• Applied Biological Chemistry
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• 제39권6호
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• pp.494-500
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• 1996

중요한 환경문제로 대두되고 있는 중금속 오염의 대처 방안으로 식물을 이용한 경제적인 정화 방법을 모색하고자 미나리의 중금속 흡수능력을 검정하고 카드늄 결합단백질을 동정하였다. 미나리의 중금속 흡수능력은 미나리를 카드늄 $(Cd^{2+})$, 크롬 $(Cr^{3+})$ 및 납 $(Pb^{2+})$의 농도를 달리한 배양액에서 재배한 후 미나리에 잔류하는 중금속을 정량함으로써 측정되었다. 중금속의 처리 기간은 3일과 7일로 하였고, 생장 저해가 일어나는 농도까지 처리하였다. 카드늄은 16.68 ppm, 크롬은 20 ppm까지 지속적으로 잔류량이 증가하였고 그 농도 이상에서는 생장 저해가 일어나면서 잔류량의 증가율이 둔화되었다. 식물체 부위별 카드늄과 크롬의 잔류량은 뿌리에서 월등하게 높게 나타났고 줄기와 잎의 순으로 낮아졌다. 납의 경우는 카드늄과 크롬에 비하여 잔류량이 가장 높은 뿌리에서 4배 정도 잔류량이 높게 나타났다. 20 ppm의 중금속 용액에서 7일간 재배한 미나리 뿌리에는 건조중량 1 g에 대하여, 카드늄이 6.1 mg, 크롬은 5.2 mg 그리고 납은 23.6 mg이 잔류하고 있었다. 이것은 잔류하고 있는 중금속 중에서 카드늄은 80%, 크롬은 92%그리고 납은 96%이상이 미나리 뿌리에 잔류하고 있는 것이다. 20 ppm카드늄이 함유된 배양액에서 7일간 자란 미나리 뿌리 추출액을 Sephadex G-50과 DEAE-Cellulose 크로마토그래피를 수행하여, polyacrylamide gel 전기영동 상으로 단일 단백질 분리대의 중금속 결합단백질을 정제하였다. 이 단백질의 분자량은 gel filtration 상에서 약 5,000 Da이었고 아미노산의 조성을 보면 산성 아미노산이 27.3%, cystein이 9.9%로서 중금속 결합단백질의 특성을 가지고 있었다. 그러나 그 아미노산 조성은 지금까지 알려진 phytochelatin과는 다른 새로운 중금속 결합단백질로 나타났다.

• 미생물학회지
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• 제30권4호
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• pp.310-315
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• 1992

수용액으로부터 $Pb^{2+}$ 의 흡수와 분리를 Staphylococcus epidermidis 를 이용하여 조사하였다. 흡수된 $Pb^{2+}$의 양을 초기 $Pb^{2+}$ 의 양에 대한 비율로 나타낸 것을 흡수율이라고 정의할 경우, 세균체의 농도가 높을수록 흡수율은 증가하였으며 세균체 단위 중량당 흡수율은 감소하였다. $Pb^{2+}$ 의 흡수율은 수용액의 pH 가 상승함에 따라 점차 증가하다가 최고치를 나타낸 후 감소하는 경향을 보였으며 $Pb^{2+}$ 의 농도가 증가할수록 흡수율의 최고치는 더 낮은 pH 에서 나타났다. HCI 과 EDTA 는 효과적인 탈락체로 작용하였으며 흡수와 탈착 cycle 의 횟수에 따른 세균체의 $Pb^{2+}$에 대한 흡수 능력에는 거의 변화가 없었다.$Pb^{2+}$ 이 다른 중금속 이온과 함께 혼재할 경우 세균내의 결합위치에 대한 경쟁적인 흡수로 인하여 $Pb^{2+}$ 의 흡수율이 변화하였으며, 공존하는 중금속 이온의 이온 반경이 작을수록$Pb^{2+}$ 의 흡수율이 더 크게 감소하였다.

• Environmental Sciences Bulletin of The Korean Environmental Sciences Society
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• 제10권S_4호
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• pp.189-196
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• 2001

The blue green alga, Microcystis aeruginosa, was found to accumulate proline under the stressful concentration of cupric ions. The changes of proline level in Microcystis aeruginosa in response to copper(Cu) have been monitored and the function of the accumulated proline was studied with respect to its effect on Cu uptake. Exposure of Microcystis aeruginosa elevated concentrations of Cu led to accumulation of fee proline depending on the concentrations of the metal in the external medium. The greater the toxicity or accumulation of the metal, the higher the amount of proline in algal cells were found. When proline was exogenously supplied prior to Cu treatment, the absorption of Cu was markedly reduced. When exogenous proline was supplied after Cu treatment, it resulted in a remarkable desorption of the adsorbed Cu immediately after the addition of proline. Pretreatment of Microcystis aeruginosa with proline counteracted with metal-induced lipid peroxidation. The results of the present study showed a protective elect of proline on metal toxicity through inhibition of lipid peroxidation and suggested that the accumulation of proline may be related to the tolerance mechanism for dealing with Cu stress.

• Nuclear Engineering and Technology
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• 제54권2호
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• pp.456-461
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• 2022

Heavy metal pollution is caused due to anthropogenic activities and is considered as a serious environmental problem which endangers human health and environment. The present study deals with biosorption, an eco-friendly technique for the removal of heavy metal Zn(II) from aqueous medium. Various natural materials have been explored for the uptake of metal ions, where most of them are physically or chemically enhanced. Dry cowdung powder (DCP) has been utilized as a low-cost, environmentally friendly humiresin without any pre-treatment, thus demonstrating the concept of Green Chemistry. Batch biosorption studies using ⁶⁵Zn(II) tracer were performed and the impact of different experimental parameters was studied. Results revealed that at pH 6, 94 ± 2% of Zn(II) was effectively biosorbed in 5 min, at 303 K. The process was spontaneous and exothermic, following pseudo-second-order reaction. The mechanism of heavy metal biosorption employing green adsorbent was therefore elucidated in order to determine the optimal method for removing Zn(II) ions. DCP has a lot of potential in the wastewater treatment industry, as seen by its ability to meet 3A's affordability, adaptability, and acceptability criteria. As a result, DCP emerges as one of the most promising challengers for green chemistry and the zero-waste idea.

• KSBB Journal
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• 제11권2호
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• pp.173-180
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• 1996

S. CereVlSWe를 이용하여 Pb 이온의 흡착 능력을 조사하였다. 살아있는 S. CereVlSWe 및 멸균된 S. cereVlswe 보다 건조분쇄 된 S. cerevisiae가 Pb 흡착 능력이 가장 좋았다. 통일의 중금속 농도에서 중금 속 단위 흡착량은 미생물 농도가 높아짐에 감소하였다. 살아있는 S. cereVlsiae의 흡착 능력 순서는 Pb > >Cu> Cd = Co>Cr > Zn = Ni순이었다. 중금속 흡 착에서 0.1 M NaOH로 24시간 전처리하여 흡착량을 1.5배 증가시킬 수 있었다. 0.1 M HCl 및 0.1 M $H_2S_O4$ 로 Pb이온을 효과적으로 탈착시킬 수 있었다. Pb 이온의 흡착평형은 Freundlich 흡착등온식과 Langmuir 흡착등온식으로 설명할 수 있었다.

• Journal of Microbiology and Biotechnology
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• 제29권10호
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• pp.1522-1542
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• 2019

To adapt to environmental changes and to maintain cellular homeostasis, microorganisms adjust the intracellular concentrations of biochemical compounds, including metal ions; these are essential for the catalytic function of many enzymes in cells, but excessive amounts of essential metals and heavy metals cause cellular damage. Metal-responsive transcriptional regulators play pivotal roles in metal uptake, pumping out, sequestration, and oxidation or reduction to a less toxic status via regulating the expression of the detoxification-related genes. The sensory and regulatory functions of the metalloregulators have made them as attractive biological parts for synthetic biology, and the exceptional sensitivity and selectivity of metalloregulators toward metal ions have been used in heavy metal biosensors to cope with prevalent heavy metal contamination. Due to their importance, substantial efforts have been made to characterize heavy metal-responsive transcriptional regulators and to develop heavy metal-sensing biosensors. In this review, we summarize the biochemical data for the two major metalloregulator families, SmtB/ArsR and MerR, to describe their metal-binding sites, specific chelating chemistry, and conformational changes. Based on our understanding of the regulatory mechanisms, previously developed metal biosensors are examined to point out their limitations, such as high background noise and a lack of well-characterized biological parts. We discuss several strategies to improve the functionality of the metal biosensors, such as reducing the background noise and amplifying the output signal. From the perspective of making heavy metal biosensors, we suggest that the characterization of novel metalloregulators and the fabrication of exquisitely designed genetic circuits will be required.

• 한국미생물·생명공학회지
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• 제20권6호
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• pp.693-698
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• 1992

공장 폐수를 비롯한 중금속 오염 환경으로부터 효율적인 중금속 제거를 위해 생물학적 오염제거에 관한 연구가 많이 이루어지고 있다. 본 실험에서는 항생제 내성 유전자를 많이 가지고 있는 것으로 알려진 Serratia marcescens를 대상으로 이 균주가 중금속들에 대해 어떤 영향을 보이는지 조사하였다. 그 결과 lead, iron, magnesium, manganese 등의 처리군에서 24시간내에 1,000ppm 이상의 고농도 처리군에서 최소억제성장농도(MIC)를 나타냈으며, cadmium에서는 600ppm 처리군에서, 구리는 800ppm의 처리군에서 MIC를 보였으며, 아연 처리군에서는 800ppm에서 MIC를 나타냈다. 또한 48시간 배양에 따른 MIC 비교 결과, 중금속의 고농도 처리군에서 매우 긴 적응기를 갖는 것으로 확인하였다. 15가지의 항생체를 대상으로 저항성을 조사한 결과, ampicillin, tetracycline, cefamandole, cephalothin에서 저항성을 보엿으며 다른 S. marcescens 균주들에 비해 chloramphenicol에 대한 특이한 민감성을 보였다. 카드뮴과 납을 대상으로 중금속의 세포내 흡수를 조사한 결과 16.59%와 35.38%의 중금속이 세포내로 흡수되었음을 확인하였다.

• 공업화학
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• 제34권2호
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• pp.121-125
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• 2023

카세인(casein)은 포유류의 우유에서 발견되는 단백질로 우유에서는 80% 이상 함유되어 있다. 사람의 모유에는 약 20~45%가 포함되어 있으며 생체 적합성이 높아 의료 및 산업 소재로 사용되고 있다. 카세인은 양친매성 구조로 내부는 소수성이기 때문에 수용액에서 마이셀로 자가 조립이 가능하여 난용성 약물을 봉입할 수 있다. 또한, 단백질 고분자 소재로 생분해성을 갖고 있어 약물의 전달체로서 적합한 특징을 가진다. 본 연구에서는 칼슘 이온 외에 마그네슘, 아연, 철 등 생체 내 존재하는 다양한 금속 이온들을 사용하여 각각 효과적인 카세인 나노입자 형성 조건을 규명하였다. 동적 광산란 측정기와 제타 전위 측정을 통해 150 nm 이하의 균일한 사이즈를 유지하고 음전하를 띠는 나노입자가 형성됨을 확인하였다. 또한, 각각의 카세인 나노입자가 HeLa 세포주에서 80% 이상의 생존율을 나타내 낮은 세포 독성을 확인하였고, 카세인 나노입자 내부에 시험 약물로서 나일 레드를 봉입하여 세포 내부로 효과적으로 유입됨을 공초점 현미경으로 입증하였다. 본 실험들을 통해 제조된 카세인 나노입자의 약물 전달체로서의 가능성을 확인하였다.

• 한국토양비료학회지
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• 제48권5호
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• pp.397-403
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• 2015

Heavy metals reduce the photosynthetic efficiency and disrupt metabolic reactions in a concentration-dependent manner. Moreover, by replacing the metal ions in metalloproteins that use essential metal ions, such as Cu, Zn, Mn, and Fe, as co-factors, heavy metals ultimately lead to the formation of reactive oxygen species (ROS). These, in turn, cause destruction of the cell membrane through lipid peroxidation, and eventually cause the plant to necrosis. Given the aforementioned factors, this study was aimed to understand the physiological responses of rice to cadmium (Cd) and arsenic (As) toxicity and the effect of essential metal ions on homeostasis. In order to confirm the level of physiological inhibition caused by heavy metal toxicity, hydroponically grown rice (Oryza sativa L. cv. Dongjin) plants were exposed with $0-50{\mu}M$ cadmium (Cd, $CdCl_2$) and arsenic (As, $NaAsO_2$) at 3-leaf stage, and then investigated malondialdehyde (MDA) contents after 7 days of the treatment. With increasing concentrations of Cd and As, the MDA content in leaf blade and root increased with a consistent trend. At 14 days after treatment with $30{\mu}M$ Cd and As, plant height showed no significant difference between Cd and As, with an identical reduction. However, As caused a greater decline than Cd for shoot fresh weight, dry weight, and water content. The largest amounts of Cd and As were found in the roots and also observed a large amount of transport to the leaf sheath. Interestingly, in terms of Cd transfer to the shoot parts of the plant, it was only transported to upper leaf blades, and we did not detect any Cd in lower leaf blades. However, As was transferred to a greater level in lower leaf blades than in upper leaf blades. In the roots, Cd inhibited Zn absorption, while As inhibited Cu uptake. Furthermore, in the leaf sheath, while Cd and As treatments caused no change in Cu homeostasis, they had an antagonist effect on the absorption of Zn. Finally, in both upper and lower leaf blades, Cd and As toxicity was found to inhibit absorption of both Cu and Zn. Based on these results, it would be considered that heavy metal toxicity causes an increase in lipid peroxidation. This, in turn, leads to damage to the conductive tissue connecting the roots, leaf sheath, and leaf blades, which results in a reduction in water content and causes several physiological alterations. Furthermore, by disrupting homeostasis of the essential metal ions, Cu and Zn, this causes complete heavy metal toxicity.

• Environmental Engineering Research
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• 제11권6호
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• pp.303-310
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• 2006

The aim of this study is to assess the applicability of sericite in wastewater treatment particularly the removal of two important heavy metal toxic ions viz., Cu(II) and Pb(II) from aqueous solutions. The batch type experiments showed that sericite is found to be one of useful natural sorbent for the removal of these two cations from aqueous solutions and it is also to be observed that with the increase in sorptive concentration amount of metal uptake increases and the concentration dependence data obtained are fitted well for the Langmuir adsorption isotherm rather than Freundlich adsorption model. Further, the Langmuir monolayer adsorption capacity is found to be $1.674\;mg\;g^{-1}$ for Cu(II) and $4.697\;mg\;g^{-1}$ for Pb(II). Kinetic studies enabled, an apparent equilibria can be achieved between soild/solution interface within ca 10 mins for Cu(II) and ca 90 mins for Pb(II). Moreover, the removal behavior of sericite for these two metal ions is greatly influenced by solution pH.