인천 연안의 심하게 오염된 갯벌로부터 강력한 세포외 알카리성 단백질 분해효소를 생산하는 호알카리성 Bacillus clausii I-52를 분리하였으며, 이 균주로부터 알카리성 단백질 분해효소의 유전자를 cloning하여 서열 분석을 하였다. Chromosome 서열이 완전히 밝혀진 Bacillus subtilis의 서열을 기초로 하여 알카리성 단백질 분해효소 및 promoter를 포함하도록 primer를 고안하여 PCR을 수행하여 2,277 bp의 DNA 단편을 얻었으며 BLAST 분석 결과 29 개의 아미노산으로 이루어진 signal peptide, 77 개의 아미노산으로 이루어진 propeptide 및 275 개의 아미노산을 갖는 활성형의 BCAP으로 구성된 총 381 개의 아미노산을 코딩하는 1,143 bp의 open reading frame을 확인하였다. 활성형 BCAP의 N-말단 아미노산은 Ala이며, 분자량 및 pI 값은 각각 27698.7 Da과 6.30으로 계산되었다. 아미노산 상동성을 분석한 결과, B. subtilis 유래의 nattokinase precursor 및 B. subtilis BSn5 유래의 subtilisin E precursor와 99%의 서열 상동성을 나타내어 B. clausii I-52 유래의 BCAP은 subtilisin 계열의 단백질 분해효소임을 확인하였다. E. coli BL21(DE3)에서 발현한 재조합 BCAP는 N-Suc-Ala-Ala-Pro-Phe-pNA 를 효율적으로 분해하였다. Refolding한 재조합 BCAP은 전형적인 serine protease inhibitor인 PMSF에 의하여 강하게 효소 활성이 억제됨으로써 serine protease 계열의 단백질 분해효소임을 알 수 있었다.
Trypsin을 비롯한 여러 serine protease를 저해하는 단백질을 계골격근으로부터 여러 chromatography 방법을 이용하여 순수하게 분리하였다. 이 저해제의 분자량은 젤 여과법을 이용하여 측정한 결과 66,000 달톤이었으며 sodium dodecyl sulfate 존지하에서 전기영동하였을 때 66,000과 64,000 달톤의 두 단백질로서 나타났다. 이 중 64,000 달톤의 단백질은 순수분리과정 혹은 생체 내에서 일어난 부분 절제현상에 기인한 66,000 달톤 단백질의 부산물인 것으로 사료된다. 이 저해제는 약 7.4의 등전점을 가진 당 단백질임을 알 수 있었으며, 다량의 cysteine잔기를 포함하고 있다.
Ahmed, Rania S;Embaby, Amira M;Hassan, Mostafa;Soliman, Nadia A;Abdel-Fattah, Yasser R
한국미생물·생명공학회지
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제49권2호
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pp.181-191
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2021
The present study addresses isolation, optimization, partial purification, and characterization of a haloalkaline serine protease from a newly isolated haloarchaeal strain isolated from Wadi El Natrun in Egypt. We expected that a two-step sequential statistical approach (one variable at a time, followed by response surface methodology) might maximize the production of the haloalkaline serine protease. The enzyme was partially purified using Hiprep 16/60 sephacryl S-100 HR gel filtration column. Molecular identification revealed the newly isolated haloarchaeon to be Natrialba hulunbeirensis strain WNHS14. Among several tested physicochemical determinants, casamino acids, KCl, and NaCl showed the most significant effects on enzyme production as determined from results of the One-Variable-At-A-time (OVAT) study. The BoxBehnken design localized the optimal levels of the three key determinants; casamino acids, KCl, and NaCl to be 0.5% (w/v), 0.02% (w/v), and 15% (w/v), respectively, obtaining 62.9 U/ml as the maximal amount of protease produced after treatment at 40℃, and pH 9 for 9 days with 6-fold enhancement in yield. The enzyme was partially purified after size exclusion chromatography with specific activity, purification fold, and yield of 1282.63 U/mg, 8.9, and 23%, respectively. The enzyme showed its maximal activity at pH, temperature, and NaCl concentration optima of 10, 75℃, and 2 M, respectively. Phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF, 5 mM) completely inhibited enzyme activity.
Properties of a protease purified from Neungee[Sarcodon aspratus(Berk, ) S. Ito] have been investigated. The enzyme displays a glycosylated serine protease. The enzyme is able to hydrolyze alanine glycine methionine glutamine and cysteine of N-CBZ and N-t-BOC-L-amino acid derivatibes relatively strongly but splits valine proline and isoleucine derivatives with low affinity which means the enzyme has the broad substrate spectrum toward the amino acids. Interestingly the enzyme was inhibited by bromelain inhibitor. That is the active site environ-ment of the enzyme is believed to be similar to that of bromelain However peptide mapping studies show that the two enzymes have distinct different cleavage sites.
한국 전통 메주로부터 분리 동정한 Bacillus subtilis PCA20-3이 생산하는 protease의 생산조건과 특성을 조사하였다. Protease의 생산 최적조건을 0.2% soytone, 2% starch, 0.1% $(NH_4)_2SO_4,\;0.2%\;CaCl_2,\;0.01%\;yeast\;extract,\;0.1%\;K_2HPO_4,\;0.1%\;KH_2PO_4$, pH 7.0, 30에서 20시간이었다. 효소의 최적작용 pH와 온도는 6.0-11.0, $55^{\circ}C$였고 pH $6.0{\sim}11.0$의 범위와 $50^{\circ}C$이하에서 안정하였다. 금속이온중 $Fe^{(2+)}$와 $Cu^{(2+)}$에 의해 효소활성이 저해되었다. 2mM의 phenymethanesulfonyl fluoride에 의해 89.2%의 활성이 저하되어, 활성 serine을 가진 serine protease임이 시사되었다. 조효소액의 Km값은 $5.0{\times}10^{(-4)}M,\;V_(max)$값은 $100\;{\mu}g/min$이었으며 bovine serum albumin, isolated soybean protein 보다 casein에 대해 초기 가수분해력이 높은 것으로 나타났다.
한국의 재래식메주로부터 분리 동정한 Aspergillus wentti가 생산하는 protease를 정제하고 그 특성을 조사하였다. 기본배지[밀기울 :1% glucose 함유$H_2O=1:1\;(w/v)]$에서의 효소생산 최적조건은 pH 9.0, $30^{\circ}C$, 4일 이었다. 효소의 정제는 먼저 배양 밀기울로부터 20mM phosphate(pH 8.0)로 효소를 추출하고 QAE-Sephadex와 SP-Sephadex의 ion exchange chromatography로 비흡착성 활성단백질을 분리한 후 두차례의 Sephadex G-100 gel filtration로서 분자량 약 32,000(SDS-PAGE분석 : 단일밴드)의 비활성도 213unit/mg, 정제배수 27.3배로 효소를 정제하였다. 본 효소의 $K_m$값은 $3.049{\times}10^{(-4)}M,\;V_(max)$값은 $151.1\;{\mu}g/min$이었으며 ISP, hemoglobin, bovine albumin 보다 casein에 대해 가수분해력이 높은 것으로 나타났다. 정제효소의 최적작용 pH와 온도는 pH 9.0, $50^{\circ}C$였으며 pH $4.0{\sim}11.0$의 범위와 $40^{\circ}C$이하에서 안정하였으며 효소활성은 금속이온에 의해 영향을 받지 않았고 2mM의 phenylmetanesulfonyl fluoride에 의해 86% 실활되었다. 이 결과로부터 본 효소는 효소 활성부위가 serine의 OH기인 serine protease인 것으로 밝혀졌다.
효모세포벽 용해효소의 일종인 Zymolyase$(endo-{\beta}-1\;,3-glucanase)$와 더불어 Arthrobacter luteus로 부터 생산되었고, 또한 Zymolyase의 조효소중에서 발견된 바 있는 염기성 AL-protease의 효모세포벽 용해작용을 S. sake의 생세포와 그 세포벽 표품(標品)을 사용하여 조사하였다. AL-protease의 효모 생세포에 대한 용해활성은 그 단독작용만으로는 지극히 미약하였으나, Zymolyase와의 복합작용에 의해서 용해활성은 고도로 상승하였다. 효모생세포를 AL-protease와 Zymolyase로써 단계적인 처리를 할 경우, 효모세포는 AL-protease로 전처리된 뒤에 Zymolyase로 처리되는 처리 순서에 한하여 효과적으로 용해되었다. 이러한 AL-protease의 촉진적 작용은 AL-protease처럼 염기성이고 serine protease로 알려진 몇가지 시판의 효소들 중에서는 발견되지 않았으며, 또한 AL-protease의 이러한 작용은 실험에 사용된 효모들의 배양조건 및 균종에 따라서 커다란 영향을 받는 것으로 밝혀졌다. AL-protease는 효모세포벽 표품(標品)으로부터 일정량의 peptide와 상당량의 당을 유리시키고 있으나, 그 세포벽을 66% 이상은 용해시키지 못하였다. 반면에, Zymolyase는 그 단독작용으로도 효모세포벽을 거의 완전히 용해시킬 수 있었다. 이상의 실험결과를 기초로 하여, S. sake 세포벽의 용해에 있어서 AL-protease의 효소적 작용은, 먼저 AL-protease가 mannan과 단백질로 구성되는 세포벽 표층부에 결합하고, 이어서 그들의 구조를 변화시킴으로써, Zymolyase를 세포벽의 외부로 부터 알카리 불용성 glucan으로 구축되고 있는 세포벽 내부의 골격구조로까지의 침투를 촉진시키는 것으로 추론되었다.
토양에서 분리된 호알칼리성 coryneform bacteria TU-19는 적어도 세종류의 단백질분해효소(Protease I, II, III)를 생성분비하였다. 이 균주의 효소생산과 관련된 배양조건을 조사해본 결과 최적온도 및 pH는 각각 $30^{\circ}C$와 10.0인 것으로 나타났다. 이틀 배양된 배양액으로부터 이 효소들을 정제하기 위해서 ammonium sulfate fractionation, gel filtration 및 QAE-Sephadex column chromatography 등을 순차적으로 행하였다. 그 결과 이들 세종류의 효소는 SDS-PAGE pattern으로 평가했을 때 single band로 순수 정제되었으며, 각각의 분자량은 120, 80, 45 kDa이었다. 정제된 효소의 특성을 살펴보면 Pretense I과 II의 최적 pH와 온도는 각각 $10.5,\;45^{\circ}C$이었으며, Protease III는 11.0과 $50^{\circ}C$로 나타났다. 또한 이들 세효소는 10 mM PMSF 농도에서 효소활성을 완전히 상실하였으며, pCMB, 1,10-phenanthroline, IAA, EDTA에는 별 영향이 없는 것으로 보아 serine protease의 일종으로 생각된다.
미생물 및 동물에 비해 식물에서는 혈전용해효소에 대한 연구가 매우 부족한 실정이며, 기존의 혈전용해효소가 가지는 혈전에 대한 비특이적, 부작용, 고가 등의 단점을 해결할 수 있는 새로운 혈전용해효소의 개발을 위하여 동백의 종자, 종피, 유엽 그리고 성엽으로부터 추출된 수용성 단백질의 혈전용해활성을 조사하였다. 각각의 동백부위로부터 추출된 조효소 용액은 기존 혈전 용해효소인 plasmin과 양성 대조군으로 하여 비교하여 fibrin agarose plate로 확인한 결과 fibrin clot을 효과적으로 분해하였다. 그 중 단백질 분해효소의 활성이 다른 부위보다 20-33배로 높았던 동백종자와 종피의 수용성 추출물의 혈전용해활성은 양성 대조군인 plasmin과 비교하여 1.6-2.0배의 높은 활성을 나타내었다. 전체 수용성 단백질은 30-80%황산암모늄을 이용하여 농축하였으며 혈전용해효소는 fibrin zymography를 수행하여 확인하였다. SDS-PAGE에 의하여 동백유엽의 혈전용해효소 분자량을 측정한 결과 45 kDa으로 단일 polypeptide임을 확인하였으며, 각종 pretense 저해제에 의한 영향을 조사한 결과 PMSF,그리고 TLCK에 강력하게 저해되는 것으로 보아 동백유엽의 혈전용해효소는 trypsin과 유사한 serine protease의 하나로 생각되었다. 그러나 EDTA와 DTT처리에 의해서는 효소활성의 저해가 두드러지게 나타나지 않고 오히려 증진된 양상을 확인할 수 있었다. 또한, 효소 활성에 미치는 pH 및 온도의 효과는 약간의 산성쪽에 가까운 pH 5.5와 $30^{\circ}C$에서는 최적의 활성을 나타내었으며, $45^{\circ}C$ 이상의 온도에서는 효소활성이 급격히 감소하였다. 이상의 모든 결과로 볼 때 동백유엽의 혈전용해효소는 trypsin과 유사한 serine protease에 속하는 혈전용해효소임을 확인할 수 있었다.
Protease nexin-1 (PN-1)은 활성화 자리에 serine기를 갖는 단백질 분해 효소 즉, 트롬빈, 트립신, 플라스미노겐 활성화 효소 등의 작용을 억제한다. 본 연구에서는 흰쥐의 Sprague-Dawley계통을 이용하여 조직별 mRNA발현여부 및 정도를 조사하였다. PN-1의 발현이 나타난 조직은 뇌 (전뇌, 후뇌), 심장, 간, 폐, 난소, 난관 등이다. 이들 중 유전자 발현이 가장 높은 조직은 암컷의 전뇌(forebrain) 였다. 특히, 생식기관들 중에서는 암컷의 난소와 난관에서만 발현이 관찰되는 등 PN-1 유전자는 성별에 따라 서로 다르게 발현됨이 확인되었다 이러한 결과들로 미루어 PN-1은 여포 형성과정과 초기배 형성과정 등의 생식 및 발생작용과 관련이 있을 것으로 생각된다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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