가수분해 효소(혹은 아실전이효소)를 이용한 알콜과 아민의 아실반응은 에스터의 가수분해 반응(hydrolysis, deacylation)과 더불어 효소를 이용한 유기합성 반응에서 이미 잘 확립된 기술로서, 산업체에서 제약의 합성이나 고분자의 합성에서 널리 응용되고 있다. 이러한 효소를 이용한 아실화 반응은 주로 열역학적인 제한으로 인해 그동안 대부분이 주로 유기용매에서 이루어지고 있다. 최근 들어서, 수용액에서 아실화반응을 전이효소를 이용하여 효율적으로 할 수 있다는 보고와 함께 그 반응 기제에 대한 연구들이, X-ray 구조와 이러한 반응을 가능하게 하는 효소의 단백질 서열 비교 연구, 그리고 계산 화학에 의한 효소의 설계 연구등을 통해 새롭게 밝혀지고 있다. 본 총설에서는 효소를 이용한 아실화반응을 유기용매와 수용액에서의 수행함에 있어서 장단점을 비교해 보면서, 앞으로의 전망도 함께 제시하고자 한다. 특별히 다양한 천연물들의 구조 변화에 아실화 반응 생체촉매를 사용할 수 있는 가능성에 대해 살펴볼 것이다.
본 연구는 퀴놀론 중간체 합성을 위한 모델 연구로서 3,4-디클로로아세토페논의 C-, O-아실화의 경쟁반응에 대해 조사하였다. 3,4-디클로로아세토페논의 C-, O-아실화 비율에 대한 염기, 용매, 아실화물의 이탈기 효과에 대해 논하였으며, 이 때 아실화물로는 클로로포름산에틸, 에틸페닐탄산, 그리고 디에틸탄산을 사용하였다. 비극성 용매에서, 사용된 염기의 금속이온 크기가 작으면 작을수록 C-아실화 반응이 지배적으로 일어났다. 이탈기 영향에 있어서는 아실화물의 이탈기 능력이 감소할수록 C-아실화 생성물이 증가함을 볼 수 있었다. 또한 용매의 극성이 감소할수록 C/O-아실화 비율이 증가함을 관찰하였다.
2염기성 산의 모노메틸에스테르류와 에틸렌디아민을 반응시켜 얻은 아미도아민 유도체류를 고급지방산 염화물로 아실화하여 N-아실 아미도에틸 N-아미도카르복시산 유도체 9종을 합성하였다. 카르복시기와 디아미드기 그리고 소수성의 긴 알칼사슬을 갖는 모든 반응생성물들은 얇은 막 크로마토그래피와 컬럼크로마토그래피로 분리 ${\cdot}$ 정제하였다. 합성 수율은 $74{\sim}87%$였으며 그들의 구조를 FT-IR, $^1H-NMR$, 그리고 원소 분석으로 확인하였다.
천연 고분자인 키토산의 1차 아민기를 아질산 나트륨에 의해 oxidative-deamination 반응을 일으켜 reducing end에 알데히드기를 갖는 키토산 올리고머를 얻었으며, 이를 수소화붕소산나트륨으로 환원하여 2,5-anhydro-D-mannitol로 전환하였다. 얻어진 피토산 올리고머의 평균 중합도는 겔 투과 크로마토그래피를 통해 2정도임을 알 수 있었고, 키토산에 비해 친유성 유기 용매에 대한 높은 용해성을 나타내었다. 키토산 올리고머에 아실클로라이드를 4-디메틸아미노피리딘 촉매하에서 반응시켜 N,N-디아실, O-아실 키토산 올리고머를 합성하였다. 시차주사열량 분석을 실시한 결과 N,N-디라우로일, O-라우로일 키토산 올리고머의 경우 액정 영역을 나타내었고, 편광현미경을 통해 이를 확인할 수 있었다. X-선 회절분석 실험결과 키토산 올리고머와 달리 N,N-디라우로일, O-라우로일 키토산 올리고머는 높은 결정성 구조를 나타냄을 알 수 있었다.
피마자박 단백질을 사료 또는 식품화 하기 위하여 탈지 피마자박으로부터 독성분이 완전하게 제거된 단백질을 만들었다. 이 피마자 단백질의 용해도는 ${\varepsilon}$-아미노기의 숙시닐화 및 아세틸화로 $pH\;7{\sim}8$에서 현저하게 증가하였다. 아미노산 분석결과, 황-함유 아미노산과 L-리신이 제한 아미노산이었고, 아실화 과정은 아미노산 함량에 약간의 손실을 주었다. 파파인을 이용한 1 단계법 plastein 반응으로 피마자 단백질 또는 아실화 피마자 단백질과 DL-메티오닌 에틸 에스테르로부터 L-메티오닌 강화 피마자 단백질을 합성하였고, 이 방법으로 L-메티오닌 도입율은 50%였다. 피마자 단백질 및 수식된 피마자 단백질의 펩신에 의한 소화율은 모두 92% 정도였으나, 트립신에 의한 소화율은 숙시닐화 및 아세틸화 단백질이 현저하게 떨어져서 각각 42% 및 26%였다. 피마자 단백질의 단백질 효율은 L-메티오닌 강화로 카제인의 단백질 효율의 90%까지 향상되었으나, 피마자 단백질을 숙시닐화 및 아세틸화 하면 단백질 효율은 감소되어, 각각 카제인의 55% 및 69%였다.
합성된 hexanoylthiocholine을 기질로 하여 butyrylcholinesterase와의 반응을 연구하였다. 기질의 농도 변화에 따른 초기반응속도 관찰을 통해 아실기의 탄소수가 증가함에 따라 반응성은 감소하나 $K_{m}$ 값은 0.140(mM)으로 더 강한 ES 복합체를 형성함을 알 수 있었다. Hexanoylthio-choline의 촉매화된 acetylcholinesterase 가수분해에 대한 pH-V/K profile에서 p $K_{a}$ 값 4.974$\pm$0.02을 얻었다. 이는 최근 문헌의 보고와 상통하는 것으로 p $K_{a}$ =6.2~6.4를 갖는 잔류물의 기본형에 활성이 의존하는 것으로부터 하나의 잔류물 또는 p $K_{a}$ =4.7~5.0을 갖는 잔류물들의 촉매작용으로 계통적인 자리밀림을 보여준다. 이는 촉매화된 BChE의 활성영역 esteratic site 주변에 긴 사슬 아실기의 가수분해에 관여하는 새로운 활성영역이 존재함을 밝히는 증거이다. 분자 조형은 기질의 아실기의 탄소수에 따라 acetylcholinesterase에 의해 표현되어지는 반응과정의 변화의 합리성을 제공한다. 본 연구에서는 한국과학기술원 도핑컨트롤센터와 연계하여 acetylcholinesterase와 기질인 acylthiocholine과의 입체적으로 둘러싸인 acyl-binding site를 분자 조형하고자 노력 중에 있다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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