• 제목/요약/키워드: 1,2-Ketone

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Sesquiterpenoids Bioconversion Analysis by Wood Rot Fungi

  • Lee, Su-Yeon;Ryu, Sun-Hwa;Choi, In-Gyu;Kim, Myungkil
    • 한국균학회소식:학술대회논문집
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    • 한국균학회 2016년도 춘계학술대회 및 임시총회
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    • pp.19-20
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    • 2016
  • Sesquiterpenoids are defined as $C_{15}$ compounds derived from farnesyl pyrophosphate (FPP), and their complex structures are found in the tissue of many diverse plants (Degenhardt et al. 2009). FPP's long chain length and additional double bond enables its conversion to a huge range of mono-, di-, and tri-cyclic structures. A number of cyclic sesquiterpenes with alcohol, aldehyde, and ketone derivatives have key biological and medicinal properties (Fraga 1999). Fungi, such as the wood-rotting Polyporus brumalis, are excellent sources of pharmaceutically interesting natural products such as sesquiterpenoids. In this study, we investigated the biosynthesis of P. brumalis sesquiterpenoids on modified medium. Fungal suspensions of 11 white rot species were inoculated in modified medium containing $C_6H_{12}O_6$, $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ for 20 days. Cultivation was stopped by solvent extraction via separation of the mycelium. The metabolites were identified as follows: propionic acid (1), mevalonic acid lactone (2), ${\beta}$-eudesmane (3), and ${\beta}$-eudesmol (4), respectively (Figure 1). The main peaks of ${\beta}$-eudesmane and ${\beta}$-eudesmol, which were indicative of sesquiterpene structures, were consistently detected for 5, 7, 12, and 15 days These results demonstrated the existence of terpene metabolism in the mycelium of P. brumalis. Polyporus spp. are known to generate flavor components such as methyl 2,4-dihydroxy-3,6-dimethyl benzoate; 2-hydroxy-4-methoxy-6-methyl benzoic acid; 3-hydroxy-5-methyl phenol; and 3-methoxy-2,5-dimethyl phenol in submerged cultures (Hoffmann and Esser 1978). Drimanes of sesquiterpenes were reported as metabolites from P. arcularius and shown to exhibit antimicrobial activity against Gram-positive bacteria such as Staphylococcus aureus (Fleck et al. 1996). The main metabolites of P. brumalis, ${\beta}$-Eudesmol and ${\beta}$-eudesmane, were categorized as eudesmane-type sesquiterpene structures. The eudesmane skeleton could be biosynthesized from FPP-derived IPP, and approximately 1,000 structures have been identified in plants as essential oils. The biosynthesis of eudesmol from P. brumalis may thus be an important tool for the production of useful natural compounds as presumed from its identified potent bioactivity in plants. Essential oils comprising eudesmane-type sesquiterpenoids have been previously and extensively researched (Wu et al. 2006). ${\beta}$-Eudesmol is a well-known and important eudesmane alcohol with an anticholinergic effect in the vascular endothelium (Tsuneki et al. 2005). Additionally, recent studies demonstrated that ${\beta}$-eudesmol acts as a channel blocker for nicotinic acetylcholine receptors at the neuromuscular junction, and it can inhibit angiogenesis in vitro and in vivo by blocking the mitogen-activated protein kinase (MAPK) signaling pathway (Seo et al. 2011). Variation of nutrients was conducted to determine an optimum condition for the biosynthesis of sesquiterpenes by P. brumalis. Genes encoding terpene synthases, which are crucial to the terpene synthesis pathway, generally respond to environmental factors such as pH, temperature, and available nutrients (Hoffmeister and Keller 2007, Yu and Keller 2005). Calvo et al. described the effect of major nutrients, carbon and nitrogen, on the synthesis of secondary metabolites (Calvo et al. 2002). P. brumalis did not prefer to synthesize sesquiterpenes under all growth conditions. Results of differences in metabolites observed in P. brumalis grown in PDB and modified medium highlighted the potential effect inorganic sources such as $C_4H_{12}N_2O_6$, $KH_2PO_4$, $MgSO_4$, and $CaCl_2$ on sesquiterpene synthesis. ${\beta}$-eudesmol was apparent during cultivation except for when P. brumalis was grown on $MgSO_4$-free medium. These results demonstrated that $MgSO_4$ can specifically control the biosynthesis of ${\beta}$-eudesmol. Magnesium has been reported as a cofactor that binds to sesquiterpene synthase (Agger et al. 2008). Specifically, the $Mg^{2+}$ ions bind to two conserved metal-binding motifs. These metal ions complex to the substrate pyrophosphate, thereby promoting the ionization of the leaving groups of FPP and resulting in the generation of a highly reactive allylic cation. Effect of magnesium source on the sesquiterpene biosynthesis was also identified via analysis of the concentration of total carbohydrates. Our current study offered further insight that fungal sesquiterpene biosynthesis can be controlled by nutrients. To profile the metabolites of P. brumalis, the cultures were extracted based on the growth curve. Despite metabolites produced during mycelia growth, there was difficulty in detecting significant changes in metabolite production, especially those at low concentrations. These compounds may be of interest in understanding their synthetic mechanisms in P. brumalis. The synthesis of terpene compounds began during the growth phase at day 9. Sesquiterpene synthesis occurred after growth was complete. At day 9, drimenol, farnesol, and mevalonic lactone (or mevalonic acid lactone) were identified. Mevalonic acid lactone is the precursor of the mevalonic pathway, and particularly, it is a precursor for a number of biologically important lipids, including cholesterol hormones (Buckley et al. 2002). Farnesol is the precursor of sesquiterpenoids. Drimenol compounds, bi-cyclic-sesquiterpene alcohols, can be synthesized from trans-trans farnesol via cyclization and rearrangement (Polovinka et al. 1994). They have also been identified in the basidiomycota Lentinus lepideus as secondary metabolites. After 12 days in the growth phase, ${\beta}$-elemene caryophyllene, ${\delta}$-cadiene, and eudesmane were detected with ${\beta}$-eudesmol. The data showed the synthesis of sesquiterpene hydrocarbons with bi-cyclic structures. These compounds can be synthesized from FPP by cyclization. Cyclic terpenoids are synthesized through the formation of a carbon skeleton from linear precursors by terpene cyclase, which is followed by chemical modification by oxidation, reduction, methylation, etc. Sesquiterpene cyclase is a key branch-point enzyme that catalyzes the complex intermolecular cyclization of the linear prenyl diphosphate into cyclic hydrocarbons (Toyomasu et al. 2007). After 20 days in stationary phase, the oxygenated structures eudesmol, elemol, and caryophyllene oxide were detected. Thus, after growth, sesquiterpenes were identified. Per these results, we showed that terpene metabolism in wood-rotting fungi occurs in the stationary phase. We also showed that such metabolism can be controlled by magnesium supplementation in the growth medium. In conclusion, we identified P. brumalis as a wood-rotting fungus that can produce sesquiterpenes. To mechanistically understand eudesmane-type sesquiterpene biosynthesis in P. brumalis, further research into the genes regulating the dynamics of such biosynthesis is warranted.

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HPLC-UVD를 이용한 농산물 중 살균제 pyriofenone 분석법 확립 (Development of an Analytical Method for the Determination of Pyriofenone residue in Agricultural Products using HPLC-UVD)

  • 박혜진;김희정;도정아;권지은;윤지영;이지영;장문익;이규식
    • 농약과학회지
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    • 제18권2호
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    • pp.79-87
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    • 2014
  • 피리오페논은 아릴페닐케톤계 농약으로, 식물 병원성 곰팡이의 부착 및 침투를 억제하여 방제 효과를 나타내는 살균제이다. 미국에서는 2012년에 피리오페논을 사용등록 하였으며, 우리나라에서는 2013년에 참외와 고추에 대해 잔류허용기준 설정을 추진하고 있다. 이에 따라, 본 연구에서는 식품 중 피리오페논의 안전관리를 위한 시험법을 개발하고자 하였다. 피리오페논은 분자량(365.8)이 크고 증기압이 $1.9{\times}10^{-6}Pa$ ($25^{\circ}C$)로 휘발성이 낮은 편으로, 질소, 산소원자의 비공유전자쌍과 이중결합이 UVD에 높은 감도를 보여 HPLC-UVD를 분석기기로 선택하였다. 추출용매는 물질의 용해도와 추출효율을 고려하여 acetonitrile로 선정하였으며, 피리오페논이 옥탄올/물 분배계수(logPow, $25^{\circ}C$)가 3.2인 비극성 물질이므로 증류수, 포화식염수와 dichloromethane을 사용하여 극성 불순물을 제거하도록 액-액 분배하였다. 분배 추출액을 silica 카트리지를 이용하여 정제하는데, hexane으로 세척한 후 hexane/acetone(90/10, v/v)로 용출하면 간섭 물질로부터 피리오페논을 효과적으로 정제할 수 있었다. 본 연구에서 확립한 시험법을 통한 대표작물에 대한 회수율은 72.8~99.5%이었고 분석오차는 10% 미만으로 코덱스 가이드라인((CAC/GL 40)에 적합하였다. LC-MS로 재확인 시험을 하여 시험법의 신뢰성과 선택성을 확보하였다. 본 연구에서 개발한 시험법은 식품 중 피리오페논의 안전관리를 위한 시험법으로 활용될 것이다.

한방사료 첨가제인 어보산의 효과 I. 넙치의 생존율, 성장, 사료효율 및 비만도에 미치는 영향 (Utilization of Obosan (Dietary Herbs) I. Effects on Survival, Growth, Feed Conversion Ratio and Condition Factor in Olive Flounder, Paralichthys olivaceus)

  • 김동수;김종현;정창화;이상윤;이상민;문영봉
    • 한국양식학회지
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    • 제11권2호
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    • pp.213-221
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    • 1998
  • 한방사료 첨가제인 어보산이 첨가농도별(0, 0.15, 0.3 및 0.6%) 넙치의 생존율 성장, 사료 계수 및 비만도에 미치는 효과를 비교한 결과, 생존율에 있어 첨가군은 대조군에 비해 7.7~15.5% 유의하게 높은값(P<0.05)을 보여 어보산이 넙치의 생존율 향상에 크게 기여함을 알 수 있었다. 체중의 성장은 실험 4중 후부터 대조군와 첨가군간에서 통계적으로 유의한 차이를 보이기 시작하였으며(P<0.05), 0.3% 첨가군이 가장 높은 성장 증가 효과를 보여 대조군에 비해 27.5%나 더 성장하였다. 실험 전 기간을 통해 어보산 첨가군들의 일일성장률은 대조군보다 6.4~13.9% 더 좋은 결과를 보였고(P<0.05), 첨가군들의 사료계수도 대조군보다 11.3~26.5% 더 낮아 사료효율이 향상됨을 보였다(P<0.05). 실험종료시 비만도는 0.3% 및 0.6% 첨가군이 대조군에 비해 각각 3.9% 및 2.9% 더 향상되어(P<0.05), 성장 및 사료계수의 결과와 마찬가지로 0.3% 첨가군에서 가장 높은 값을 보임으로써, 어보산의 넙치 MP 사료에 대한 적정첨가농도는 0.3% 판명되었다. 0.3%의 어보산 첨가사료를 48주간 장기간 공급하였을 때 넙치의 생존율, 성장, 사료효율 및 비만도에 미치는 효과를 조사한 결과, 어보산 첨가군의 생존율은 대조군에 비해 앞서의 실험 결과와 같이 유의적으로 높게 나타났으며(P<0.05), 체중의 성장은 실험 8중부터 유의한 차이가 나기 시작하여(P<0.05), 실험종료시 첨가군(평균 1,024 g)은 대조군(평균 860 g)에 비해 약 19.0%의 체중증가가 관찰되었다(P<0.05). 일일성장률과 사료 효율도 첨가군이 각각 4.8% 및 13.6% 더 향상된 결과를 나타내었으며(P<0.05), 실험종료시 첨가군의 비만도도 약 10.8% 더 높게 나타났다(P<0.05).다. Alcohol과 lactone은 저장 중 감소되고 ketone은 증가되었다. 그 이상 AsA가 중요하다는 것이 밝혀졌다.해 비교적 그 효과가 미흡하였다. 본 실험연국려과에서 옛부터 약재, 식품 보존제로 이용되어온 당귀는 메탄올 및 헥산 분배층에서 인채암세포 4종에 대해 항암효과가 뚜렷하였고 HepG2 세포주에서는 에탄올과 헥산 분배층에서 암예방효과의 지표로 사용되는 quinone reductase 효소활성 유도효과가 아주 좋았으므로 보다 단계적인 물질의 분리 동정이 이루어져 향후 당귀를 이용한 기능성 식품 소재로서뿐 아니라 암예방 차원의 건강 천연물로서의 개발 및 응용성이 높을 것으로 기대된다.종한 후 참지 추출물을 투여한 생쥐에서 용혈반 형성 세포수와 혈청 단백질 중 immunoglobulin의 relative %가 현저히 증가되었다. 그러나 비장의 자연 살해 세포의 활성에는 변화를주지 않았다. 이상의 결과로 보아, 참치의 석유 에델 추출물중에 in vitro에서 인체 장암세포 및 백혈병성 임파모세포의 증식 억제 및 생체내에서 면역 증강 효과를 나타내는 성분이 존재함을 알 수 있다.심으로 살펴봄으로서 아직 국내에서는 널리 알려지지 않은 본 기 술의 활용을 넓이고자 한다. within minimum time from beginning of the shutdown.및 12.36%, $101{\sim}200$일의 경우 12.78% 및 12.44%, 201일 이상의 경우 13.17% 및 11.30%로 201일 이상의 유기의 경우에만 대조구와 삭제 구간에 유의적인(p<0.05) 차이를 나타내었다.는 담수(淡水)에서 10%o의 해수(海水)로 이주된지 14일(日) 이후에 신장(腎臟)에서 수축된 것으로 나타났다. 30%o의 해수(海水)에 적응(適應)된 틸라피아의 평균 신사구체(腎絲球體)의 면적은 담수(淡水)

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멀티 선회류식 세정장치를 이용한 고효율 하이브리드 VOCs 습식처리 SYSTEM 개발 (Development of VOCs Treatment Technology using High Efficiency Hybrid System with Multi-Scrone)

  • 임성일;김로중;김선미;이성훈;김선욱;장원석;박대원;김래현;김재형
    • 대한환경공학회지
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    • 제31권7호
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    • pp.491-498
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    • 2009
  • 본 연구에서는 환경기초시설과 정유공장, 도장시설 등에서 발생하는 악취 및 휘발성 유기화합물(VOCs:Volatile Organic Compounds)을 처리하는데 주로 사용되는 RTO와 RTO를 대체할 수 있는 중저가의 고효율 처리기술을 개발하고자 하였다. toluene, xylene, benzene, MEK, ethanol, hydrogen sulfide, formalin 등을 처리대상 VOCs와 악취물질로 선정하고 처리방식은 1차로 선회류식 세정장치를 이용하여 친수성의 악취 및 VOCs를 제거하고 2차로 섬유상 바이오필터를 이용하여 친수성 VOCs 뿐만 아니라 소수성 VOCs를 모두 효율적으로 처리하는 하이브리드 기술을 개발하는 동시에 VOCs 처리장치의 크기를 컴팩트하게 하는데 주안점을 두었다. 선회류식 세정장치에서 첩족시간을 2~3초로하고 세정수를 비격막식 전해수로 사용하였을 때 친수성 VOCs 물질인 ethanol과 상대적으로 친수성 악취물질인 hydrogen sulfide는 각각 95~99%, 93~97%로 거의 완벽하게 제거되었다. 또한 MEK, formalin의 처리효율은 각각 78~90%, 72~85%로 높은 제거효과를 나타내었다. 반면에 소수성 물질인 toluene, xylene, benzene에 대한 선회류식 세정장치의 처리효율은 각각 16~22%, 12~18%, 8~16%으로 낮게 나타났다. 하지만 일정한 처리효율을 계속 유지함을 확인할 수 있었다. 섬유상 바이오필터는 toluene의 경우 초기에는 처리효율이 좋지 않았지만 순응기간인 7~10일정도가 지난 이후부터는 미생물 분해처리를 통해 70% 이상의 제거율을 보였으나 이후 85~95%의 처리효율을 보였다. 하지만 MEK가 혼합된 단계에서는 5~10%정도의 처리효율 감소경향을 나타내었는데 이는 미생물들이 처리하기 쉬운 MEK를 우선 처리하는 성향때문이라고 사료된다. MEK에 대한 섬유상 바이오필터의 처리효율은 80~92%로 안정적인 처리효율을 보였다. 경제성 측면에서도 소각방법인 RTO 대비 시설비 및 유지관리비를 절감할 수 있어 중, 저가 VOCs 처리기술로 각광받을 것으로 사료된다.