 폴리아세틸렌을 처리한 경우 파낙시놀의 경우를 제외하곤 간과 혈청의 과산화 지질 형성과 혈청효소들의 활성에 변화가 없었으며, 파낙시놀은 간의 지질 과산화를 억제하였다, 폴리아세틸렌 성분들은 사염화탄소로 유도된 간의 과산화지질형성에 대한 보호작용을 나타내었고, 혈청지질과산화 수준을 낮추었다. 또한 사염화탄소로 유도된 LDH의 혈액내 유출에 대한 보호작용이 있으나, 혈청 GOT와 GPT 수준엔 영향을 주지 않았다. 사염화탄소는 cytochrome P-450 함량과 aniline hydroxylase, aminopyrine demethylase 활성을 낮추었으며, 이 경우 폴리아세틸렌은 효과를 나타내지 못하였다. 반면, 사염화탄소 없이 폴리아세틸렌만 처리한경우, 파낙시돌과 파낙시놀은 aniline hydroxylase를 세폴리아세틸렌성분은 aminopyrine demethylase를 유도하였으며, cytochrome P-450엔 영향을 주지 않았다. 시험관내 간 마이크로좀의 지질 과산화는 폴리아세틸렌 첨가시 농도에 비례하여 억제되었다.
참싸리 부위별 과산화동위효소형의 변이를 알고저 전기영동법에 의하여 효소형을 조사한 바, 동일 개체에서 동시에 채취한 동일부위의 과산화동위효소형의 변이는 없었으며 공동출현 "밴드"는 부위별로 차이가 있어 잎, 인피, 세근에서는 7번"밴드"자방에서는 35번"밴드"가 나타났으며 부위별 개체별 과산화동위효소형의 변이가 있었고 성숙된 잎을 제외하고는 개체간 과산화동위효소형의 색정농도에 차이가 있었다.
본 연구는 지질의 과산화에 대한 항산화 효과를 조사하기 위하여 엉겅퀴(Silybum marianum)로부터 silymarin 및 silybin을 정제하여 실험하였다. Silymarin 및 silybin은 xanthine oxidase system에서 superoxide anion의 생성을 억제하였다. 쥐의 간 mitochondria에서는 silymarin 및 silybin은 reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate(NADPH)에 의해 효과적 또는 ascorbic acid 또는 Fenton's reagent에 의하여 비효소적으로 유도되는 지질의 과산화를 억제하였다. 또 mitochondria의 지질과산화도 silymarin 및 silybin에 의하여 억제되었고 NADPH 의존 cychrome P-450 reductase에 의한 Fe2+의 산화도 silymarin 및 silybin에 의하여 억제되었다. Silymarin 및 silybin은 microsome의 효소 시스템 및 linoleic acid hydroperoxide induced peroxidation system에서 지질의 과산화의 연쇄반응에서 유리기의 억제효과가 있었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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