Ganoderma lucidum이 생산하는 polygalacturonase의 유용활용 방안을 위한 효소의 특성을 연구하기 위하여 버섯배양물로부터 효소를 생산하고 정제하여 그 특성을 검토한 결과는 다음과 같다. Endo-polygalacturonase는 배양여액으로부터 ammonium sulfate 침전, Biogel P-100, DEAE-cellulose, Sehpadex G-150 column chromatography에 의하여 순차적으로 정제되었고, Sehpadex G-150 column chromatography에서 re-gel filtration까지 실시한 결과 specific activity가 892unit/mg protein로 배양여액보다도 약 56배의 정제도를 나타냈으며, exo-polygalacturonase는 ammonium sulfate침전, Biogel P-100, DEAE-cellulose column chromatography까지 부분정제한 결과 9.2배의 정제도를 나타냈다. SDS polyacrylamide gel에서 전기영동을 실시한 결과 단일 band를 나타냈으며, 분자량은 54,000 dalton이었다. Endo-polygalacturonase와 exo-polygalacturonase는 citrus pectin이나 pectic acid보다 apple pectin에 친화도가 높았으며, Lineweaver-Burk plot로부터 계산된 apple pectin에 대한 Km 치는 각각 1.44와 10.6 mg/ml이었다. 이 두 효소의 작용 최적 pH는 4.0이었으나 pH 안정성에서는 endo-polygalacturonase는 $pH\;4.0{\sim}6.0$에서, exo-polygalacturonase는 $pH\;3.5{\sim}5.5$ 범위에서 안정하였다. 효소반응 최적 온도는 endo-polygalacturonase는 $40^{\circ}C$ 이었으나 exo-polygalacturonase는 $60^{\circ}C$에서 최대의 활성을 나타냈고 열안정성도 exo-polygalacturonase가 endo-polygalacturonase보다 더 높은 온도에서도 안정하였다. 또한 endo-polygalacturonase는 $Ca^{++}$ 과 $Mn^{++}\;ion$에, exo-polygalacturonase에는 $Ca^{++}\;ion$에 의해 효소반응이 촉진되었다.
Ganoderma lucidum이 생산하는 polygalacturoanse(endo- 및 exo-polygalacturoanse)를 이용하여 과즙청징 효과를 검토한 결과에 endo-polygalacturoanse에 의해서만 과즙청징을 이를 수 있었으며, 과즙청징을 위한 endo-polygalacturoanse의 반응 최적 온도는 $40^{\circ}C$이었고, 과즙 5 ml 당 약 4 unit의 endo-polygalacturoanse를 첨가 하였을 때 60분에 거의 청징되었다. 그리고 polygalacturoanse의 효소원으로는 영지버섯 균사체 배양 여액이나 ammonium sulfate 분획물을 이용하는 방안이 가장 효율적일 것으로 생각되었다.
인삼뿌리썩음병균, Cylindrocarpon destructans(Zins.) Scholten을 접종한 인삼절편으로 부터 얻은 섬유소분해효소 및 펙틴질분해광소의 역가는 그 농도, 시간에 비례하였다. Cellulase (Cx), endo-polygalacturonase(endo-PG), endo-poiymethylgalacturonase (endo-PMG), exo-polygalacturonase (exe-PG)와 exo-polymeth-ylgalacturonase(exo-PMG)의 역가는 접종후 4 일째 최대였으며 endo-PG와 endo-PMG는 1일 및 2일째는 전혀 검출되지 않았으나 exo-PG와 exo-PMG는 검출되었다. 접종후 6 일째에는 모든 펙틴질분해효소는 활성을 완전히 잃었으나 섬유소분해효소는 높은 역가을 유지하였다. Cx, endo-PG, endo-PMG, exo-PG 및 exo-PMG의 최적 pH는 각각 6.0, 5.5, 8.0, 7.0-7.5, 8.5이였다. Cx, endo-PG, endo-PMG, 및 exo-PG의 최적온도는 각각 exo-PMG $66^{\circ}C\;53^{\circ}C\;41^{\circ}C\;37^{\circ}C\;and\;40^{\circ}C$였다. 섬유소분해효소는 공시한 16개 이온중에서 0.05M $Hg^{++}$만이 억제하였다. 펙틴질분해효소는 이온에 따라 상이하였으나 $0.05M\; Fe^{+++}$과 $0.05M\;Al^{+++}$이 가장 현저히 억제하였다. 공시한 8개 농약중에서 어느 것도 $0.1\%$ 유효성분으로는 모든 효소작용을 억제하지 못했으며 exo-PG만은 모든 농약의 의하여 상당히 억제되었다. 그 중에서 Difolatan은 모든 펙틴질분해효소를 가장 잘 억제시켰다. $0.2M\;Ca^{++}$과 $0.02M\;Fe^{+++}$은 펙틴질분해효소를 거의 억제시켰으나 섬유소분해효소는 같은 농도에서 각각 $30\%,\;70\%$에 이르렀다. Formalin은 exo-PG와 endo-PMG를 완전 억제시켰으나 다른 효소 특히 Cx는 그렇지 못했다. $0.8\%$ Difolatan은 모든 효소를 $0.8\%$이상 억제하였으나 Cx는 그 이하였다. C. destructans가 분필하는 섬유소분해효소 및 펙틴질분해효소는 인삼뿌리썩음병과 밀접한 관계를 가지고 있으며 이 병을 효과적으로 방제하기 위하여 억제되어야 하겠다.
Aspergillus niger sherumanni IAM 2059가 분비하는 펙틴질분해효소 중에서 endo-polygalacturonase 를 Sephadex G-100, DEAE-Sephadex A-50을 이용하여 분리하고 점도감소와 분해산물분석을 통해 효소의 특성을 조사하였다. Chromatography를 통해 얻은 3 개의 역가 fraction (F-A, F-I 및 F-II) 은 각각 exo형 효소, eodo-polygalacturonase, endo-polymethylgalacturonase 이었다. endo-polygalacturonase의 역가 최적 pH는 환원당 생성으로는 pH4.2 근방이었고 점도감도로는 pH4.7 근방이었다. 이 효소의 Z-value는 $7.5^{\circ}C$이고 $D40^{\circ}C$는 240sec 이며 $40^{\circ}C$에서 활성화엔트로피(Enthalphy of activation) 217.3KJ/mol, 활성화엔트로피(Entropy of activation) 409.2J/mol.K, 활성화자유에너지(Free energy activation) 89.2KJ/mol 이었다.
Exo-polygalacturonase (exo-PG) hydrolyzes pectin acids and liberates mono-galacturonate, which plays an important role in juice extraction, and has rarely been reported. Exo-PG (AfumExoPG28A) from Aspergillus fumigatus belongs to the glycoside hydrolase 28 family. In this study, its gene was cloned and the protein was expressed and secreted in Pichia pastoris with a maximal activity of 4.44 U/ml. The optimal temperature and pH of AfumExoPG28A were 55℃ and 4.0, respectively. The enzyme exhibited activity over almost the entire acidic pH range (>20.0% activity at pH 2.5-6.5) and remained stable at pH 2.5-10.0 for 24 h. The Km and Vmax values of AfumExoPG28A were calculated by the substrate of polygalacturonic acid as 25.4 mg/ml and 23.6 U/mg, respectively. Addition of AfumExoPG28A (0.8 U/mg) increased the light transmittance and juice yield of plantain pulp by 11.7% and 9%, respectively. Combining AfumExoPG28A (0.8 U/mg) with an endo-PG (0.8 U/mg) from our laboratory, the enzymes increased the light transmittance and juice yield of plantain pulp by 45.7% and 10%, respectively. Thus, the enzyme's potential value in juice production was revealed by the remarkable acidic properties and catalytic activity in fruit pulp.
사과겹무늬썩음병균 Botryosphaeria dothidea를 pectin-polypectate 배지(培地)와 사과배지(培地)에 배양(培養)하여 pectin질(質) 분해효소(分解酵素)의 생산(生産)과 활성(活性)을 조사하였다. exo-polygalacturonase와 exo-polymethylgalacturonase의 활성은 사과배지에서 배양 6일에 각각 6.4 와 7.2 units로 최대의 활성을 나타내었고, 인공배지에서는 배양 8일에 각각 5.9 와 5.3 units 의 활성을 나타내었으나 사과배지에 비해 낮았다. endo-polygalactu-ronase와 endo- polymethylgalacturonase는 인공배지에서 각각 4.4 와 16.2 units로 배양 8 일과 10일에서 최대활성을 나타내었으나 사과배지에서는 배양 8일에 각각 3.2와 6.7 units로 낮은 활성을 보였다. pecti-nmethyl-trans-eliminase와 polygalacturonate-trans-eliminase의 활성은 사과배지보다 인공배지에서 높게 나타났으며, 균 생장은 인공배지와 사과배지에서 각각 배양 6일과 8일에 최고의 생장을 나타내었다.
각종(各種) 시료(試料)로부터 1,573주(株)의 균주(菌株)를 분리(分離)하고 그 중에서 endo-polygalacturonase (Endo-PG) 활성이 강한 Aspergillus niger B-15를 선발하였다. 이어서 선정균주(選定菌株)에 자외선을 연차적(連次的)으로 조사(照射)하여 변이주(變異株) U-46을 얻었으며 친주(親株)와 변이주(變異株)의 균학적성질(菌學的性質)을 조사(調査)하고 변이주(變異株)의 효소생산조건(酵素生産條件)과 반응조건(反應條件)을 검토(檢討)하여 아래와 같은 결과를 얻었다. 1. 변이주(變異株) U-46은 친주(親株)보다 분생자두(分生子頭)의 크기가 작아지고 분생자병(分生子柄)의 길이가 짧아졌다. 2. 밀기울배지에서의 배양(培養)에 있어서 Endo-PG생산(生産)을 위한 최적조건(最適條件)은 친주(親株) B-15의 경우 밀기울에 대한 첨수량(添水量) 40%, 배양온도(培養溫度) $30{\sim}35^{\circ}C$였으나 변이주(變異株) U-46의 경우는 밀기울에 대한 첨수량(添水量) 60~70%, 배양온도(培養溫度) $35^{\circ}C$였다. 배양일수는 어느 것이나 2~3일간이 적당하였다. 3. 친주(親株)와 변이주(變異株)를 각각의 최적조건(最適條件)에서 배양(培養)할 경우 친주(親株) B-15의 Endo-PG에 비하여 변이주 U-46의 효소활성은 약 20배 높았다. 4. 밀기울배지(밀기울에 대한 첨수량(添水量) 60%)에 $35^{\circ}C$, 3일간 배양할 경우 변이주 U-46 은 친주(親株)에 비하여 Endo-PG 활성이 약 47배(倍)로, Exo-PG 활성은 약 18배로 증가되었으며 cellulase, ${\alpha}$-amylase 및 glucoamylase 활성도 증가되었다. 5. 밀기울에 $(NH_4)_2SO_4$을 1.2~1.5% 첨가(添加)한 배지에서 변이주(變異株) U-46의 Endo-PG 활성(活性)은 약 20% 증가되었다. 6. 변이주(變異株) U-46의 조효소액(粗酵素液)의 Endo-PG 반응(反應) 최적조건은 pH 4.0~4.5, $50^{\circ}C$이었다.
Polygalacturonase (PG) gene is a typical gene family present in eukaryotes. Forty-nine PGs were mined from the genomes of Neurospora crassa and five Aspergillus species. The PGs were classified into 3 clades such as clade 1 for rhamno-PGs, clade 2 for exo-PGs and clade 3 for exo- and endo-PGs, which were further grouped into 13 sub-clades based on the polypeptide sequence similarity. In gene structure analysis, a total of 124 introns were present in 44 genes and five genes lacked introns to give an average of 2.5 introns per gene. Intron phase distribution was 64.5% for phase 0, 21.8% for phase 1, and 13.7% for phase 2, respectively. The introns varied in their sequences and their lengths ranged from 20 bp to 424 bp with an average of 65.9 bp, which is approximately half the size of introns in other fungal genes. There were 29 homologous intron blocks and 26 of those were sub-clade specific. Intron losses were counted in 18 introns in which no obvious phase preference for intron loss was observed. Eighteen introns were placed at novel positions, which is considerably higher than those of plant PGs. In an evolutionary sense both intron loss and gain must have taken place for shaping the current PGs in these fungi. Together with the small intron size, low conservation of homologous intron blocks and higher number of novel introns, PGs of fungal species seem to have recently undergone highly dynamic evolution.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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