최근 특별한 기능을 갖는 단백질의 수요가 늘어남에 따라 단백질의 기능성을 개량하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이들 중 대표적인 것이 단백질을 단백질 분해효소로 처리한 가수분해물을 환자의 영양강화제와 같은 의약품이나 기능성이 요구되는 식량소재로서의 이용이다. 단백질의 효소적 가수분해에 있어서 회분식 공정은 장치가 간단하고 조작이 단순하며, 고 농도의 기질을 사용할 수 있지만 많은 양의 효소가 필요하며 높은 에너지와 노동력이 요구된다. 그리고 최종생성물의 저해작용으로 인해 수율이 적고 최종생성물의 기능적인 성질을 조절할 수 없는 단점이 있다.
우리나라 전역의 산간지방에서 야생 또는 재배되는 닥나무의 열매는 옛날 가정에서 질긴 쇠고기를 조리할 때 사용하였다고 하므로 본 연구에서는 닥나무 열매를 육류조리에 이용하였을 때의 연화효과를 보고자하여 1차적으로 닥나무열매에서 추출한 단백질 분해효소의 활성도를 측정하였다. 시료의 효소를 조제하였을 때 시료추출물 100ml중의 회수된 조효소 분말량은 1.01g으로 회수율 6.2%를 나타내었고 단백질 분해효소 활성은 1.6 unit의 활성을 나타냈으며 닥나무 열매추출물의 단백질함량은 건물량으로 9.6%였다. 또한 효소의 기질에 대한 특이성은 casein 100에 egg white 50, hemoglobin 79, collagen 53, gelatin 42의 비율로 가수분해 하는 것으로 나타나 육류에 함유된 단백질인 hemoglobin과 collagen에 대한 효소의 가수분해율이 높은 것으로 나타났따. 효소의 최적온도는 $60^{\circ}C$로 관찰되었으며 열에 비교적 안정하였다. 효소의 최적 pH는 70이었으며, 전반적으로 넓은 pH영역에서 활성이 있는 것으로 나타났다.
이 연구에서는 살아있는 질편모충의 단백질녈해효소가 인체 면역글로불린을 분해하는지 알아보고 질편모충에 의한 조직세포 독성에 있어서 단백질분해효소의 역할을 시험관내에서 관찰하였다 실험에 사용한 질편모충은 질염환자로년터 분리한 KT9 분리주이었으며 세포독성을 알아보기 위한 표적세포로는 HeLa 세포를 사용하였다 질편모충 단백질분해효소가 인체 면역글로불린을 분해하는지 관찰하고자 인체의 분비 IP. 혈청 IgA 및 IgG를 살아있는 원충. 원충의 용출액 및 분비-배설 액과 DTT를 넣어 반응시켰다. 여러 계열의 단백질분해효소 저해제(aminopeptidase, serine, metallo, cystelrle계열)를 살아있는 질편모충과 미리 반응시킨 후 세척하고 면역글로불린의 분해 단백질분해효소 활성 및 조직세포독성에 미치는 영향을 관찰하였다 살아있는 질편모충은 인체의 분비 IgA. 혈청 IgA 및 IgG를 분해하였는데 질편모충 수가 증가할수록 반응시간이 길수록 분해가 더 잘 이루어졌다 질푄모충의 용출액과 분비-배설액도 분비 IgA. 혈청 IgA 및 IgG를 분해하였다. Cysteine, serine계 열의 단백질분해효소 저해제 (I-64 antipain, iodoacetic acid, iodoacetamide, TLCK)를 처리한 질편닐충은 분비 IgA의 분해를 저해하였으며. 단백질분해효소저해제로 처리한 경우 질편모충의 단백질븐해효소 활성은 감소하였고 HeLa세포에 대한 독성이 감소하였다. 이상의 성적을 종합하면 질편모충에서 분비되는 단백질분해효소는 시험관내에서 조직세포에 세포독성을 나타내며 또한 인체면역글로불린을 분해하여 숙주의 방어기전에 대한 도피물질로 작용하는 것으로 생각된다.
쌀 단백질 유래의 감칠맛 소재를 개발하기 위해 도정 부산물인 미강과 쌀 단백질을 원료로 효소분해물을 제조하고 품질 특성을 평가하였다. 미강과 쌀 단백질의 비율을 4:0, 3:1, 2:2, 1:3(w/w)으로 달리하여 효소분해한 후 분해물의 특성을 분석한 결과, 3:1의 비율에서 질소분해율 및 감칠맛과 종합 기호도가 우수하였다. 효소분해 원료로 미강과 쌀 단백질을 3:1의 비율로 선정하여 13일 동안 효소분해를 진행하면서 시간에 따른 분해물의 특성을 분석하였다. 총질소, 아미노태 질소, 질소분해율은 분해 10일에서 최대값을 나타내었으며, 단백질 전기영동 결과 효소분해 시간이 길어질수록 펩타이드의 저분자화가 진행되는 것으로 추정되었다. 유리 아미노산 분석 결과 분해 시간에 따른 모든 효소분해물에서 감칠맛 성분인 glutamic acid 함량이 가장 높게 나타났으며, 효소분해 시간에 따라 쓴맛 성분은 감소했지만 단맛 성분은 증가하는 경향을 나타내었다. 관능적 특성(색, 향, 감칠맛, 종합기호도)은 분해 10일의 효소분해물에서 가장 우수한 기호도를 나타내었다. 따라서 미강과 쌀 단백질을 3:1의 비율로 하여 효소분해를 10일 동안 진행하였을 때 효소분해물은 쌀 유래의 감칠맛 소재로서 품질 특성이 우수하며, 영 유아식과 건강식에 다양하게 활용이 가능할 것으로 생각된다.
거미의 중장에서 분리한 장내 세균인 Serratia proteamaculans는 우유 단백질 배지상에서 투명환을 형성하는 것으로 보아 세포 외로 분비되는 단백질 분해효소를 생산함을 알 수 있었다. Zymogram을 사용한 단백질 분획의 활성 염색 실험에서 세포 외로 분비된 분자량 52 KD의 단백질이 높은 단백질분해 활성을 가진 것으로 추정되었다. 이 단백질 분해효소의 배양 상등액을 여과, 이온교환, 크로마토그래피 등의 방법을 사용하여 순수 정제하였다. 정제된 단백질 분해 효소는 pH 6.0과 10.0사이와 넓은 온도범위에서 상대적으로 높은 활성을 나타내었다. 1,10-phenanthroline과 EDTA등의 단백질분해효소 저해제를 처리하였을 때 단백질 분해 활성이 강하게 억제되며 $Zn^{2+}$이나 $Ca^{2+}$ 이온의 존재에 의해 단백질 분해효소의 활성이 증가되는 것으로 보아 이 효소가 금속성 단백질 분해효소임을 알 수 있었다.
대두 단백질을 효소로 가수분해 하였을 때 생성되는 peptide의 항균활성을 조사하고 천연항균제로서 이용 가능성을 검토하기 위하여 분리 대두 단백질에 5종의 단백질 가수분해 효소를 작용시켜 생성된 가수분해물의 항균력을 측정하고 한외여과하여 분자량별로 분리된 각 fraction의 항균활성과 HPLC로 정제하여 항균성 peptide 의 아미노산 결합순서를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 분리대두 단백질에 5종의 단백질 분해효소를 작용시켜 제조한 가수분해물 중 Asp.saitoi protease로 작용시킨 것이 항균활성이 높았다. Asp. saitoi protease로 작용시킨 대두 단백질의 가수분해물을 membrane filter로 여과한 결과 분자량 1000-3000 fraction에서 항균활성이 가장 높았다. 분자량 1000-3000 범위을 가진 가수분해물의 MIC는 0.5-0.8mg/$m\ell$ 이었으며 그람 양성균과 음성균 모두의 증식을 억제하는 경향을 보였다. 분리 대두 단백으로부터 얻어진 항균성 peptide는 121$^{\circ}C$, 10분간 열처리하여도 안정하였으며 한외여과에 의하여 분자량 1000-3000범위의 가수분해물을 동결건조하여 gel filteration하였을 때 2개의 fraction에서 항균 활성을 나타내었다. HPLC결과 RT 16.02 의 peak에서 항균활성이 확인되었고 질량은 1,633이었으며 아미노산 결합순서는 H$_2$N-G-P-P-G-V-V-A-T-V-V-A-A-R-COOH 이었다.
세포내에서 특정 단백질이 합성되어 이용되는 것을 단백질의 발현이라 한다. 이러한 단백질의발현을 조사하는 작업은 세포내 대사과정을 밝혀내는 데 있어서 매우 중요한 역할을 담당하고 있다. 단백질의 발현을 조사하기 위해서는 세포로부터 추출하여 정제한 단백질이 어떤 단백질인지를 확인하는 작업이 필요한데 현재로써는 확인하고자 하는 단백질 효소로 분해하여 분해된 조각들의 질량을 측정하여 기존에 알려진 단백질들을 분해했을 때 이론상 나을 수 있는 조각들의 무게와 비교하여 가장 근접한 단백질을 찾아내는 질량분석기법(mass Spectrometry)이 널리 사용된다. 그러나 이 방법은 확인하고자 하는 단백질의 아미노산 서열이 알려져 있을 경우에만 사용할 수 있다는 한계점을 가지고 있다. 본 논문에서는 이러한 한계를 계산적인 방법으로 극복하고자 동일단백질을 여러가지 효소로 분해하여 나오는 조각들의 질량을 측정하고 이들을 조합하여 원래 단백질의 아미노산 서열을 알아낼 수 있는 알고리즘을 제안한다.
다양한 기능적 특성을 가지는 단백질 가수분해물의 개발을 위하여, casein, ISP, wheat gluten, gelatin의 4종류 단백질 기질을 alcalase, bromelain, papain, neutrase, trypsin 등의 효소를 이용하여 가수분해물을 제조하였다. 각 단백질에 대한 효소 분해과정을 확인하기 위하여 pH-stat 방법을 이용하여 시간에 따른 단백질 가수분해도(DH)를 측정하였고, 단백질 종류와 효소 종류에 의한 쓴맛 정도와 단백질 가수분해물의 용해성을 검토하고자 DH 10%에서 가수분해를 종결짓고, pH 6.5에서 각각의 용해성과 쓴맛을 NSI(nitrogen soluble index) 측정과 관능검사로 비교하였다. 시간에 따른 가수분해도는 단백질에 따라 다양하게 나타났으며, Casein, ISP, wheat gluten, gelatin의 순으로 높게 나타났다. 모든 단백질에서 alcalase의 가수분해도가 가장 높았으며, neutrase, bromelain, papain의 가수분해도는 비슷한 정도를 보였다. 그러나 trypsin의 경우는 casein에서는 매우 높았지만, ISP에서는 가장 낮았다. DH 10%에서 casein은 trypsin 가수분해물이, ISP와 gluten은 brolmelain과 neutrase 가수분해물이, gelatin의 경우 사용된 모든 효소 가수분해물이 쓴맛이 약하고 용해도가 높아 좋은 기질-효소 조합으로 선택될 수 있었다. 따라서 쓴맛이 적고 용해도가 높은 단백질 가수분해물은 가수분해도의 조절과 단백질과 효소 조합의 선택, 단백질 가수분해물의 농도 조절 등으로 얻을 수 있었다.
세포벽 분해 효소와 단백질 분해 효소를 이용하여 스피루리나 추출물을 효율적으로 생산할 수 있는 방법을 조사하였다. 특히 단백질 분해 효소의 처리 조건을 최적화하여 효율적인 스피루리나 추출물의 제조공정을 제시하였다. 세포벽 분해 효소인 Tunicase는 스피루리나의 중량 기준으로 2%를 사용하였고 2시간 동안 반응시켰다. 상업용 단백질 분해 효소로는 Alcalase를 사용하였다. 이때, Alcalase의 최적 사용량은 1%이었으며, 효소 반응 시간은 2시간이 적절하였다. Tunicase와 Alcalase의 처리 방법에서 Tunicase를 먼저 사용한 후 Alcalase를 사용하는 순차적으로 처리하는 것이 고형분 회수율과 spirulina extraction (SE) index를 최대로 증가시킬 수 있는 효과적인 방법이었다. 두 효소를 순차적으로 반응시키면 단순 열수 추출보다 고형분 회수율은 약 56%($45.2%\;{\rightarrow}\;70.7%$), SE index는 약 100%($11.4%\;{\rightarrow}\;22.8%$) 증가하였다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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