KR100941695B1 - Method for preparing of alpha-D-glucopyranosyl-1?4-arbutin by using amylosucrase from Deinococcus georthermails - Google Patents

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Abstract

본 발명은 디에노코커스 지오써말리스 (Deinococcus georthermails)에서 분리된 아밀로수크라제를 이용하여 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴을 제조하는 방법에 관한 것으로, 화장품 미백 소재로 사용되는 알부틴과 반응하여 높은 수율의 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴을 제조할 수 있다.The present invention relates to a method for preparing alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -albutin using amylosucrase isolated from Deinococcus georthermails, which is a cosmetic whitening material. The high yield of alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin can be prepared by reacting with arbutin used as a.

아밀로수크라제, 디에노코커스 지오써말리스 (Deinococcus georthermails), 알부틴, 알부틴 유도체 Amylosucrase, Deinococcus georthermails, Arbutin, Arbutin Derivatives

Description

디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴 제조방법{Method for preparing of alpha-D-glucopyranosyl-(1→4)-arbutin by using amylosucrase from Deinococcus georthermails}Method for preparing alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -albutin using amylosucrase isolated from Dienococcus geothermalis (Method for preparing of alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4)- arbutin by using amylosucrase from Deinococcus georthermails}

본 발명은 새로운 디에노코커스 지오써말리스 (Deinococcus georthermails) 유래의 아밀로수크라제 (amylosucrase) 를 이용한 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for preparing alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -albutin using amylosucrase from a new Deinococcus georthermails.

본 발명은 새로운 당전이 효소인 디에노코커스 지오써말리스 (Deinococcus geothermalis)유래 아밀로수크라제를 이용하여 알부틴보다 효과가 뛰어난 알부틴 유도체, 더욱 자세하게는 당전이 알부틴 및 그 제조방법에 관한 것이다. 알부틴은 하이드로퀴논(hydroquinone)에 글루코피라노사이드(glucopyranoside)가 결합된 유도체로 하이드로퀴논 사용 시 나타나는 부작용이 적으면서 멜라닌색소 억제작용이 있어 멜라닌색소 침착의 증가를 억제하여 피부질환의 치료제 및 피부 미백 물질로서 사용되고 있는 천연화합물이다.The present invention relates to arbutin derivatives, more particularly sugar transfer arbutin, and a method for preparing the same, using amylosucrase derived from Deinococcus geothermalis , a new sugar transfer enzyme. Arbutin is a derivative in which glucopyranoside is combined with hydroquinone, which has less side effects when using hydroquinone and has melanin pigment inhibitory effect, which inhibits the increase of melanin pigmentation, thereby treating skin diseases and skin whitening. It is a natural compound used as a substance.

당 분자가 전위된 각종 당전이 생성물은 감미의 향상, 용해성 증가, 장내 유 용세균 증식 효과, 화학안정성의 증가 등 기능성이 부가되는 것으로 알려져 있으며, 일부 알부틴 당전이 물질이 일반 알부틴 보다 멜라닌 색소 억제 작용이 뛰어난 것으로 알려 졌다. 일반적인 알부틴 당전이 반응은 기존의 당전이 효소로 많이 알려진 CGTase와 β-glucosidase로 반응시켜 당전이 산물을 생성하는 것으로 알려져 있다. 하지만 이때 사용되는 기질은 말토트라이오스와 셀로바이오스로 높은 비용이 요구되며, 당전이 산물이 일정한 단일 산물이 아닌 여러 산물이 복합적으로 생성되는 등 비경제적인 문제점이 있다.It is known that various sugar transition products in which sugar molecules have been translocated have added functions such as improved sweetness, increased solubility, proliferation of enterobacteriaceae, and increased chemical stability, and some arbutin sugar-transfer substances inhibit melanin pigments than general arbutin. This was known to be outstanding. The general arbutin sugar transfer reaction is known to produce a sugar transfer product by reacting CGTase and β-glucosidase, which are widely known as conventional sugar transfer enzymes. However, the substrate used at this time is a high cost required maltotriose and cellobiose, there is a non-economic problem, such as the production of a complex of several products instead of a single product of the former.

아밀로수크라제는 설탕을 기질로 사용하여 설탕을 포도당과 과당으로 가수분해 한다. 이 때 생성된 포도당을 이용하여 알파-1,4-결합을 한 비수용성 글루칸을 생성하는 것으로 알려져 있다. 기존 연구자들은 아밀로수크라제의 사용을 비수용성 글루칸을 생성하는 것만을 연구 발표하였다. Amylosucrase hydrolyzes sugar into glucose and fructose, using sugar as a substrate. It is known to generate water-insoluble glucan with alpha-1,4-bond using the glucose produced at this time. Previous researchers have reported using amylosucrase only to produce water-insoluble glucans.

따라서, 아밀로수크라제의 새로운 사용법과 알부틴 당전이 산물을 제조시 경제적인 기질을 사용하여 단일 알부틴 산물을 제조하는데 필요한 방법의 개발이 요구된다.Thus, there is a need for new uses of amylosucrase and the development of methods for preparing single arbutin products using economic substrates in the preparation of arbutin saccharide products.

본 발명은 상기와 같은 종래기술의 요구사항을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 종래의 당전이 효소가 아닌 디에노코커스 지오써말리스 (Deinococcus geothermalis) 유래의 아밀로수크라제 (amylosucrase)의 효소을 이용하여 제조단가가 매우 저렴하면서도 멜라닌합성저해능이 매우 우수한 단일 알부틴 유도체를 제공하는 것이다.The present invention is to solve the requirements of the prior art as described above, the purpose of which is an enzyme of amylosucrase derived from Deinococcus geothermalis (amylosucrase), not a conventional sugar transfer enzyme It is to provide a single arbutin derivative is very low production cost but very excellent melanin synthesis inhibitory ability.

또한, 본 발명의 다른 목적은 설탕 및 알부틴(arbutin)을 기질로 포함하는 반응액에 디에노코커스 지오써말리스(Deinococcus geothermails)로부터 유래한 아밀로수크라아제를 첨가하여 효소 반응시키는 것을 특징으로 하는 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 제조방법을 제공하는 것이다.In addition, another object of the present invention is to add an amylosucrase derived from Deinococcus geothermails to the reaction solution containing sugar and arbutin as a substrate, characterized in that for enzymatic reaction It is to provide a method for producing alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin.

상기 본 발명의 목적은 하기 화학식 1로 표시되는 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 또는 이의 유도체에 의해 달성될 수 있는 것이다.The object of the present invention can be achieved by a single arbutin or a derivative thereof using amylosucrase separated from the dienococcus geothermalis represented by the following formula (1).

(화학식 1)

Figure 112009076770325-pat00014
(Formula 1)
Figure 112009076770325-pat00014

삭제delete

상기 본 발명의 다른 목적은 재조합된 아밀로수크라제 효소 10 U/㎖을, 알부틴 50g/L, 설탕 40g/L을 완Tris-Cl 충용액에 혼합한 후 30℃에서 12시간 동안 반응시킨 후 5분 동안 용액을 끓인 다음 여과 단일 알부틴 유도체를 생성하는 단계와; 상기 단일 알부틴 유도체를 분리 및 정제하는 단계; 를 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체의 제조방법에 의해 달성될 수 있는 것이다.Another object of the present invention is to mix the recombinant amylosucrase enzyme 10 U / ㎖, arbutin 50g / L, sugar 40g / L in Wan Tris-Cl filling solution and then reacted at 30 ℃ for 12 hours Boiling the solution for 5 minutes to produce filtered single arbutin derivative; Isolating and purifying the single arbutin derivative; It can be achieved by a method for producing a single arbutin derivative using amylosucrase isolated from the Dienococcus geotheremis, characterized in that made.

또한, 본 발명의 다른 목적은 아밀로수크라제의 당전이 반응에 의해 설탕의 구성성분인 포도당을 알부틴에 전이 시켜 하기 화학식 1의 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체의 제조방법에 의해 달성될 수 있는 것이다.In addition, another object of the present invention is to transfer glucose, which is a component of sugar, to arbutin by a sugar transfer reaction of amylosucrase, using amylosucrase isolated from the dienococcus geothermalis of formula 1 It can be achieved by a method for preparing a single arbutin derivative.

(화학식 1)(Formula 1)

Figure 112008075696588-pat00015
Figure 112008075696588-pat00015

본 발명의 디에노코커스 지오써말리스 (Deinococcus geothermalis)유래 아밀로수크라제 (amylosucrase)는 기존의 당전이 효소보다 높은 효율의 당전이 반응을 나타내며, 기질은 기존의 당전이 반응에 사용되는 값비싼 기질보다 저렴한 설탕을 사용하여 복합 당전이 산물이 아닌 단일 당전이 산물을 만들어 냄으로써, 그 산업적 효과가 매우 크다 할 수 있다. 또한, 본 발명에 의해 만들어진 단일 알부틴 유도체는 일반 알부틴보다 멜라닌색소 합성 저해능이 높고, 세포 독성이 적은 것으로 나타났으며, 이를 통해 본 발명에 의해 만들어진 단일 알부틴 유도체가 일반 알부틴보다 효과가 우수함을 알 수가 있었고, 이는 산업적 가치가 매우 크다 할 것이다.Amylosucrase derived from the Deinococcus geothermalis of the present invention exhibits a higher efficiency of the sugar transfer reaction than the existing sugar transfer enzymes, and the substrate is an expensive one used for the conventional sugar transfer reaction. By using sugar that is cheaper than the substrate to produce a single sugar product rather than a complex sugar product, the industrial effect can be very large. In addition, the single arbutin derivative made by the present invention was found to have higher melanin synthesis inhibitory activity and less cytotoxicity than general arbutin. Through this, it can be seen that the single arbutin derivative made by the present invention is superior to general arbutin. This would be of great industrial value.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 이해를 돕기 위하여 구체적인 실시예 및 비교예를 통하여 본 발명의 구성 및 효과를 보다 상세히 설명하기로 한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명을 보다 명확하기 이해시키기 위한 것일 뿐이며, 본 발명이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, with reference to the accompanying drawings will be described in more detail the configuration and effects of the present invention through specific examples and comparative examples. However, the following examples are only intended to more clearly understand the present invention, and the present invention is not limited to the following examples.

실시예1: 디에노코커스 지오써말리스 (Example 1 dienococcus geothermalis Deinococcus geothermailsDeinococcus geothermails ) 유래 아밀로수크라제 (amylosucrase)의 제조Preparation of Amylosucrase

1-1. 효소를 암호화하는 폴리뉴클레오티드를 포함하는 벡터의 제조1-1. Preparation of a vector comprising a polynucleotide encoding an enzyme

본 발명의 효소인 야생형 디에노코커스 지오써말리스 유래 아밀로수크라제의 암호화하는 폴리뉴클레오티드는 디에노코커스 지오써말리스의 염색체 유전자로부터 분리하여 사용하였다. 그 방법은 아래에 언급되어있다. The polynucleotide encoding the amylosucrase derived from wild-type Dienococcus geothermalis, an enzyme of the present invention, was isolated from the chromosomal gene of Dienococcus geothermalis. That method is mentioned below.

상기 야생형 디에노코커스 지오써말리스 유래 아밀로수크라제를 암호화하는 폴리뉴클레오티드는 디에노코커스 지오써말리스 (Deinococcus geothermalis) DSM 11300의 염색체 DNA를 주형 DNA로 이용하고, 표 1과 같은 조건으로 정방향 프라이머 DGAS1 (서열번호 1) 및 역방향 프라이머 DGAS2 (서열번호 2)을 프라이머로 사용하여, 중합효소 연쇄반응 (PCR)을 표 2와 같은 조건에서 실시하여 수득하였다. The polynucleotide encoding the amylosucrase derived from the wild-type Dienococcus geothermalis uses the chromosomal DNA of Deinococcus geothermalis DSM 11300 as the template DNA, and the forward primer under the conditions shown in Table 1 below. Using DGAS1 (SEQ ID NO: 1) and reverse primer DGAS2 (SEQ ID NO: 2) as a primer, polymerase chain reaction (PCR) was obtained under the conditions shown in Table 2.

[표 1]TABLE 1

명칭designation 유전자서열Gene sequence 서열번호SEQ ID NO: DGAS1DGAS1 5'-GGATCCGATGCTGAAAGACGTGCTCACTTC-3'5'- GGATCC GATGCTGAAAGACGTGCTCACTTC-3 ' 1One DGAS2DGAS2 5'-AAGCTTATGCTGGAGCCTCCCCGGC-3'5'- AAGCTT ATGCTGGAGCCTCCCCGGC-3 ' 22

[표 2]TABLE 2

DenaturationDenaturation Pre-denaturationPre-denaturation 95℃/ 5 min95 ℃ / 5 min AmplificationAmplification DenaturationDenaturation 95℃/ 1 min95 ℃ / 1 min 35 cycles35 cycles AnnealingAnnealing 60℃/ 1 min60 ℃ / 1 min ExtensionExtension 72℃/ 2 min72 ℃ / 2 min Final ExtensionFinal extension Final ExtensionFinal extension 72℃/ 5 min72 ℃ / 5 min

하기 표 3은 본 발명에 따른 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀 로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체에 대한 1H 및 13C NMR 을 이용한 구조분석결과를 나타낸 것이다.Table 3 below shows the results of structural analysis using 1 H and 13 C NMR for a single arbutin derivative using amylosucrase isolated from the Dienococcus geotheremis according to the present invention.

(표 3)Table 3

Figure 112008005907609-pat00003
Figure 112008005907609-pat00003

상기 PCR을 수행한 결과, 벡터 전체를 포함하는 약 1.9 kb의 PCR 산물을 수득하였다. 상기 수득한 PCR 산물을 제한효소 BamHI과 EcoRI로 처리된 pGEM-T Easy 벡터와 함께 접합 (ligation)하여 pGEM-T-DGAS를 제조하였다. 상기 pGEM-T-DGAS를 제한효소 BamHI과 EcoRI로 처리하고, 약 1.9 kbp 길이의 조각을 아가로스 전기영동을 통해 분리하여, 이를 동일한 제한 효소로 처리한 pGEX-4T-1 발현벡터와 함께 라이게이션하여 pGEX-DGAS를 제조하였다. 상기 아밀로수크라제를 암호화하는 아미노산서열의 N-말단에는 글루타치온-S-트랜스퍼라제(glutathion-S-transferase)를 포 함하고 있고, 또한 앰피실린 내성유전자 (ampicillin resistance gene)을 포함하고 있다. As a result of the PCR, a 1.9 kb PCR product including the whole vector was obtained. The obtained PCR product was conjugated with a pGEM-T Easy vector treated with restriction enzymes Bam HI and Eco RI to prepare pGEM-T-DGAS. The pGEM-T-DGAS was treated with restriction enzymes Bam HI and Eco RI, and a fragment of about 1.9 kbp length was separated by agarose electrophoresis, and treated with the same restriction enzyme with the pGEX-4T-1 expression vector. Ligation to prepare pGEX-DGAS. The N-terminus of the amino acid sequence encoding the amylosucrase contains glutathione-S-transferase and also contains an ampicillin resistance gene.

1-2. 형질전환체의 제조1-2. Preparation of Transformant

상기 아밀로수크라제를 대량생산하기 위하여, 상기 재조합 벡터 pGEX-DGAS로 형질전환된 형질전환체를 제조하였다.In order to mass-produce the amylosucrase, a transformant transformed with the recombinant vector pGEX-DGAS was prepared.

E. coli BL21 균주를 5 ㎖의 LB 액체배지에 접종하여 37℃에서 12시간 교반하면서 전 배양하고, 이를 다시 50 ㎖의 LB 액체배지에 재접종하여 흡광도를 600 nm에서 측정하여 그 값이 0.4~0.6이 될 때까지 배양한다. E. coli BL21 strains were inoculated in 5 ml of LB liquid medium and pre-incubated with stirring at 37 ° C. for 12 hours, and then inoculated again in 50 ml of LB liquid medium to measure the absorbance at 600 nm. Incubate until 0.6.

흡광도가 적당한 수치가 되면 얼음에서 약 10분 정도 놓아두었다. 4℃, 4,000 rpm에서 20분간 원심 분리하여 상등액을 제거한 후, 1 ㎖의 냉각된 멸균수를 첨가하여 균체를 완전히 녹인 후 염 성분의 제거를 위해 50 ㎖의 멸균수를 다시 첨가하고 6,000 rpm에서 5분간 원심 분리하여 세척하는 과정을 세 번 반복하였다. 균체에 남아있는 잔여 상등액을 제거하기 위하여 6,000 rpm에서 10분간 원심 분리하여 상층액을 완전히 제거한다. 균체의 무게를 측정하고 1:1의 부피로 냉각된 10% glycerol을 넣고 pellet을 녹여 competent cell을 제조하였다. 미리 차갑게 해 둔 microtube에 50 ㎕씩 옮겨 -70℃에 보관하였다. When the absorbance reached a reasonable level, it was left on ice for about 10 minutes. After removing the supernatant by centrifugation at 4 ° C. and 4,000 rpm for 20 minutes, 1 ml of cooled sterilized water was added to completely dissolve the cells. Then, 50 ml of sterile water was added again to remove the salt component and 5 at 6,000 rpm. The process of centrifugation and washing was repeated three times. The supernatant is completely removed by centrifugation at 6,000 rpm for 10 minutes to remove residual supernatant remaining in the cells. The cells were weighed, and 10% glycerol cooled to a volume of 1: 1 was added to dissolve pellets to prepare competent cells. 50 μl was transferred to a previously cooled microtube and stored at −70 ° C.

형질전환을 수행할 때에는 보관된 50 ㎕의 형질전환용 균 (competent cell)을 약 30분 정도 얼음에서 녹인 후 형질전환 하고자 하는 재조합 pGEM-DGAS가 첨가된 라이게이션 액을 1 ㎕첨가하여 잘 섞은 다음 전기충격 큐벳 (cuvette)으로 옮긴 후 전기충격기 (Hybaid CelljecT Uno, Hybaid Ltd, UK)로 전기적충격을 주어 형질전환을 수행하였다. When performing transformation, 50 μl of stored transformed cells (competent cells) are dissolved in ice for about 30 minutes, and then 1 μl of the ligation solution to which the recombinant pGEM-DGAS to be transformed is added and mixed well. Electric shock was transferred to the cuvette (cuvette) and subjected to electrical shock with an electric shock (Hybaid CelljecT Uno, Hybaid Ltd, UK) to perform transformation.

상기 형질전환을 수행한 반응액에 950 ㎕의 LB 액체배지를 첨가하고 37℃에서, 약 40분간 항온배양기에서 배양한다. 배양 후 ampicillin이 포함 (100㎍/㎖)된 LB 한천 배지에 평판 도말하여 내성을 보이는 균주를 1차 선별하였다. To the reaction solution subjected to the transformation, 950 μl of LB liquid medium was added and incubated at 37 ° C. for about 40 minutes in an incubator. After incubation, the strain was plated on LB agar medium containing ampicillin (100 µg / ml), and the strains showing resistance were first selected.

1차 선별된 균주를 앰피실린이 포함된 LB 액체 배지 5 ml에 접종하여 37℃에서 12시간 배양하고, 원심분리하여 균체를 수득하였다. 플라스미드 분리 키트로 회수된 균체로부터 플라스미드를 분리하고 BamHI과 EcoRI 제한 효소로 절단하여, 약 1.9 kb의 아밀로수크라제를 암호화하는 폴리뉴클레오티드가 포함되어 있음을 확인한 1종의 균주를 선별하였다.The first selected strains were inoculated in 5 ml of LB liquid medium containing ampicillin, incubated at 37 ° C. for 12 hours, and centrifuged to obtain cells. Plasmids were isolated from the cells recovered by the plasmid separation kit and digested with Bam HI and Eco RI restriction enzymes to select one strain that identified a polynucleotide encoding about 1.9 kb of amylosucrase. .

1-3. 변이효소의 정제1-3. Purification of Mutant Enzymes

상기에서 선별한 형질전환주는 37℃에서 배양하여, 흡광도를 600 nm에서 측정하여 그 값이 0.4~0.6이 될 때까지 배양한다. 배양된 균에 최종 농도가 1 mM 이 되도록 IPTG (isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside)을 첨가해준 후, 25℃에서 12시간 배양한다. 배양한 후, 4ㅀC 및 4,000 rpm의 조건에서 30분 동안 원심분리를 수행하여 균체를 회수하고, 인산완충식염수 [140 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na2HPO4, and 1.8 mM KH2PO4, pH 7.3]에 현탁한 후 초음파 분쇄하였다. 상기 초음파를 이용하여 분쇄한 분쇄액을 4ㅀC 및 12,000 rpm의 조건으로 10분간 원심분리 수 행한 후, 상등액을 수득하였다. 상기 상등액은 Glutathione-SepharoseTM High Performance 친화 크로마토그래피에 주입하여, 정제하였으며, 정제된 효소 N말단에 붙어있는 글루타치온-S-트랜스퍼라제를 제거하기 위해 트롬빈처리를 하여 효소에 붙어있는 글루타치온-S-트랜스퍼라제를 제거하였다. 상기 정제 단계별 시료의 전기영동 사진을 도 2에 나타내었다. 1번 줄은 스탠다드 마커를 나타내고, 2번은 발현되지 않은 형질전환주, 3번은 발현된 형질전환주, 4번은 글루타치온 S-트랜스퍼라제가 붙어있는 정제된 아밀로수크라제, 5번은 순수 정제된 아밀로수크라제를 나타낸다.The transgenic strains selected above were cultured at 37 ° C., and the absorbance was measured at 600 nm and cultured until the value became 0.4 to 0.6. IPTG (isopropyl β-D-1-thiogalactopyranoside) was added to the cultured bacteria so that the final concentration was 1 mM, followed by incubation at 25 ° C for 12 hours. After incubation, the cells were recovered by centrifugation at 4 ° C. and 4,000 rpm for 30 minutes, and phosphate buffered saline [140 mM NaCl, 2.7 mM KCl, 10 mM Na 2 HPO 4 , and 1.8 mM KH 2 PO 4 , pH 7.3] followed by ultrasonic grinding. The pulverized pulverized liquid using the ultrasonic wave was centrifuged for 10 minutes under conditions of 4 ° C. and 12,000 rpm, and then a supernatant was obtained. The supernatant was injected and purified by Glutathione-Sepharose High Performance Affinity Chromatography, and glutathione-S-transfer adhered to the enzyme by thrombin treatment to remove glutathione-S-transferase attached to the purified N-terminus. Laze was removed. An electrophoretic photograph of the sample for each purification step is shown in FIG. 2. Line 1 represents a standard marker, number 2 is an unexpressed transformant, number 3 is a transformant expressed, number 4 is purified amylosucrase with glutathione S-transferase, and number 5 is pure purified amylose Rosucrase is shown.

상기 도 2에 나타난 바와 같이, SDS-PAGE상에서 나타난 결과 상기 효소의 분자량이 이론값과 일치하는 약 75kDa의 분자량을 나타내는 것으로 확인되어, 아밀로수크라제 재조합 변이효소는 E. coli BL21에서 성공적으로 발현되었으며, Glutathione-SepharoseTM High Performance 친화성 크로마토그래피 과정을 통하여 효율적으로 정제된다는 것을 확인하였다. As shown in FIG. 2, it was confirmed that the molecular weight of the enzyme exhibited a molecular weight of about 75 kDa consistent with the theoretical value as shown on the SDS-PAGE, and the amylosucrase recombinant mutase was successfully synthesized in E. coli BL21. It was expressed and confirmed to be efficiently purified through Glutathione-Sepharose High Performance affinity chromatography.

실시예2; 알부틴 유도체 제조 및 정제Example 2; Preparation and Purification of Arbutin Derivatives

실험에 사용된 알부틴과 설탕은 Sigma Chemical Co. (St. Louis, MO. USA)로부터 구입하였다. 상기 정제된 재조합 아밀로수크라제 효소 10 U/ml를, 알부틴 50 g/L, 설탕 40 g/L를 Tris-Cl 완충용액 (pH 8.0)에 혼합한 후 30℃에서 12시간 동안 반응시켰다. 반응 후 5분 동안 용액을 끓인 후 왓트만 여지를 이용하여 여과하였 다. 반응액을 고성능 recycling 액체 크로마토그래피를 이용하여 젤투과컬럼 (W-251)을 통과시켜 반응생성물을 분리 정제하였다.Arbutin and sugar used in the experiment were Sigma Chemical Co. (St. Louis, Mo. USA). 10 U / ml of the purified recombinant amylosucrase enzyme was mixed with 50 g / L of arbutin and 40 g / L of sugar in Tris-Cl buffer (pH 8.0), followed by reaction at 30 ° C. for 12 hours. After the reaction, the solution was boiled for 5 minutes and filtered using Whatman filter paper. The reaction solution was passed through a gel permeation column (W-251) using high performance recycling liquid chromatography to separate and purify the reaction product.

실시예 3; 박막크로마토그래피를 이용한 반응생성물의 분석Example 3; Analysis of reaction product using thin layer chromatography

실시예 2의 반응에서 얻어진 반응생성물을 분석하기 위해서 박막크로마토그래피를 수행하였다. 반응 종결 후, 각 시료를 Whatman K5F TLC 플레이트 (20 ㎝ ㅧ 20 ㎝)에 1 ㎕씩 로딩하여 n-부탄올 : 아세트산 : 증류수 = 3:1:1 전개액에서 전개시켰다. 전개 후에 플레이트를 잘 건조시켜 메탄올에 0.3 %(w/v) N-(1-나프틸)-에틸렌디아민과 5 %(v/v) 황산을 용해시킨 발색액에 담갔다가 꺼낸 후 110℃ 오븐에서 10분 동안 발색시켰다. 얻어진 결과를 도 3에 나타냈다. 두번째 줄에서 알 수 있듯이, 알부틴에 당이 전이된 새로운 물질이 생성된 것이 확인되었다.Thin film chromatography was performed to analyze the reaction product obtained in the reaction of Example 2. After the completion of the reaction, each sample was loaded into Whatman K5F TLC plate (20 cm × 20 cm) by 1 μl and developed in n-butanol: acetic acid: distilled water = 3: 1: 1 developing solution. After development, the plate was well dried, soaked in a coloring solution in which 0.3% (w / v) N- (1-naphthyl) -ethylenediamine and 5% (v / v) sulfuric acid was dissolved in methanol, and then taken out in a 110 ° C oven. Color development for 10 minutes. The obtained result is shown in FIG. As can be seen from the second line, it was confirmed that a new substance was transferred to arbutin with sugar transfer.

실시예 4; 고성능액체크로마토그래피를 이용한 알부틴 유도체의 분석Example 4; Analysis of Arbutin Derivatives Using High Performance Liquid Chromatography

실시예 2에서 얻은 생성물을 고성능액체크로마토그래피 (High Performance Liquid Chromatography, HPLC)를 이용하여 분석하였다. 시료는 실시예 2에서 얻은 반응생성물을 0.45 ㎛ 박막여과지로 여과하여 25 ㎕를 주입하였고 유속은 1.0 ml/분으로 하여 분석하였다. HPLC 분석은 시마즈(일본)의 LC-AD 그래디언트 펌프와 SPD-10A 검출기 및 LC-NH2 컬럼 (SUPELCOSILTM)을 이용하여 시행하였으며, 용매는 A 용액(아세트나이트릴), B 용액(물)을 3:1로 혼합하여 사용하였다. 결과를 도 4에 나타낸다. 피크 1은 알부틴, 피크 2는 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴을 나타냈다.The product obtained in Example 2 was analyzed using High Performance Liquid Chromatography (HPLC). The sample was analyzed by filtering the reaction product obtained in Example 2 with 0.45 탆 thin film filter and injecting 25 ㎕ with a flow rate of 1.0 ml / min. HPLC analysis was carried out using a Shimadzu LC-AD gradient pump, SPD-10A detector and LC-NH2 column (SUPELCOSIL TM ), and the solvent was A solution (acetonitrile) and B solution (water). The mixture was used as 1: 1. The results are shown in FIG. Peak 1 represents arbutin and peak 2 represents alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin.

실시예 5; Fast Atom Bombardment Mass Spectroscopy를 이용한 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 분자량 측정Example 5; Molecular Weight Measurement of Alpha-D-Glucopyranosyl- (1 → 4) -Arbutin Using Fast Atom Bombardment Mass Spectroscopy

본 발명의 주요 전이물인 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 분자량을 확인하기 위해서 FABMS (Fast atom bombardment mass spectroscopy: JEOL JMS 700, Japan)을 사용하였다. 결과는 도 5에 나타낸다. 도 5에서 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴은 867 [2M-H]-와 433 [M-H]-에 나타나는 이온 피크로부터 시료의 분자량이 433으로 측정되었다. 이로부터 반응 생성물은 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 분자량과 일치함을 알 수가 있다.Fast atom bombardment mass spectroscopy: JEOL JMS 700, Japan (FABMS) was used to confirm the molecular weight of alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -albutin, the main transition of the present invention. The results are shown in FIG. In FIG. 5, alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin had a molecular weight of 433 from the ion peaks shown at 867 [2M-H] and 433 [MH] . It can be seen from this that the reaction product is consistent with the molecular weight of alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin.

실시예 6; 1H 및 13C NMR을 이용한 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 구조분석Example 6; Structural analysis of alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin using 1 H and 13 C NMR

본 발명의 주요 전이물인 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 구조를 확인하기 위하여 1H 및 13C 핵자기공명분석 (NMR; Varian, USA)을 수행하였다. 시료는 실시예 2에서 순수 정제한, 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴을 중수 (D2O)에 용해시킨 것을 사용하였다. 결과를 표 3에 나타낸다. COSY, HMQC 및 HMBC 실험결과로 부터 반응생성물은 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴임을 알 수 있었다. 1 H and 13 C nuclear magnetic resonance analysis (NMR; Varian, USA) were performed to confirm the structure of alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -albutin, the main transition of the present invention. The sample in Example 2 was purified from the, alpha -D- glucopyranosyl was used by dissolving in heavy water a arbutin (D 2 O) - (1 → 4). The results are shown in Table 3. COSY, HMQC and HMBC experiments showed that the reaction product was alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin.

실시예 7; 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 효능Example 7; Efficacy of alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin

7-1. 버섯에서 추출한 티로신나아제 저해 효과7-1. Inhibitory Effect of Tyrosinase Extracted from Mushrooms

0.03% L-tyrosine 100 ㎕와 알부틴 수용액과 상기 얻어진 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴을 다양한 농도로 50 ㎕ 씩을 각각 67 mM 인산 완충용액 (pH 7.0) 640 ㎕에 섞어주고, 37℃ 10분간 반응시킨다. 60 U 버섯추출 티로신나아제 (mushroom tyrosinase)를 67 mM 인산 완충용액(pH 7.0)에 녹여 10 ㎕를 먼저 제조한 반응액에 첨가하여 37℃에서 30분간 반응시킨다.100 μl of 0.03% L-tyrosine, aqueous arbutin solution, and 50 μl of the obtained alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin at various concentrations were mixed in 640 μl of 67 mM phosphate buffer (pH 7.0), respectively. , 37 ° C for 10 minutes. 60 U mushroom extract tyrosinase (mushroom tyrosinase) is dissolved in 67 mM phosphate buffer (pH 7.0) 10 ㎕ is added to the reaction solution prepared first and reacted for 30 minutes at 37 ℃.

버섯추출 티로신나아제 활성 측정은 475 nm에서 흡광도로 측정하여 다음의 식을 이용하여 구하였다.The mushroom extract tyrosinase activity was measured by absorbance at 475 nm and calculated using the following equation.

tyrosinase activity (%) = [(A-B)/(Cp-Cn)] X 100tyrosinase activity (%) = [(A-B) / (Cp-Cn)] X 100

위 식에서 A는 실험군 (67 mM 인산 완충용액, L-tyrosine, 알부틴 또는 알부틴 유도체, 티로신나아제)의 흡광도; B는 대조군 (67 mM 인산 완충용액, 물, 알부틴 또는 알부틴 유도체, 티로신나아제)의 흡광도; Cp는 양성대조군(67mM 인산 완충 용액, L-tyrosine, 티로신나아제)의 흡광도; Cn은 음성대조군 ( 67mM 인산 완충용액, 물, 티로신나아제)의 흡광도이다. 결과는 도 6에 표시하였다. 일반 알부틴보다 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴은 티로신나아제의 저해능이 더 높은 것으로 나타났고, 6 mM 농도에서 일반 알부틴은 약 50%의 저해능을, 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴은 약 60%의 저해능을 나타났다.In the above formula, A is the absorbance of the experimental group (67 mM phosphate buffer, L-tyrosine, arbutin or arbutin derivative, tyrosinase); B is the absorbance of the control group (67 mM phosphate buffer, water, arbutin or arbutin derivative, tyrosinase); Cp is the absorbance of the positive control (67mM phosphate buffer solution, L-tyrosine, tyrosinase); Cn is the absorbance of the negative control group (67mM phosphate buffer, water, tyrosinase). The results are shown in FIG. Alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin showed higher inhibitory activity of tyrosinase than normal arbutin. At 6 mM concentration, normal arbutin showed about 50% inhibition, alpha-D-glucose. Pyranosyl- (1 → 4) -arbutin showed about 60% inhibition.

7-2. 멜라노마세포주를 이용한 멜라닌합성저해능7-2. Inhibition of melanin synthesis using melanoma cell line

B16F10 뮤린 멜라노마 세포 (B16F10 murine melanoma cell)은 한국 세포주 은행 (Korea Cell Line Bank)에서 구입하였다. B16F10 세포 배지는 Dulbecco's modified Eangle's medium (DMEM) (BioWhittaker, Walkersville, MD, USA)에서 10% 페이탈 보바인 혈청 (fetal bovine serum, FBS) (BioWhittaker)가 첨가된 배지를 사용하였다. 배양조건은 37℃에서 배양하였다. 이때 배양기는 5% CO2가 배양기 대기 중에 포함하게 하였다. B16F10 murine melanoma cells were purchased from Korea Cell Line Bank. B16F10 cell medium was a medium to which 10% fat bovine serum (FBS) (BioWhittaker) was added in Dulbecco's modified Eangle's medium (DMEM) (BioWhittaker, Walkersville, MD, USA). Culture conditions were incubated at 37 ℃. At this time, the incubator contained 5% CO 2 in the incubator atmosphere.

B16F10 세포는 60 mm 세포 배양용 접시 (tissue culture dishes) (Iwaki, Japan)에 10% FBS가 첨가된 2 ml DMEM배지에 풀어서 배양하였다. 48시간 후, 2 ml 인산 완충식염수를 사용하여 2번 wash해주고, 위에 언급한 신선한 배지 2 ml로 교체해준다. 그리고 α-MSH를 최종농도가 200 nM와 알부틴 또는 알부틴 유도체를 1, 5, 10, 20 mM이 되도록 첨가해 준다. B16F10 cells were cultured by releasing them in 2 ml DMEM medium to which 10% FBS was added to 60 mm cell culture dishes (Iwaki, Japan). After 48 hours, wash twice with 2 ml phosphate buffered saline and replace with 2 ml of the fresh medium mentioned above. And α-MSH is added so that the final concentration of 200 nM and arbutin or arbutin derivative to 1, 5, 10, 20 mM.

48시간 후, 세포를 2 ml 인산 완충식염수로 2번 wash해주고 세포를 스크래 퍼(scrapter)를 사용하여 모은다. 모은 세포용액을 4℃에서 1,700xg, 5분간 원심분리 하여 상층액을 버린다. 세포체에 10% DMSO가 첨가된 1N NaOH 200 ㎕을 첨가하고, 80℃에서 1시간 동안 반응시킨다.After 48 hours, the cells are washed twice with 2 ml phosphate buffered saline and the cells are collected using a scraper. The collected cell solution is centrifuged at 1,700xg for 5 minutes at 4 ° C and the supernatant is discarded. 200 μl of 1N NaOH added with 10% DMSO was added to the cell body, and reacted at 80 ° C. for 1 hour.

멜라닌 (melanin)을 교반하여 녹인 후, 멜라닌의 함량을 Synergy HT Multi-Detection Microplate Reader (Biotek Instruments, Ins, Winooski, VT, USA)를 사용하여 405 nm의 흡광도로 측정하였다. 결과는 도 7에 표시하였다. 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴는 5 mM 이상의 농도에서 일반 알부틴 보다 멜라닌합성저해이 일반 알부틴 보다 뛰어난 것으로 나타났다. 10 mM 농도에서 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴은 약 80%의 저해능을 나타냈지만, 일반 알부틴은 약 60%의 저해능을 나타냈다.Melanin (melanin) was dissolved by stirring, the content of melanin was measured by absorbance of 405 nm using Synergy HT Multi-Detection Microplate Reader (Biotek Instruments, Ins., Winooski, VT, USA). The results are shown in FIG. Alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin was found to have higher melanogenesis inhibition than normal arbutin at concentrations above 5 mM. At 10 mM concentration, alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin showed about 80% inhibition, while normal arbutin showed about 60% inhibition.

7-3. 세포독성실험7-3. Cytotoxicity Test

B16F10 세포를 96-well 세포배양용 접시 (96-well tissue culture plates) (Nunc, USA)에 10% FBS가 첨가된 DMEM 200 ㎕를 배지로 사용하여 배양하였다. 48시간 후, 세포를 인산 완충식염수를 사용하여 2번 wash하고, 신선한 배지 200 ㎕으로 교체해 주었다. 이 때 α-MSH를 최종 농도가 200 nM 와 알부틴과 알부틴 유도체를 인산 완충식염수에 녹여 최종 농도가 1, 5, 10, 20 mM이 되도록 첨가해 준다.B16F10 cells were cultured in 96-well tissue culture plates (Nunc, USA) using 200 μl of DMEM with 10% FBS as a medium. After 48 hours, cells were washed twice with phosphate buffered saline and replaced with 200 μl of fresh medium. At this time, the final concentration of α-MSH is 200 nM and arbutin and arbutin derivatives are dissolved in phosphate buffered saline to add the final concentration of 1, 5, 10, 20 mM.

48시간 후, 세포를 인산 완충식염수로 2번 wash해주고, 신선한 배지로 교체해준다. 이때, 3-[4,5-dimethylthiazol-2-yl]-2,5-diphenyl-tertazolium bromide (MTT) 용액 (5 mg/ml in PBS) 20 ㎕를 각각의 배양액에 첨가해, 37℃에서 12시간 동안 반응시킨다. After 48 hours, cells are washed twice with phosphate buffered saline and replaced with fresh medium. At this time, 20 μl of 3- [4,5-dimethylthiazol-2-yl] -2,5-diphenyl-tertazolium bromide (MTT) solution (5 mg / ml in PBS) was added to each culture solution, React for hours.

세포 배양액의 배지를 제거한 후, 세포를 DMSO 100 ㎕에 녹인다. MTT이 전환되어 생성된 포마잔(formazan)의 양은 Synergy HT Multi-Detection Microplate Reader (Biotek Instruments, Ins, Winooski, VT, USA)를 사용하여 570 nm의 흡광도로 측정하였다. 결과는 도 8에 표시하였다. 20 mM 일반 알부틴에서는 세포의 생존율이 약 79%로 나타났고, 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴에서는 약 90%의 생존율을 나타났다. 이를 통해서 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴은 일반 알부틴보다 세포 독성이 낮은 것으로 나타났다.After removing the culture medium from the cell culture, the cells are dissolved in 100 µl of DMSO. The amount of formazan produced by conversion of MTT was measured with an absorbance of 570 nm using Synergy HT Multi-Detection Microplate Reader (Biotek Instruments, Ins, Winooski, VT, USA). The results are shown in FIG. Cell survival was about 79% in 20 mM normal arbutin and about 90% in alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin. This suggests that alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin has lower cytotoxicity than regular arbutin.

도 1은 본 발명에 따른 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용하여 제조한 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 화학식이다.FIG. 1 is a chemical formula of alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin prepared using amylosucrase isolated from dienococcus geothermalis according to the present invention.

도 2는 본 발명에 따른 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체의 정제 단계별 시료의 전기영동 사진이다.FIG. 2 is an electrophoretic photograph of a step-by-step sample of purification of a single arbutin derivative using amylosucrase isolated from dienococcus geothermalis according to the present invention.

도 3은 본 발명에 따른 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체에 대한 박막크로마토그래피 분석결과를 나타낸 것이다.Figure 3 shows the results of thin layer chromatography analysis of a single arbutin derivative using amylosucrase isolated from Dienococcus geothermalis according to the present invention.

도 4는 본 발명에 따른 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체에 대한 고성능액체크로마토그래피를 이용한 분석결과를 나타낸다.Figure 4 shows the results of analysis using high performance liquid chromatography for a single arbutin derivative using amylosucrase isolated from Dienococcus geothermalis according to the present invention.

도 5는 본 발명에 따른 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체에 대한 Fast Atom Bombardment Mass Spectroscopy를 이용한 분자량 측정결과를 나타낸다.Figure 5 shows the results of molecular weight measurement using Fast Atom Bombardment Mass Spectroscopy for a single arbutin derivative using amylosucrase isolated from Dienococcus geothermalis according to the present invention.

도 6은 본 발명에 따른 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체에 대한 버섯에서 추출한 티로신나아제 저해 효과 분석결과를 나타낸 것이다.Figure 6 shows the results of analysis of tyrosinase inhibitory effect extracted from mushrooms against a single arbutin derivative using amylosucrase isolated from the Dienococcus geothermalis according to the present invention.

도 7은 본 발명에 따른 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체에 대한 멜라노마세포주를 이용한 말라닌합성저해능의 분석결과를 나타낸 것이다.Figure 7 shows the results of the analysis of the inhibition of malin synthesis using a melanoma cell line for a single arbutin derivative using amylosucrase isolated from Dienococcus geothermalis according to the present invention.

도 8은 본 발명에 따른 디에노코커스 지오써말리스로부터 분리된 아밀로수크라제를 이용한 단일 알부틴 유도체에 대한 세포독성실험 결과를 나타낸 것이다.Figure 8 shows the cytotoxicity test results for a single arbutin derivative using amylosucrase isolated from Dienococcus geothermalis according to the present invention.

Claims (14)

삭제delete 설탕 및 알부틴(arbutin)을 기질로 포함하는 반응액에 디에노코커스 지오써말리스(Deinococcus geothermails)로부터 유래한 아밀로수크라아제를 첨가하여 효소 반응시키는 것을 특징으로 하는 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 제조방법Alpha-D-glucopyranosyl- characterized in that the reaction solution containing sugar and arbutin is added to amylosucrase derived from Deinococcus geothermails and subjected to enzymatic reaction. (1 → 4) -Method of arbutin 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제2항에 있어서, The method of claim 2, 상기 아밀로수크라아제는,The amylosucrase is, 정제를 위한 태그로 글루타치온-S-트랜스퍼라아제(glutathion-S-transferase)를 N-말단에 포함하고 있는 것을 특징으로 하는 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 제조방법Method for producing alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin, characterized in that glutathione-S-transferase is contained at the N-terminus as a tag for purification. 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 삭제delete 제2항에 있어서, The method of claim 2, 효소 반응은, Enzyme reaction, 30℃의 온도에서 12시간 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 알파-D-글루코피라노실-(1→4)-알부틴의 제조방법Method for preparing alpha-D-glucopyranosyl- (1 → 4) -arbutin, characterized in that carried out for 12 hours at a temperature of 30 ℃ 삭제delete
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