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이스라엘 잉어 Actomyosin의 열안정성과 그 보호 (Thermal Stability of Israeli Carp Actomyosin and Its Protection by Chemical Additives)

  • 남택정;최영준;변재형
    • 한국수산과학회지
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    • 제17권4호
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    • pp.271-279
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    • 1984
  • 이스라엘 잉어의 근육 actomyosin의 열안정성과 그 첨가제에 의한 영향을 밝히기 위하여 배육골격근에서 추출한 actomyosin을 시료로 하여 온도의 변화가 actomyosin의 안정성에 미치는 영향을 ATP-감도, 유리 SH기 및 Ca-ATPase 활성도 등을 측정하여 분석하였다. 그리고 sucrose, sorbitol, Na-glutamate 및 L-cysteine등 첨가제의 영향에 대하여는 Ca-ATPase 활성도의 변화를 측정하여 단백질 변성속도당수($K_D$), 단백질변성보호효과(${\Delta}E/M$) 그밖에 열력학적 제상수를 계산 비교하였다. 실험결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 배육골격근에서 추출한 이스라엘 잉어 actomyosin은 단백질농도 $4.12{\sim}4.68mg/ml$, 핵산의 함량 $2.63{\sim}2.9%$, actin과 myosin의 결합비 $1:2.20{\sim}2.63$, 지질의 함량 $4.33{\sim}5.26\%$, ATP-감도 109.78, Ca-ATPase 활성 $0.159{\sim}0.201\;{\mu}M-Pi/min/mg-protein$, 유리 SH 기 함량 $3.3{\sim}3.4M/10^5g-protein$ 이었다. 2. Ca-ATPase활성 및 ATP-감도는 온도가 상승 함에 따라 1차반응적으로 감소하였고, 유리 SH기는 $60{\circ}C$ 까지는 증가하다가 그 이후는 급격히 하강하였다. 3. 가열온도상승에 따른 Ca-ATPase 활성의 반감 시간은 $12^{\circ}C$ 일때 280분, $20^{\circ}C$ 일 때 125분, $30^{\circ}C$일때 55분, $40^{\circ}C$ 일때 13분이었으며 $20^{\circ}C$에서 활성화에너지는 5,395 cal/mole 활성화엔탈피는 4,814cal/mole, 활성화엔트로피는 -40.42 e.u, 자유에너지 값은 17,626cal/mole이었다. 4. 당 및 아미노산중에서 가열에 대하여 변성보호효과가 높은 것은 $3\%$ sorbitol이었으며, $8\%$ Na-glutamate, $1\%$ sucrose, $1\%$ L-cysteine의 순으로 낮아졌다. 5. 저온저장시 actomyosin이 가장 안정한 온도는 $-30^{\circ}C$이었으며, $0^{\circ}C,\;-20^{\circ}C$ 순으로 불안정하였다. 또한 $-20^{\circ}C$ 일 때의 첨가제에 의한 냉동변성보호효과는 $8\%$ Na-glutamate가 가장 좋았고 $3\%$ sorbitol, $1\%$ sucrose, $1\%$ L-cysteine의 순으로 효과가 떨어졌다.

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우분뇨 퇴비화 중 암모니아 휘산에 대한 이분해성 및 난분해성 유기 첨가물의 역할 (The Role of Organic Amendments with Different Biodegradability in Ammonia Volatilization during Composting of Cattle Manure)

  • 임상선;박현정;이선일;이동석;곽진협;최우정
    • 한국환경농학회지
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    • 제28권1호
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    • pp.20-24
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    • 2009
  • 퇴비화 과정 중 암모니아 휘산과 관련된 난분해성 및 이분해성 유기물의 역할을 재조명하기 위해 분뇨와 톱밥(난분해성) 또는 쌀겨(이분해성)를 혼합한 후 4주간 $CO_2$ 발생량과 $NH_3$ 휘산량을 조사하였다. 이산화탄소 발생량은 톱밥처리구에 비해 쌀겨처리구에서 43$\sim$122% 정도 높았으며, 이에 상응하게 최종 건물중 손실률도 쌀겨처리구가 35.1$\sim$41.5%로 톱밥처리구의 18.7$\sim$22.6%에 비해 유의하게(P$\sim$0.05) 높았다. 톱밥처리구에서는 시험기간인 4주간 암모니아 휘산이 발생하지 않았는데, 이는 톱밥의 C/N 비가 높아 질소무기화가 지체되었고 톱밥 자체가 $NH_4^+$를 흡착할 수 있는 능력이 있기 때문으로 판단되었다. 반면, 이분해성인 쌀겨 처리구에서는 퇴비화 초기에는 질소부동화에 의해 암모니아 휘산이 나타나지 않았지만, 8일 이후부터는 쌀겨처리량이 낮은 순서대로 이분해성 유기물의 고갈에 의한 질소재무기화에 의해 암모니아 휘산이 관측되었다. 따라서, 이분해성 유기물은 초기 암모니아 부동화를 통해 암모니아 휘산을 감소시킬 수 있지만, 부동화된 질소의 재무기화에 의해 퇴비화 중반기에 오히려 암모니아 휘산이 증가할 수 있는 것으로 나타났다. 반면, 난분해성 유기물인 톱밥은 암모니아 고정능이 있어 물리화학적 흡착에 의해 암모니아 휘산을 저감시킬 수 있는 것으로 판단되었다.

수두 고단백 계통육성을 위한 기초적 연구 I. 계통육성을 위한 조단백질 분석법의 비교 (Basic Studies for the Breeding of High Protein Rice. I. Comparison of the analytical methods for the measurement of the protein content in the brown rice)

  • 허문회;서학수
    • 한국작물학회지
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    • 제12권
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    • pp.1-5
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    • 1972
  • 수도 고단백 계통선발을 위한 미립내 질소함량 검정 방법을 첨부 검토하기 위하여 예비선발된 36계통 및 대조품종을 5가지 질소수준(0, 7.5, 15.0, 22.5, 30.0, kg/10a)에서 재배하여 그 현미를 Kjeldahl법, Dye binding법 및 Biurett법으로 분석하여 3가지 방법에 의한 분석치간의 상관을 검토하였으며 그 중 6개품종에 대하여 동일시료를 3가지 분석법으로 6회 반복한 분석치의 분산을 검토하였고 3가지 방법으로 시료 100점당 소요된 시약과 노력을 비교하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. D.B.C.법에 의한 분석치는 Biurett법에 의한 분석치보다 Kjeldahl법과의 상관이 높았으나 D.B.C. 법에서는 극도로 높은 질소수준에서와 극도로 낮은 질소수준에서의 분석치는 Kjeldahl법에 의한 분석치에 비하여 과대평가되는 경향이 있다. Biurett법은 비교적 오차가 커서 Kjeldahl 법과의 상관이 떨어지지만 모든 질소수준에서 평행적인 경향이었다. 2. 품종에 따라 시용된 질소수주에 대한 반응도 달랐지만 품종과 질소수준에 따라 3가지 분석방법의 반응도 달랐다. 3. 3가지 분석방법별 분석치의 변이계수를 비교하면 Biurett법이 가장 크며 다음은 D.B.C.법인데 Biurett법에서는 각질소수준에서 모두 높았지만 질소수준이 높아짐에 따라 변이계수도 커졌는데 Kjeldahl법이나 D.B.C.에서는 질소수준이 낮아짐에 따라 변이 계수가 커졌다. 4. 3가 분석방법에서 소요되는 약품과 노력을 조사하여 Kjeldahl법에 비하여 D.B.C.법이 현저하게 절약되며 D.B.C.법 보다 Biurett법은 더욱 절약될 수 있음을 알았다.

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촉매 제조방법에 따른 Co-CeO2 촉매의 N2O 분해 특성 연구 (Effect of the Preparation Method on the Activity of CeO2-promoted Co3O4 Catalysts for N2O Decomposition)

  • 김혜정;김민재;이승재;유인수;이광복;전상구
    • 청정기술
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    • 제24권3호
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    • pp.198-205
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    • 2018
  • 본 연구는 $Co-CeO_2$ 촉매의 $N_2O$ 분해 반응에서 촉매의 제조 방법이 활성에 미치는 영향을 고찰하였다. $Co-CeO_2$ 촉매는 공침법(Co-precipitation)과 함침법(Incipient wetness impregnation)으로 제조하였다. 제조된 촉매의 성능을 평가하기 위하여 $N_2O$ 직접 촉매 분해(Direct catalytic $N_2O$ decomposition) 반응을 $250{\sim}375^{\circ}C$에서 실시하였다. 그 결과 공침법으로 제조된 촉매(CoCe-CP)는 $O_2$ 및/또는 $H_2O$의 존재 하에서도 $N_2O$ 분해 반응에서 향상된 성능을 보인 반면에 함침법으로 제조된 촉매(CoCe-IM)는 그렇지 못하였다. 이러한 촉매 활성의 차이를 조사하기 위하여 XRD, BET, TEM, $H_2-TPR$, $O_2-TPD$ 그리고 XPS와 같은 촉매 특성 분석들을 진행하였다. 촉매의 제조 방법에 따라서 입자의 크기 및 표면적이 변화하는 것을 확인하였고 합성 과정이 촉매의 물리적 특성에 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 공침법으로 제조된 촉매의 활성 증가는 $Co^{3+}{\rightarrow}Co^{2+}$의 향상된 환원 특성 및 산소 탈착 속도 향상에 기인한 것으로 여겨진다. 하지만, $N_2O$ 분해와 관련이 있는 촉매의 표면 전하 상태 및 결합에너지는 제조 방법에 따라서 변하지 않는 것을 확인하였다.

Benzalkonium Chloride가 NTG-GMA/BPDM계 및 DSDM계 상아질접착제의 접착성능에 미치는 영향 (EFFECT OF BENZALKONIUM CHLORIDE ON DENTIN BONDING WITH NTG-GMA/BPDM AND DSDM SYSTEM)

  • 신일;박진훈
    • Restorative Dentistry and Endodontics
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    • 제20권2호
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    • pp.699-720
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    • 1995
  • 본 연구는 양이온 계면활성효과를 가져 소독제로 사용되고 있는 benzalkonium chloride 수용액을 상아질 표면에 대한 습윤용 처리제로 적용시킬 경우 상아질접착제의 접착성능에 미치는 영향을 관찰하기 위해 시행되었다. 소의 하악전치 80개를 8개군으로 분류하여 순면의 상아질을 노출시켜서 산처리한 후 물로 습윤 상태를 유지시킨 대조군과 0.1%, 0.5% 및 1% 농도의 benzalkonium chloride 수용액으로 습윤시킨 실험군으로 나누어 NTG-GMA/BPDM계 상아질접착제인 All-bond 2와 DSDM 계 상아질접착제인 Aelitebond를 각각 접착시킨 후 접착시험을 시행하였다. 상아질 표면을 10% 인산수용액으로 처리한 후 습윤과정을 거친 시편을 각 접착시스템의 primer와 bonding resin을 도포하고 Aelitefil 복합레진으로 접 착시 킨후 항온조에서 24시간 방치한 뒤 인장접착강도를 측정하고, 상아질표면 및 파단면의 양상을 주사전자 현미경으로 관찰하였으며 FT-IR을 사용하여 전처리 전후의 상아질 표면을 분석하여 다음의 결과를 얻었다. 1. NTG-GMA/BPDM 계 상아질접착제 (All-bond 2)로 접착시킨 경우 물로 습윤시킨 대조군에 비해 0.1 % benzalkonium chloride 수용액으로 습윤시킨 군에서 유의하게 높은 인장접착강도를 보였으나(p<0.05), 0.5% 및 1.0 % benzalkonium chloride 수용액으로 습윤시킨 군에서는 유의한 차이가 나타나지 않았다. 2. DSDM계 상아질접착제 (Aelitebond) 로 접착시킨 경우 물로 습윤시킨 대조군과 0.1 %, 0.5% 및 1.0 % benzalkonium chloride 수용액으로 습융시킨 군 간의 인장접착강도의 유의한 차이는 없었다(p>0.05). 3. Benzalkonium chloride 수용액의 적용과 관계 없이 전체적으로 NTG-GMA/ BPDM계 상아질접착제로 접착시킨 경우가 DSDM계 상아질접착제로 접착시킨 경우보다 인장접착강도가 높았으며, 파단양상의 관찰결과에서도 NTG-GMA /BPDM계 상아질접착제를 사용한 경우는 응집성 및 혼합성 파단양상이, DSDM 계 상아질접착제를 사용한 경우는 부착성 파단양상이 우세하였다. 4. 주사전자 현미경적 관찰상에서 benzalkonium chloride 수용액 적용 유무에 따른 각 상아질 표면의 primer 도포양상의 뚜렷한 차이는 관찰되지 않았으나, 상아질 표면에 대한 benzalkonium chloride 수용액 적용 전후의 FT-IR 분석결과 에서는 0.1 % benzalkonium chloride 수용액으로 습윤 처리 시킨 군이 대조군에 비해 NTG-GMA/ BPDM 및 DSDM primer의 도포효과를 다소 향상시킨 소견이었다.

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Cefoperazone(T-1551)의 약리학적 연구 (Pharmacological Studies of Cefoperazone(T-1551))

  • 임정규;홍사악;박찬웅;김명석;서유헌;신상구;김용식;김혜원;이정수;장기철;이상국;장우현;김익상
    • 대한약리학회지
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    • 제16권2호
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    • pp.55-70
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    • 1980
  • The pharmacological and microbiological studies of Cefoperazone (T-1551, Toyama Chemical Co., Japan) were conducted in vitro and in vivo. The studies included stability and physicochemical characteristics, antimicrobial activity, animal and human pharmacokinetics, animal pharmacodynamics and safety evaluation of Cefoperazone sodium for injection. 1) Stability and physicochemical characteristics. Sodium salt of cefoperazone for injection had a general appearance of white crystalline powder which contained 0.5% water, and of which melting point was $187.2^{\circ}C$. The pH's of 10% and 25% aqueous solutions were 5.03 ana 5.16 at $25^{\circ}C$. The preparations of cefoperazone did not contain any pyrogenic substances and did not liberate histamine in cats. The drug was highly compatible with common infusion solutions including 5% Dextrose solution and no significant potency decrease was observed in 5 hours after mixing. Powdered cefoperazone sodium contained in hermetically sealed and ligt-shielded container was highly stable at $4^circ}C{\sim}37^{\circ}C$ for 12 weeks. When stored at $4^{\circ}C$ the potency was retained almost completely for up to one year. 2) Antimicrobial activity against clinical isolates. Among the 230 clinical isolates included, Salmonella typhi was the most susceptible to cefoperazone, with 100% inhibition at MIC of ${\leq}0.5{\mu}g/ml$. Cefoperazone was also highly active against Streptococcus pyogenes(group A), Kletsiella pneumoniae, Staphylococcus aureus and Shigella flexneri, with 100% inhibition at $16{\mu}g/ml$ or less. More than 80% of Escherichia coli, Enterobacter aerogenes and Salmonella paratyphi was inhibited at ${\leq}16{\mu}/ml$, while Enterobacter cloaceae, Serratia marcescens and Pseudomonas aerogenosa were somewhat less sensitive to cefoperagone, with inhibitions of 60%, 55% and 35% respectively at the same MIC. 3) Animal pharmacokinetics Serum concentration, organ distritution and excretion of cefoperazone in rats were observed after single intramuscular injections at doses of 20 mg/kg and 50 mg/kg. The extent of protein binding to human plasma protein was also measured in vitro br equilibrium dialysis method. The mean Peak serum concentrations of $7.4{\mu}g/ml$ and $16.4{\mu}/ml$ were obtained at 30 min. after administration of cefoperazone at doses of 20 mg/kg and 50 mg/kg respectively. The tissue concentrations of cefoperazone measured at 30 and 60 min. were highest in kidney. And the concentrations of the drug in kidney, liver and small intestine were much higher than in blood. Urinary and fecal excretion over 24 hours after injetcion ranged form 12.5% to 15.0% in urine and from 19.6% to 25.0% in feces, indicating that the gastrointestinal system is more important than renal system for the excretion of cefoperazone. The extent of binding to human plasma protein measured by equilibrium dialysis was $76.3%{\sim}76.9%$, which was somewhat lower than the others utilizing centrifugal ultrafiltration method. 4) Animal pharmacodynamics Central nervous system : Effects of cefoperazone on the spontaneous movement and general behavioral patterns of rats, the pentobarbital sleeping time in mice and the body temperature in rabbits were observed. Single intraperitoneal injections at doses of $500{\sim}2,000mg/kg$ in rats did not affect the spontaneous movement ana the general behavioral patterns of the animal. Doses of $125{\sim}500mg/kg$ of cefoperazone injected intraperitonealy in mice neither increased nor decreased the pentobarbital-induced sleeping time. In rabbits the normal body temperature was maintained following the single intravenous injections of $125{\sim}2,000mg/kg$ dose. Respiratory and circulatory system: Respiration rate, blood pressure, heart rate and ECG of anesthetized rabbits were monitored for 3 hours following single intravenous injections of cefoperazone at doses of $125{\sim}2,000mg/kg$. The respiration rate decreased by $3{\sim}l7%$ at all the doses of cefoperazone administered. Blood pressure did not show any changes but slight decrease from 130/113 to 125/107 by the highest dose(2,000 mg/kg) injected in this experiment. The dosages of 1,000 and 2,000 mg/kg seemed to slightly decrease the heart rate, but it was not significantly different from the normal control. All the doses of cefoperazone injected were not associated with any abnormal changes in ECG findings throughout the monitering period. Autonomic nervous system and smooth muscle: Effects of cefoperazone on the automatic movement of rabbit isolated small intestine, large intestine, stomach and uterus were observed in vitro. The autonomic movement and tonus of intestinal smooth muscle increased at dose of $40{\mu}g/ml$ in small intestine and at 0.4 mg/ml in large intestine. However, in stomach and uterine smooth muscle the autonomic movement was slightly increased by the much higher doses of 5-10 mg/ml. Blood: In vitro osmotic fragility of rabbit RBC suspension was not affected by cefoperazone of $1{\sim}10mg/ml$. Doses of 7.5 and 10 mg/ml were associated with 11.8% and 15.3% prolongation of whole blood coagulation time. Liver and kidney function: When measured at 3 hours after single intravenous injections of cefoperaonze in rabbits, the values of serum GOT, GPT, Bilirubin, TTT, BUN and creatine were not significantly different from the normal control. 5) Safety evaluation Acute toxicity: The acute toxicity of cefoperazone was studied following intraperitoneal and intravenous injections to mice(A strain, 4 week old) and rats(Sprague-Dawler, 6 week old). The LD_(50)'s of intraperitonealy injected cefoperazone were 9.7g/kg in male mice, 9.6g/kg in female mice and over 15g/kg in both male and female rats. And when administered intravenously in rats, LD_(50)'s were 5.1g/kg in male and 5.0g/kg in female. Administrations of the high doses of the drug were associated with slight inhibition of spontaneous movement and convulsion. Atdominal transudate and intestinal hyperemia were observed in animals administered intraperitonealy. In rats receiving high doses of the drug intravenously rhinorrhea and pulmonary congestion and edema were also observed. Renal proximal tubular epithelial degeneration was found in animals dosing in high concentrations of cefoperazone. Subacute toxicity: Rats(Sprague-Dawley, 6 week old) dosing 0.5, 1.0 and 2.0 g/kg/day of cefoperazone intraperitonealy were observed for one month and sacrificed at 24 hours after the last dose. In animals with a high dose, slight inhibition of spontaneous movement was observed during the experimental period. Soft stool or diarrhea appeared at first or second week of the administration in rats receiving 2.0g/kg. Daily food consumption and weekly weight gain were similar to control during the administration. Urinalysis, blood chemistry and hematology after one month administration were not different from control either. Cecal enlargement, which is an expected effect of broad spectrum antibiotic altering the normal intestinal microbial flora, was observed. Intestinal or peritoneal congestion and peritonitis were found. These findings seemed to be attributed to the local irritation following prolonged intraperitoneal injections of hypertonic and acidic cefoperazone solution. Among the histopathologic findings renal proximal tubular epithelial degeneration was characteristic in rats receiving 1 and 2g/kg/day, which were 10 and 20 times higher than the maximal clinical dose (100 mg/kg) of the drug. 6) Human pharmacokinetics Serum concentrations and urinary excretion were determined following a single intravenous injection of 1g cefoperazone in eight healthy, male volunteers. Mean serum concentrations of 89.3, 61.3, 26.6, 12.3, 2.3, and $1.8{\mu}g/ml$ occured at 1,2,4,6,8 and 12 hours after injection respectively, and the biological half-life was 108 minutes. Urinary excretion over 24 hours after injection was up to 43.5% of administered dose.

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상승적 화학적 간독성에 미치는 YH439의 영향 (The Effects of Isopropyl 2-(1,3-dithioetane-2-ylidene)-2-[N-(4-methyl-thiazol-2-yl)carbamoyl]acetate (YH439) on Potentiated Carbon Tetrachloride Hepatotoxicity)

  • 김상건;조주연
    • 대한약리학회지
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    • 제32권3호
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    • pp.407-416
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    • 1996
  • 간독성물질인 $CCl_4$의 대사에서 반응성이 높은 대사중간체의 증가가 P450 2E1의 활성 및 발현증가와 관련된다. YH439는 랫트에서 사염화탄소에 의하여 유발된 간 손상에 보호효과가 탁월하였고, 각종 독성물질에 의하여 발생하는 간염을 억제하며 P450 2E1의 발현을 억제하는 것으로 나타났다. P450 2E1의 발현억제가 YH439의 간장보호작용의 일부기전으로 해석되나 free radical 공격의 제어, 방어과정에 관련된 탐식세포의 역할등 간장독성에 관련된 YH439의 영향 및 관련된 기초연구는 완전히 확립되어 있지 않다. 본 연구에서는 상승적인 화학적 독성에 대한 YH439의 보호효과를 관찰하였다. Retinoyl palmiate (Vit-A)를 전처러하고 YH439를 처리한 rat의 경우 $CCl_4$ 단독투여군에 비하여 혈장 alanine aminotransferase (ALT)활성이 5배로 증가하여 $CCl_4$에 의한 간독성을 현저히 강화시켰으나, YH439와 Vit-A를 동시에 전처리한 rats에 있어서는 Vit-A에 의하여 강화된 독성이 94% 감소하였다. Vit-A에 의한 혈장 ALT 활성 증가는 Kupffer cell 활성을 선택적으로 억제하는 $GdCl_3$의 투여에 의해 완전히 차단되어 YH439가 Kupffer cell 활성억제를 매개로 상승적 간손상에 대하여 보호효과가 있음을 지지한다. Propyl sulfide의 전처치는 $CCl_4$에 의해 유도되는 간독성을 $CCl_4$ 단독투여와 비교했을때 5배 이상 증가시켰으나, Propyl sulfide와 YH439를 병용투여할 경우 propyl sulfide에 의해 강화되는 간독성이 YH439의 투여용량에 의존적으로 감소하였고, propyl sufide와 $CCl_4$에 의한 지질과산화의 증가가 YH439에 의하여 용량의존적으로 억제되는 것으로 나타났다. Propyl sulfide에 의하여 강화된 간독성의 차단은 YH439가 P450 2E1 발현조절을 통하여 간독성을 제어함을 지지한다. 그러나 YH439는 pyridine과 $CCl_4$에 의한 독성을 억제시키지 못하였다. 이는 Pyridine에 의해 유도되는 다른 형의 P450발현이 YH439에 의해 억제되지 못하는 이유로 해석된다. 중금속에 의해 유도되는 간독성에 대한 YH439의 보호효과를 ICR mice에서 관찰하였을 때 $CdCl_2$를 1회 투여할때 ALT와 aspartate aminotransferase (AST)활성이 $5{\sim}6$배 증가하였으나 YH439를 투여한 후 $CdC1_2$를 투여한 동물에 있어서는 투여후 6시간에 AST의 증가가 유의성 있게 억제되었다. 그러나 YH439는 thioacetamide에 의하여 유발된 liver fibrosis에는 개선효과가 없는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 YH439가 Kupffer cell 불활성화를 통하여 Vit-A에 의해 유도되는 간독성을 효과적으로 방어하고, YH439에 의한 P450 2E1의 발현억제는 propyl sulfide를 경유하는 간독성 차단과 관계되며, YH439는 중금속으로 유도된 조직독성에 방어효과가 있음을 지지한다.

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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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석탄광산배수처리슬러지에 Na와 S를 첨가하여 개량한 흡착제의 세슘 흡착 특성 규명 (Identification of Sorption Characteristics of Cesium for the Improved Coal Mine Drainage Treated Sludge (CMDS) by the Addition of Na and S)

  • 전소영;김단우;변정현;신대현;양민준;이민희
    • 자원환경지질
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    • 제56권2호
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    • pp.125-138
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    • 2023
  • 수계 내 세슘(cesium: Cs)을 제거하기 위하여 개발된 대부분의 기존 Cs 흡착제들은 원재료 값이 고가라는 단점과, 해수와 같이 높은 이온 강도와 낮은 Cs 농도를 가지는 대규모의 오염수를 실질적으로 정화하는데 한계를 가지고 있었다. 본 연구에서는 석탄광산배수를 처리하는 과정에서 생성되는 슬러지(CMDS)에 Na와 S를 첨가하여 친환경적이고 높은 Cs 제거 효율을 가지는 Cs 흡착제를 개발하였다. Fe 및 Ca 함량이 풍부한 CMDS를 1차 소재로 사용하였고, 열처리 과정으로 Na와 S를 첨가하여 새로운 Cs 흡착제를 제조하였다(이하 본 연구에서 개발한 흡착제는 Na-S-CMDS라 명명함). Na-S-CMDS의 Cs 흡착능 및 흡착 기작을 평가하기 위해 실험실 규모의 실험과 흡착 동역학 및 등온 모델링 연구를 수행하였으며, XRF, XRD, SEM/EDS, XPS 등의 분석을 통해 Na-S-CMDS의 물리화학적, 광물학적 특성을 조사함으로써 Cs 흡착 기작을 규명하였다. 흡착 배치 실험 결과, Cs은 빠르게 Na-S-CMDS에 흡착되어 1시간 내 평형에 도달하였으며, 낮은 Cs 농도(0.5 mg/L) 조건에서도 높은 Cs 제거 효율(> 90.0%)을 보였다. 흡착 등온 모델링 결과, 단일 흡착을 가정하는 Langmuir 흡착 등온 모델에 대응되는 경향을 보였으며, 흡착 동역학 모델링 결과 흡착 경향이 유사 2차 속도(pseudo second order kinetic) 모델과 일치하는 경향을 보였고, 이러한 결과는 단순한 물리적 흡착보다 이온 교환과 같은 화학적 흡착이 우세함을 의미한다. 고농도의 Cs 용액으로 반응시킨 Na-S-CMDS의 XRF/XRD 분석 결과, Na-S-CMDS 내 Na 함량은 감소하고 흡착 전 존재하던 erdite (NaFeS2·2(H2O))가 관찰되지 않는 것을 통해, Na+과 Cs+ 사이에서 활발한 이온 교환 반응이 진행되었음을 알 수 있었다. XPS 분석 결과, Na-S-CMDS에서 Cs와 S 사이의 강한 결합 작용이 관찰되었으며, 이러한 Cs와 S(또는 S-복합체)내 결합에너지 감소도 Na-S-CMDS의 Cs 흡착능을 증가시키는 요인으로 판단되었다. 본 연구를 통해 기존에 폐기물로 처리되었던 석탄광산배수슬러지를 개량하여 제조한 Na-S-CMDS는 기존의 Cs 흡착제보다 제조 비용이 저렴하고, 해수 및 지하수와 같이 이온 강도는 높지만 Cs 농도가 낮은 대규모 오염 수계에서도 Cs 흡착능이 높게 유지되어, 현장에서 효과적인 Cs 흡착제로 사용할 수 있을 것으로 기대한다.