• 제목/요약/키워드: 산화질소생성

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홍삼 유래 성분들의 면역조절 효능

  • Jo, Jae-Yeol
    • Food preservation and processing industry
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    • v.8 no.2
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    • pp.6-12
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    • 2009
  • 면역반응은 외부 감염원으로부터 신체를 보호하고 외부감염원을 제거하고자 하는 주요항상성 유지기전의 하나이다. 이들 반응은 골수에서 생성되고 비장, 흉선 및 임파절 등에서 성숙되는 면역세포들에 의해 매개된다. 보통 태어나면서부터 얻어진 선천성 면역반응을 매개하는 대식세포, 수지상 세포 등과, 오랜기간 동안 감염된 다양한 면역원에 대한 경험을 토대로 얻어진 획득성 면역을 담당하는 T 임파구 등이 대표적인 면역세포로 알려져 있다. 다양한 면역질환이 최근 주요 사망률의 원인이 되고 있다. 최근, 암, 당뇨 및 뇌혈관질환 등이 생체에서 발생되는 급 만성염증에 의해 발생된다고 보고됨에 따라 면역세포 매개성 염증질환에 대한 치료제 개발을 서두르고 있다. 또한 암환자의 급격한 증가는 암발생의 주요 방어기전인 면역력 증강에 대한 요구들을 가중시키고 있다. 예로부터 사용되어 오던 고려인삼과 홍삼은 기를 보호하고 원기를 회복하는 명약으로 알려진 대표적인 우리나라 천연생약이다. 특별히, 홍삼은 단백질과 핵산의 합성을 촉진시키고, 조혈작용, 간기능 회복, 혈당강하, 운동수행 능력증대, 기억력 개선, 항피로작용 및 면역력 증대에 매우 효과가 좋은 것으로 보고되고 있다. 홍삼에 관한 많은 연구에 비해, 현재까지 홍삼이 면역력 증강에 미치는 효과에 대한 분자적 수준에서의 연구는 매우 미미한 것으로 확인되어져 있다. 홍삼의 투여는 NK 세포나 대식세포의 활성이 증가하고 항암제의 암세포 사멸을 증가시키는 것으로 확인되어졌다. 현재까지 알려진 주요 면역증강 성분은 산성다당류로 보고되었다. 또 한편으로 일부 진세노사이드류에서 항염증 효능이 확인되어졌으며, 이를 통해 피부염증 반응과 관절염에 대한 치료 효과가 있는 것으로 추측되고 있다 [본 연구는 KT&G 연구출연금 (2009-2010) 지원을 받아 이루어졌기에 이에 감사드린다]. 면역반응은 외부 감염물질의 침입으로 유도된 질병환경을 제거하고 수복하는 중요한 생체적 방어작용의 하나이다. 이들 과정은 체내로 유입된 미생물이나 미세화학물질들과 같은 독성물질을 소거하거나 파괴하는 것을 주요 역할로 한다. 외부로 부터 인체에 들어온 이물질에 대한 방어기전은 현재 두 가지 종류의 면역반응으로 구분해서 설명한다. 즉, 선천성 면역 반응 (innate immunity)과 후천성 면역 반응 (adaptive immunity)이 그것이다. 선천성 면역반응은 1) 피부나 점막의 표면과 같은 해부학적인 보호벽 구조와 2) 체온과 낮은 pH 및 chemical mediator (리소자임, collectin류) 등과 같은 생리적 방어구조, 3) phagocyte류 (대식세포, 수지상세포 및 호중구 등)에 의한 phagocytic/endocytic 방어, 그리고 4) 마지막으로 염증반응을 통한 감염에 저항하는 면역반응 등으로 구분된다. 후천성 면역반응은 획득성면역이라고도 불리고 특이성, 다양성, 기억 및 자기/비자기의 인식이라는 네 가지의 특징을 가지고 있으며, 외부 유입물질을 제거하는 반응에 따라 체액성 면역 반응 (humoral immune response)과 세포성 면역반응 (cell-mediated immune response)으로 구분된다. 체액성 면역은 침입한 항원의 구조 특이적으로 생성된 B cell 유래 항체와의 반응과 간이나 대식세포 등에서 합성되어 분비된 혈청내 보체 등에 의해 매개되는 반응으로 구성되어 있다. 세포성 면역반응은 T helper cell (CD4+), cytotoxic T cell (CD8+), B cell 및antigen presenting cell 중개를 통한 세포간 상호 작용에 의해 발생되는 면역반응이다. 선천성 면역반응의 하나인 염증은 우리 몸에서 가장 빈번히 발생되고 있는 방어작용의 하나이다. 예를 들면 감기에 걸렸을 경우, 환자의 편도선내 대식세포나 수지상세포류는 감염된 바이러스 단독 혹은 동시에 감염된 박테리아를 상대로 다양한 염증성 반응을 유도하게 된다. 또한, 상처가 생겼을 경우에도 감염원을 통해 유입된 병원성 세균과 주위조직내 선천성 면역담당 세포들 간의 면역학적 전투가 발생되게 된다. 이들 과정을 통해, 주위 세포나 조직이 손상되면, 즉각적으로 이들 면역세포들 (주로 phagocytes류)은 신속하게 손상을 극소화하고 더 나가서 손상된 부위를 원상으로 회복시키려는 일련의 염증반응을 유도하게 된다. 이들 반응은 우리가 흔히 알고 있는 발적 (redness), 부종 (swelling), 발열 (heat), 통증 (pain) 등의 증상으로 나타나게 된다. 즉, 손상된 부위 주변에 존재하는 모세혈관에 흐르는 혈류의 양이 증가하면서 혈관의 직경이 늘어나게 되고, 이로 인한 조직의 홍반과, 부어 오른 혈관에 의해 발열과 부종이 초래되는 것이다. 확장된 모세혈관의 투과성 증가는 체액과 세포들이 혈관에서 조직으로 이동하게 하는 원동력이 되고, 이를 통해 축적된 삼출물들은 단백질의 농도를 높여, 최종적으로 혈관에 존재하는 체액들이 조직으로 더 많이 이동되도록 유도하여 부종을 형성시킨다. 마지막으로 혈관 내 존재하는 면역세포들은 혈판 내벽에 점착되고 (margination), 혈관벽의 간극을 넓히는 역할을 하는 히스타민 (histamine)이나 일산화질소(nitric oxide : NO), 프로스타그린딘 (prostagladins : PGE2) 및 류코트리엔 (leukotriens) 등과 같은 chemical mediator의 도움으로 인해 혈관벽 사이로 삼출하게 되어 (extravasation), 손상된 부위로 이동하여 직접적인 외부 침입 물질의 파괴나 다른 면역세포들을 모으기 위한 cytokine (tumor necrosis factor [TNF]-$\alpha$, interleukin [IL]-1, IL-6 등) 혹은 chemokine (MIP-l, IL-8, MCP-l등)의 분비 등을 수행함으로써 염증반응을 매개하게 된다. 염증과정시 발생되는 여러 mediator 중 PGE2나 NO 및 TNF-$\alpha$ 등은 실험적 평가가 용이하여 이들 mediator 자체나 생성관련효소 (cyclooxygenase [COX] 및 nitric oxide synthase [NOS] 등)들은 현재항염증 치료제의 개발 연구시 주요 표적으로 연구되고 있다. 염증 반응은 지속기간에 따라 크게 급성염증과 만성염증으로 나뉘며, 삼출물의 종류에 따라서는 장액성, 섬유소성, 화농성 및 출혈성 염증 등으로 구분된다. 급성 염증 (acute inflammation)반응은 수일 내지 수주간 지속되는 일반적인 염증반응이라고 볼 수 있다. 국소반응은 기본징후인 발열과 발적, 부종, 통증 및 기능 상실이 특징적이며, 현미경적 소견으로는 혈관성 변화와 삼출물 형성이 주 작용이므로 일명 삼출성 염증이라고 한다. 만성 염증 (chronic inflammation)은, 급성 염증으로부터 이행되거나 만성으로 시작된다. 염증지속 기간은 보통 4주 이상 장기화 된다. 보통 염증의 경우에는 염증 생성 cytokine인 Th1 cytokine (IL-2, interferone [IFN]-$\gamma$ 및 TNF-$\alpha$ 등)의 생성 후, 거의 즉각적으로 항 염증성 cytokine인 Th2 cytokine(IL-4, IL-6, IL-10 및 transforming growth factor [TGF]-$\beta$ 등)이 생성되어 정상반응으로 회복된다. 그러나, 어떤 원인에서든 면역세포에 의한 염증원 제거 반응이 문제가 되면, 만성염증으로 진행된다. 이 반응에 주로 작용을 하는 염증세포로는 단핵구와 대식세포, 림프구, 형질세포 등이 있다. 암은 전세계적으로 사망률 1위의 원인이 되는 면역질환의 하나이다. 산화적 스트레스나 자외선 조사 혹은 암유발 물질들에 의해 염색체내 protooncogene, tumor-suppressor gene 혹은 DNA repairing gene의 일부 DNA의 돌연변이 혹은 결손 등이 발행되면 정상세포는 암화과정을 시작하게 된다. 양성세포 수준에서 약 5에서 10여년 후 악성수준의 암세포가 생성되게 되면 이들 세포는 새로운 환경을 찾아 전이하게 되는데 이를 통해 암환자들은 다양한 장기에 동인 오리진의 암세포들이 생성한 종양들을 가지게 된다. 이들 종양세포는 정상 장기의 기능을 손상시켜며 결국 생명을 잃게 만든다. 이들 염색체 수준에서의 돌연변이 유래 암세포는 거의 대부분이 체내 면역시스템에 의해 사멸되는 것으로 알려져 있다. 그러나 계속되는 스트레스나 암유발 물질의 노출은 체내 면역체계를 파괴하면서 최후의 방어선을 무너뜨리면서 암발생에 무방비 상태를 만들게 된다. 이런 이유로 체내 면역시스템의 정상적 가동 및 증강을 유도하게 하는 전략이 암예방시 매우 중요한 표적으로 인식되면서 다양한 형태의 면역증강 물질 개발을 시도하고 있다. 인삼은 두릅나무과의 여러해살이 풀로써, 오랜동안 한방 및 민간에서 원기를 회복시키고, 각종 질병을 치료할 수단으로 사용되고 있는 대표적인 전통생약이다. 예로부터 불로(不老), 장생(長生), 익기(益氣), 경신(經身)의 명약으로 구전되어졌는데, 이는 약 2천년 전 중국의 신농본초경(神農本草經)에서 "인삼은 오장(五腸)을 보하고, 정신을 안정시키고, 혼백을 고정하며 경계를 멈추게 하고, 외부로부터 침입하는 병사를 제거하여주며, 눈을 밝게 하고 마음을 열어 더욱 지혜롭게 하고 오랫동안 복용하면 몸이 가벼워지고 장수한다" 라고 기술되어있는 데에서 유래한 것이다. 다양한 연구를 통해 우리나라에서 생산되는 고려인삼 (Panax ginseng)이 효능 면에서 가장 탁월한 것으로 알려져 있으며 특별이 고려인삼으로부터 제조된 고려홍삼은 전세계적으로도 그 효능이 우수한 것으로 보고되어 있다. 대부분의 홍삼 약효는 dammarane계열의 triterpenoid인 ginsenosides라고 불리는 인삼 saponin에 의해 기인된 것으로 알려져 있다. 이들 화합물군의 기본 골격에 따라, protopanaxadiol (PD)계 (22종) 및 protopanaxatriol (PT)계 (10종)으로 구분되고 있다 (표 1). 실험적 접근을 통해 인삼의 약리작용 이해를 위한 다양한 노력들이 경주되고 있으나, 여전히 많은 부분에서 충분히 이해되고 있지 않다. 그러나, 현재까지 연구된 인삼의 약리작용 관련 연구들은 심혈관, 당뇨, 항암 및 항스트레스 등과 같은 분야에서 인삼효능이 우수한 것으로 보고하고 있다. 그러나 면역조절 및 염증현상과 관련된 최근 연구결과들은 많지 않으나, 향후 다양하게 연구될 효능부분으로 인식되고 있다.

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A Case Study on the Effective Liquid Manure Treatment System in Pig Farms (양돈농가의 돈분뇨 액비화 처리 우수사례 실태조사)

  • Kim, Soo-Ryang;Jeon, Sang-Joon;Hong, In-Gi;Kim, Dong-Kyun;Lee, Myung-Gyu
    • Journal of Animal Environmental Science
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    • v.18 no.2
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    • pp.99-110
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    • 2012
  • The purpose of the study is to collect basis data for to establish standard administrative processes of liquid fertilizer treatment. From this survey we could make out the key point of each step through a case of effective liquid manure treatment system in pig house. It is divided into six step; 1. piggery slurry management step, 2. Solid-liquid separation step, 3. liquid fertilizer treatment (aeration) step, 4. liquid fertilizer treatment (microorganism, recirculation and internal return) step, 5. liquid fertilizer treatment (completion) step, 6. land application step. From now on, standardization process of liquid manure treatment technologies need to be develop based on the six steps process.

The Effect of SO2 and H2O on the NO Reduction of V2O5-WO3/TiO2/SiC Catalytic Filter (V2O5-WO3/TiO2/SiC 촉매필터의 NO 환원에 SO2와 H2O가 미치는 영향)

  • Ha, Ji-Won;Choi, Joo-Hong
    • Korean Chemical Engineering Research
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    • v.52 no.5
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    • pp.688-693
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    • 2014
  • For investigating NO reduction activity of an catalytic filter, the catalytic performance was measured under the presence of $SO_2$ and $H_2O$, respectively or simultaneously in the simulation gas composed of NO, $NH_3$, and air. The catalytic filter was prepared by coating $V_2O_5-WO_3/TiO_2$ catalyst on the pore surface of SiC filter element of which the superior performance for the particulate removal was well known. At the temperature below $260^{\circ}C$, the catalytic activities were enormously decreased under the presence of $SO_2$ and $H_2O$, respectively or simultaneously, compared with those under the cases of the absence of $SO_2$ and $H_2O$. However, the presence of $SO_2$ promoted the performance of the catalytic filter above $320^{\circ}C$ with showing the NO conversion better than 99.8% for the NO inlet concentration of 500 ppm and at the face velocity of 2 cm/s. In particular, the presence of water showed high NO conversion higher than 99% up to high temperature of $380^{\circ}C$. This effect of water was explained by the reason that it retarded the ammonia oxidation which is the main step into the formation of $N_2O$. The initial NO reduction activity of the catalytic filter maintained for the duration of 100 hours in the presence of $SO_2$ and $H_2O$. Therefore, it was concluded that the catalytic filter was promisingly useful for the industrial NOx reduction catalyst in order to treat the particulate and NO simultaneously.

Anti-inflammatory Activity of Antimicrobial Peptide Zophobacin 1 Derived from the Zophobas atratus (아메리카왕거저리 유래 항균 펩타이드 조포바신 1의 항염증활성)

  • Shin, Yong Pyo;Lee, Joon Ha;Kim, In-Woo;Seo, Minchul;Kim, Mi-Ae;Lee, Hwa Jeong;Baek, Minhee;Kim, Seong Hyun;Hwang, Jae Sam
    • Journal of Life Science
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    • v.30 no.9
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    • pp.804-812
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    • 2020
  • The giant mealworm beetle, Zophobas atratus (Coleoptera: Tenebrionidae) has been used as a protein source for small pets and mammals. Recently, it was temporarily registered in the list of the Food Code. We previously performed an in silico analysis of the Zophobas atratus transcriptome to identify putative antimicrobial peptides and identified several antimicrobial peptide candidates. Among them, we assessed the antimicrobial and anti-inflammatory activities of zophobacin 1 that was selected bio-informatically based on its physicochemical properties against microorganisms and mouse macrophage Raw264.7 cells. Zophobacin 1 showed antimicrobial activities against microorganisms without inducing hemolysis and decreased the nitric oxide production of the lipopolysaccharide-induced Raw264.7 cells. Moreover, ELISA and Western blot analysis revealed that zophobacin 1 reduced expression levels of pro-inflammatory enzymes such as inducible nitric oxide synthase (iNOS) and cyclooxygenase-2 (COX-2). We also investigated expression of pro-inflammatory cytokines (interleukin-6 and interleukin-1β) production through quantitative real time-PCR and ELISA. Zophobacin 1 markedly reduced the expression level of cytokines through the regulation of mitogen-activated protein kinases (MAPKs) and nuclear factor kappa B (NF-κB) signaling. We confirmed that zophobacin 1 bound to bacterial cell membranes via a specific interaction with lipopolysaccharides. These data suggest that zophobacin 1 could be promising molecules for development as antimicrobial and anti-inflammatory therapeutic agents.

Biological Activity of Oenothera Biennis Seed Extracts (달맞이꽃 종자 추출물의 생리활성)

  • Cho, Hyun-Dong;Kim, Du-Hyun;Kim, Min-Geun;Lee, Yong-Suk;Seo, Kwon-Il
    • Journal of Life Science
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    • v.28 no.9
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    • pp.1048-1055
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    • 2018
  • In the current study, comparisons of Oenothera Biennis seed extracts with water, ethanol, methanol, and 70% ethanol in their total polyphenolics contents, anti-oxidant, anti-neurotoxicity, anti-cancer, and immune-modulatory activities were investigated. Compared with other extracts, those concentrations of total phenolics and flavonoids were the highest in MeOH extract (31.90 mg GAE/g and 20.66 mg QE/g). The radical scavenging and reducing power activities were dose-dependently increased by treatment of O. Biennis seed water, EtOH, MeOH, and 70% EtOH extracts. Furthermore, pretreatment of water, EtOH, and MeOH extracts significantly reduced glutamate-induced cytotoxicity in HT22 hipocampal neuron cells. In the case of cancer cells, MeOH extracts showed lower $IC_{50}$ values in HepG2 ($74.21{\mu}g/ml$), A549 ($188.24{\mu}g/ml$), MCF-7 ($186.42{\mu}g/ml$), and B16 ($101.80{\mu}g/ml$) than other extracts, where those water ($101.96{\mu}g/ml$) and EtOH ($788.39{\mu}g/ml$) extracts showed the lowest $IC_{50}$ activity in HT-29 and PC-3 cells, respectively. O. Biennis seed extracts did not show any cytotoxicity in RAW 264.7 macrophages at the concentration of $1-10{\mu}g/ml$, whereas 70% EtOH extract dose-dependently enhanced nitric oxide (NO) production in RAW 264.7 cells. Overall, we evaluated that various bioactive potentials of O. Biennis seed extracts which would relate with phenolic compounds abundance, thus these can be useful to future developments as functional food ingredients and natural medicines.

Pharmacological Activities of Coffee Roasted from Fermented Green Coffee Beans with Fungal Mycelia in Solid-state Culture (진균류 균사체의 고체발효 커피생두로부터 조제한 원두커피의 생리활성)

  • Shin, Ji-Young;Kim, Hoon;Kim, Dong-Gu;Baek, Gil-Hun;Jeong, Heon-Sang;Yu, Kwang-Won
    • Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition
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    • v.42 no.3
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    • pp.487-496
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    • 2013
  • Green coffee beans (CB, Indonesian Mandheling) were fermented with three kinds of mushrooms (Phellinus linteus, PL; Hericium erinaceum, HE; Ganoderma lucidum, GL) or two kinds of mycelia from molds (Monascus purpureus, MP; Monascus ruber, MR) using solid-state culture to enhance physiological activity. After the roasting of fermented green coffee beans, roasted coffees were extracted with a hot-water decoction or 95% ethanol reflux. Yields from hot water extracts (HW, 17.7~25.3%) were higher than those from ethanolic extracts (EE, 9.5~12.2%). Hot-water extracts of roasted coffees from green coffee beans fermented with two molds (MP-CB-HW and MR-CB-HW) showed higher total polyphenols, flavonoids, and DPPH free radical scavenging activity than roasted coffees from non-fermented (CB-HW) or fermented green coffee beans with the three mycelia from mushrooms. MR-CB-HW also had the most potent macrophage stimulating and mitogenic activity (1.32 and 1.40-fold of CB-HW, respectively). In addition, MP-CB-EE and MR-CB-EE did not show any cytotoxicity to the RAW 264.7 cell at a concentration of $100{\mu}g/mL$, and these extracts significantly inhibited nitric oxide (NO) production from the LPS-stimulated RAW 264.7 cell line (38.6 and 37.0% of the LPS-treated group). Meanwhile, the chlorogenic acid concentrations of MP-CB-HW or MR-CB-HW highly increased (to 76.21 or $76.73{\mu}g/mL$, respectively), but caffeine concentrations were not affected by solid-state fermentation. In conclusion, the physiological activities of roasted coffees were enhanced by the solid-state culture of green coffee beans with M. purpureus or M. ruber, suggesting that these roasted coffees could possibly serve industrial applications as functional coffee beverages.

Analysis of antibacterial, anti-inflammatory, and skin-whitening effect of Centella asiatica (L.) Urban (병풀의 추출용매에 따른 항균, 항염증 활성 및 피부 미백효능 등의 분석)

  • Goo, Young-Min;Kil, Young Sook;Sin, Seung Mi;Lee, Dong Yeol;Jeong, Won Min;Ko, Keunhee;Yang, Ki jeung;Kim, Yun-Hee;Lee, Shin-Woo
    • Journal of Plant Biotechnology
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    • v.45 no.2
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    • pp.117-124
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    • 2018
  • The imports of Centella asiatica L. Urban are increasing year-by-year due to the fact that its extract is a raw material used for skin wounds and in cosmetics. However, studies on the cultivation and identification of native C. asiatica species in Korea have been extremely rare. Therefore, this study was conducted in order to investigate the physiological and functional activity of Korean native C. asiatica plant cultivated in Hapcheon, Gyeongsangnam-do, Korea. As a result, the highest antibacterial and anti-inflammatory activities were examined with methanol extract while skin-whitening and wrinkle improvement were examined with water extract. Seven bacterium and one fungus were treated with 50% methanol extracts of C. asiatica and most of the bacterium showed similar or low levels of antibacterial activity compared to the control group of Omiza (Schisandra chinensis) extract, except for Streptococcus pyogenes, which showed higher antimicrobial activity than that of Omiza extract. However, neither C. asiatica and Omiza extracts showed antimicrobial activity against the fungus, C. albicans. The results of anti-inflammatory effect analyses with Raw 264.7 cells confirmed that the treatment of methanol extract reduced the level of NO by 50% or more compared to the control group. In addition, the water extract showed the highest reduction of melanin content of up to 20% more than the control group when examined with B16F10 cell line, indicating a significant skin-whitening effect. Furthermore, we were able to show the significant skin wrinkle improvement caused by C. asiatica extract with NHDF cell as an indicator, but strong cytotoxicity was also observed, suggesting that further studies are necessary.

Determination of Microquantities of Ammonia by Enzymatic Analysis (효소분석법에 의한 미량암모니아의 정량)

  • 성하진;양한철
    • Microbiology and Biotechnology Letters
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    • v.14 no.6
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    • pp.495-500
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    • 1986
  • Enzymatic micro-assay methods were studied those were capable of determining ammonia down to 10$^{-5}$M(0.01 $\mu$mole/ml) in the presence of other nitrogenous compounds such as protein and amino acid. Microquantities of ammonia (0.01-0.1 $\mu$mole) could be determined indirectly by measuring phosphorous, one of the products of the enzymatic reaction catalyzed by glutamine synthetase. In this reaction, L-glutamate, ATP and ammonium chloride were used as substrates, and phosphorous was formed in propotion to the concentration of ammonium chloride In the reaction mixture. Another procedure was examined in which glutamine synthetase reaction coupled with pyruvate kinase and lactate dehydrogenase reactions was used. One mililiter of the assay mixture contained; phosphoenol pyruvate, 3 mM, L-glutamate, 10 mM; ATP, 1mM: MgSO$_4$, 20 mM: KCl, 75mM: NADH, 0.2mM: Tris-HCl buffer(pH 7.0), 100mM; pyruvate kinase, 10 U: lactate dehydrogenase, 12 U and glutamine synthetase, 4 U. After preincubation for 20 min at 3$0^{\circ}C$, NH$_4$Cl was added and the rates of NADH oxidation were followed at 340nm. The effective range of this method was proved to be from 0.01 to 0.05 $\mu$mole/$m{\ell}$. Glutamine synthetase reaction coupled with glutamate synthase reaction could also be effectively used for determining microquantities of ammonia. The one mililiter assay mixture contained; ATP, 5mM: L-glutamate, 5mM; L-ketoglutarate, 5mM; MgCl$_2$, 15mM; NADPH, 0.15mM; Tris-HCl buffer(pH 7.0); 100mM; glutamine synthetase, 1U and glutamate synthase, 0.5U. After preincubation for 20min at 3$0^{\circ}C$ NH$_4$Cl was added and the rates of NADPH oxidation were followed at 340nm. The effective range of this procedure was appeared to be from 0.01 to 0.05$\mu$mole/$m{\ell}$.

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Anti-inflammatory Activity of Antimicrobial Peptide Papiliocin 3 Derived from the Swallowtail Butterfly, Papilio xuthus (호랑나비 유래 항균 펩타이드 파필리오신 3의 항염증 활성)

  • Shin, Yong Pyo;Lee, Joon Ha;Kim, In-Woo;Seo, Minchul;Kim, Mi-Ae;Lee, Hwa Jeong;Baek, Minhee;Kim, Seong Hyun;Hwang, Jae Sam
    • Journal of Life Science
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    • v.30 no.10
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    • pp.886-895
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    • 2020
  • The development of novel peptide antibiotics with potent antimicrobial activity and anti-inflammatory activity is urgently needed. In a previous work, we performed an in-silico analysis of the Papilio xuthus transcriptome to identify putative antimicrobial peptides and identified several candidates. In this study, we investigated the antibacterial and anti-inflammatory activities of papiliocin 3, which was selected bioinformatically based on its physicochemical properties against bacteria and mouse macrophage Raw264.7 cells. Papiliocin 3 showed antibacterial activities against E. coli and S. aureus without inducing hemolysis and decreased the nitric oxide production of the lipopolysaccharide-induced Raw264.7 cells. Moreover, ELISA and Western blot analysis revealed that papiliocin 3 reduced the expression levels of pro-inflammatory enzymes, such as inducible nitric oxide synthase (iNOS), cyclooxygenase-2 (COX-2), and prostaglandin E2 (PGE2). In addition, we examined whether papiliocin 3 could inhibit the expression of pro-inflammatory cytokines (interleukin-6 and interleukin-1β) in LPS-induced Raw264.7 cells. We found that papiliocin 3 markedly reduced the expression level of cytokines through the regulation of mitogen-activated protein kinases (MAPK) and nuclear factor kappa B (NF-κB) signaling. We also confirmed that papiliocin 3 binds to bacterial cell membranes via a specific interaction with lipopolysaccharides. Collectively, these findings suggest that papiliocin 3 could be a promising molecule for development as a novel peptide antibiotic.

Fertilizer and Organic Inputs Effects on CO2 and CH4 Emission from a Soil under Changing Water Regimes (토양 수분 변동 조건에서 시비 및 유기물 투입에 따른 CO2와 CH4 방출 특성)

  • Lim, Sang-Sun;Choi, Woo-Jung;Kim, Han-Yong
    • Korean Journal of Environmental Agriculture
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    • v.31 no.2
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    • pp.104-112
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    • 2012
  • BACKGROUND: Agricultural inputs (fertilizer and organic inputs) and water conditions can influence $CH_4$ and $CO_2$ emission from agricultural soils. This study was conducted to investigate the effects of agricultural inputs (fertilizer and organic inputs) under changing water regime on $CH_4$ and $CO_2$ emission from a soil in a laboratory incubation experiment. METHODS AND RESULTS: Four treatments were laid out: control without input and three type of agricultural inputs ($(NH_4)_2SO_4$, AS; pig manure compost, PMC; hairy vetch, HV). Fertilizer and organic inputs were mixed with 25 g of soil at 2.75 mg N/25 g soil (equivalent to 110 kg N/ha) in a bottle with septum, and incubated for 60 days. During the first 30-days incubation, the soil was waterlogged (1 cm of water depth) by adding distilled water weekly, and on 30 days of incubation, excess water was discarded then incubated up to 60 days without addition of water. Based on the redox potential, water regime could be classified into wetting (1 to 30 days), transition (31 to 40 days), and drying periods (41 to 60 days). Across the entire period, $CH_4$ and $CO_2$ flux ranged from 0 to 13.8 mg $CH_4$/m/day and from 0.4~1.9 g $CO_2$/m/day, and both were relatively higher in the early wetting period and the boundary between transition and drying periods. During the entire period, % loss of C relative to the initial was highest in HV (16.4%) followed by AS (8.1%), PMC (7.5%), and control (5.4%), indicating readily decomposability of HV. Accordingly, both $CH_4$ and $CO_2$ fluxes were greatest in HV treatment. Meanwhile, the lower $CH_4$ flux in AS and PMC treatments than the control was ascribed to reduction in $CH_4$ generation due to the presence of oxidized compounds such as ${SO_4}^{2-}$, $Fe^{3+}$, $Mn^{4+}$, and ${NO_3}^-$ that compete with precursors of $CH_4$ for electrons. CONCLUSION: Green manure such as HV can replace synthetic fertilizer in terms of N input, however, it may increase $CH_4$ emission from soils. Therefore, co-application of green manure and livestock manure compost needs to be considered in order to achieve satisfactory N supply and to mitigate $CH_4$ and $CO_2$ emission.