KR102068459B1 - Method for preparation of catechol derivatives by using tyrosinase derived from burkholderia thailandensis and application thereof - Google Patents

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Abstract

티로시나아제를 이용하여, 모노페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질을 제조하는 방법으로서, 상기 티로시나아제는 버크홀데리아 타일란덴시스(Burkholderia thailandensis) 유래 티로시나아제이고, 상기 제조는 pH 1.5 내지 pH 6.5 의 산성 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.A method for preparing a catechol-type structural material from a monophenolic structural material using tyrosinase, wherein the tyrosinase is a tyrosinase derived from Burkholderia thailandensis , and the preparation is pH 1.5 to A production method, characterized in that the acidic conditions of pH 6.5.

Description

버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제를 이용한 카테콜형 구조 물질의 제조 방법 및 그의 응용{METHOD FOR PREPARATION OF CATECHOL DERIVATIVES BY USING TYROSINASE DERIVED FROM BURKHOLDERIA THAILANDENSIS AND APPLICATION THEREOF}METHOD FOR PREPARATION OF CATECHOL DERIVATIVES BY USING TYROSINASE DERIVED FROM BURKHOLDERIA THAILANDENSIS AND APPLICATION THEREOF}

본 발명은 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제를 이용한 카테콜형 구조 물질의 제조 방법 및 그의 응용에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a catechol-type structural material using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase and its application.

티로시나아제는 모노페놀형 구조 물질(예, L-tyrosine)을 카테콜형 구조 물질로 수산화하는 일차 수산화 반응(monophenolase activity)과, 모노페놀형 구조 물질에서 생변환된 카테콜형 구조 물질을 멜라닌 색소 전구체인 퀴논형 물질(quinonic compounds)로 산화시키는 이차 산화 반응(dipehnolase activity)을 연속하여 진행한다. 보통 유산소 조건하, 모노페놀형의 pKa 이상의 염기성 pH 조건에서는 카테콜형 구조 물질이 쉽게 자연 산화되어 퀴논형 물질을 형성하게 된다. 상기 퀴논형 물질은 라디칼을 형성하여 빠르게 멜라닌을 형성하고, 생성된 멜라닌 색소는 안정적인 구조체로 자외선 영역의 빛을 차단하는 기능을 가진다. 티로시나아제는 두 개의 구리 이온을 활성부위 주변 여섯 개의 히스티딘(histidine) 아미노산으로 붙잡고 있으며, 그 두 개의 구리 이온 간의 거리는 구리를 포함하는 카테콜 옥시다제(catechol oxidase)와 다른 티로시나아제 군 안에서 일정하게 보존되어 있다. 티로시나제는 산소의 유무에 따라, 또한 두 개의 구리 사이에 결합한 산소 원자 개수에 따라, 디옥시 형태(deoxy-tyrosinase), 옥시 형태(oxy-tyrosinase) 및 메트 형태(met-tyrosinase)의 세 가지의 형태로 구분된다. Tyrosinase is the primary hydroxylation activity of hydroxylating monophenolic structural materials (eg L-tyrosine) to catecholic structural materials, and melanin pigment precursors which are biotransformed from monophenolic structural materials. The secondary oxidation reaction (dipehnolase activity) to oxidize to the quinonic compounds (quinonic compounds) is carried out continuously. Under basic aerobic conditions, at basic pH conditions above the monophenolic pKa, the catechol-type structural material readily oxidizes to form a quinone-like material. The quinone type material forms radicals to rapidly form melanin, and the resulting melanin pigment has a function of blocking light in the ultraviolet region with a stable structure. Tyrosinase traps two copper ions with six histidine amino acids around the active site, and the distance between the two copper ions is constant within the catechol oxidase and other tyrosinase families containing copper. It is preserved. Tyrosinase has three forms, deoxy-tyrosinase, oxy-tyrosinase and met-tyrosinase, depending on the presence of oxygen and the number of oxygen atoms bonded between the two coppers. Separated by.

디옥시 형태(deoxy-tyrosinase)는 두 구리 이온 사이 산소를 포함하지 않은 형태이며, 산소가 공급되지 않으면, 수산화 반응 및 산화 반응을 할 수 없는 비활성체이다. The deoxy-tyrosinase is a form that does not contain oxygen between two copper ions, and is an inactive substance that cannot undergo hydroxylation and oxidation without oxygen supply.

공기 중 산소가 용매에 해리되거나 과산화수소가 공급되면 디옥시 형태의 두 개의 구리 이온 사이에 산소 분자(O2) 하나를 잡게 되고, 그 형태를 옥시 형태(oxy-tyrosinase)라 한다. 이 옥시 형태에 모노페놀의 산소원자가 구리 이온 한 개에 결합하면, 티로시나아제의 일차 수산화 반응이 시작된다. When oxygen in the air dissociates in a solvent or hydrogen peroxide is supplied, one oxygen molecule (O 2 ) is trapped between two copper ions of the deoxy form, and the form is called an oxy-tyrosinase. When the oxygen atom of monophenol is bound to one copper ion in this oxy form, the primary hydroxylation reaction of tyrosinase begins.

상기 일차 수산화 반응으로, 산소 분자 결합이 깨지며 하나의 산소 원자가 오르토 위치 탄소와 결합을 하며 수산화기가 삽입되고, 티로시나아제 두 구리 사이에는 하나의 산소 원자만이 남아있게 된다. 이 형태를 메트 형태라 한다. 이 때 카테콜형 구조 물질과 메트-티로시나아제는 분리되고, 두 구리 사이의 산소 원자 하나는 이루고 있는 각도를 재배열하며, 이차 산화 반응을 준비한다. 위에서 언급한 것처럼 메트 형태는 카테콜형 구조 물질을 산화 시킬 수 있지만, 모노페놀형의 수산화 반응에는 참여하지 않는다. 그러므로, 옥시-티로시나아제의 모노페놀형 구조 물질의 산화 반응 후, 생성된 카테콜형 구조 물질이 메트-티로시나아제에 의해 산화되지 못할 경우, 메트-티로시나아제는 디옥시-티로시나아제로 변환되지 못해 축적되게 되며 티로시나아제는 비활성화된다. In the primary hydroxylation, oxygen molecular bonds are broken, one oxygen atom bonds with ortho-positioned carbon, a hydroxyl group is inserted, and only one oxygen atom remains between the two copper tyrosinase. This form is called a mat form. At this time, the catechol-type structural material and meth-tyrosinase are separated, one oxygen atom between the two copper rearranges the angle formed, and prepares for the secondary oxidation reaction. As mentioned above, the metform can oxidize the catechol-type structural material but does not participate in the monophenol-type hydroxide reaction. Therefore, after the oxidation reaction of the monophenolic structural material of oxy-tyrosinase, if the resulting catechol-type structural material is not oxidized by met-tyrosinase, meth-tyrosinase is converted into deoxy-tyrosinase. It can't be converted and will accumulate, and tyrosinase is inactivated.

대개 일차 수산화 반응의 반응 속도 (Vmax_mono) 보다 이차 산화 반응의 속도 (Vmax_di) 가 10 배 가량 크기 때문에 중간 생성물인 카테콜형 구조 물질을 축적하기에 어려움이 있다. 그러므로, 이 연속적 산화반응의 중간 물질(첫번째 산화반응의 생성물)인 카테콜형 구조 물질 생산을 위해 티로시나아제의 첫번째와 두번째 산화반응속도 비율을 조절하기 위한 효소공학적 연구가 많이 진행되고 있다(비특허문헌 1). Usually there is because the reaction rate is the speed (V max_di) of the secondary oxidation than (V max_mono) of the primary hydroxylation size 10 times difficult to accumulate the category kolhyeong structure material intermediate. Therefore, many enzymatic studies have been conducted to control the ratio of the first and second oxidation rates of tyrosinase for the production of catechol-type structural materials which are intermediates of this continuous oxidation reaction (product of the first oxidation reaction). Document 1).

모노페놀형 구조 물질의 일차 수산화 반응 생성물인 카테콜형 구조 물질들은 항산화, 항암, 항염증 또는 항바이러스 효과 등에 있어서 좋은 생리활성을 나타낸다고 보고되어 있으며, 그 효과가 모노페놀형 구조 물질보다 높은 것으로 보고되어 있다. 예컨대, 카테콜형 구조 물질의 일종인 3-하이드록시 플로레틴(3-hydroxy phloretin)의 경우, 플로레틴 보다 항산화 효능이 더 우수하고 콜레스테롤 축적을 저해하는 성질이 있어 동맥경화, 파킨슨병 등을 유발할 수 있는 지질 과산화를 저해하는 것으로 잘 알려져 있다(비특허문헌 2). 또한, 폴리페놀 파이토케미컬(polyphenolic phytochemical) 중에서도 다이드제인 및 제니스테인은 콩에 존재하는 아이소플라본으로, 특이적 위치에 수산화가 된 3'-오르토하이드록시 다이드제인 및 3'-오르토하이드록시 제니스테인은 콩 발효식품에 존재한다고 알려져 있으며, 항산화 기능 및 항암 기능을 가지고 있는 것으로 알려져 있다(비특허문헌 6, 7). 당화 물질인 제니스틴 및 다이드진 또한 위치 특이적 수산화에 의하여 항산화성 기능이 향상되는 것으로 알려져 있다(비특허문헌 8). 그 밖에도, 다양한 식물에서 함유하고 있는 퀘르세틴(quercetin), 올리브 오일에 함유된 하이드록시티로졸(hydroxytyrosol), 포도에 함유된 아스트린진(astringin) 등 카테콜형 물질은 모노페놀형 물질에 비해 더 강한 항산화 능력을 가지고 있다. 따라서 카테콜형 구조 물질들은 식품 첨가제나 치료제의 원료로 각광받고 있으며 생물학적 기술을 이용한 생산 방법에 대한 연구가 지속적으로 진행되어 왔다(비특허문헌 3, 4). Catechol-type structural substances, which are the primary hydroxylation products of monophenolic structural substances, have been reported to exhibit good physiological activity in antioxidant, anti-cancer, anti-inflammatory or antiviral effects, and are reported to have higher effects than monophenolic structural substances. have. For example, 3-hydroxy phloretin, a type of catechol-type structural material, has a higher antioxidant activity than floretine and inhibits cholesterol accumulation, which may cause atherosclerosis and Parkinson's disease. It is well known to inhibit the lipid peroxidation which exists (nonpatent literature 2). In addition, among polyphenolic phytochemicals, dydzein and genistein are isoflavones present in soybean, and 3'-orthohydroxy didezein and 3'-orthohydroxy zenistein are hydroxylated at specific positions. It is known to exist in soybean fermented foods, and is known to have antioxidant function and anticancer function (Non Patent Literatures 6 and 7). It is known that the glycosylation agents, genistin and dydazine, also improve antioxidative function by site specific hydroxylation (Non Patent Literature 8). In addition, catechol-type substances such as quercetin in various plants, hydroxytyrosol in olive oil, and astringin in grapes are more effective than monophenolic substances. Has strong antioxidant capacity Therefore, catechol-type structural materials are in the spotlight as raw materials for food additives and therapeutic agents, and research on production methods using biological technologies has been continuously conducted (Non-Patent Documents 3 and 4).

카테콜형 구조 물질의 생합성에 있어서의 문제점은 앞서 언급한 것처럼 대부분의 카테콜형 구조 물질은 불안정하여, 중성 이상의 pH 에서 쉽게 산화되어 라디칼 형성 물질인 퀴논형 물질로 변성된다는 것이다(비특허문헌 5). 또한 기존 보고된 티로시나아제의 경우 pH 6 내지 pH 9 에서 활성이기 때문에 이들 티로시나아제를 이용하여 카테콜형 구조 물질을 생성하는 경우 효소에 의한 두번째 산화 반응과 관계 없이 용존 산소에 의해서도 쉽게 산화되어 버리는 문제점이 있다. 또한, 대부분의 식물은 다양한 종류의 폴리페놀을 다량으로 함유하고 있으므로, 폴리페놀 물질을 쉽게 구할 수 있으나, 폴리페놀 물질의 모노페놀 구조에 위치 특이적인 오르토 수산화 반응은 화학적 합성이 어렵다는 문제점이 있다. 따라서, 유용한 카테콜형 구조 물질을 효율적으로 생산할 수 있는 기술이 요망된다.The problem with the biosynthesis of the catechol type structural material is that, as mentioned above, most of the catechol type structural materials are unstable, and are easily oxidized at a pH higher than neutral to be modified into a quinone type material which is a radical forming material (Non Patent Literature 5). In addition, since the reported tyrosinase is active at pH 6 to pH 9, when catechol-type structural materials are produced using these tyrosinase, it is easily oxidized by dissolved oxygen regardless of the second oxidation reaction by the enzyme. There is a problem. In addition, since most plants contain a large amount of various types of polyphenols, polyphenol materials can be easily obtained, but location-specific ortho hydroxide reactions in the monophenol structure of the polyphenol materials have a problem in that chemical synthesis is difficult. Therefore, there is a need for a technique that can efficiently produce useful catecholtic structural materials.

한국 특허 공개 제10-2013-0092168호Korean Patent Publication No. 10-2013-0092168 한국 특허 공개 제10-2015-0001169호Korean Patent Publication No. 10-2015-0001169

Goldfeder, M., Kanteev, M., Adir, N. and Fishman, A. (2013) Influencing the monophenolase/diphenolase activity ratio in tyrosinase BBA-Proteins and Proteomics. 1834:629-633. Goldfeder, M., Kanteev, M., Adir, N. and Fishman, A. (2013) Influencing the monophenolase / diphenolase activity ratio in tyrosinase BBA-Proteins and Proteomics. 1834: 629-633. Mylonas C, Kouretas D, Lipid peroxidation and tissue damage, In Vivo, 1999, 13(3), 295-309 Mylonas C, Kouretas D, Lipid peroxidation and tissue damage, In Vivo, 1999, 13 (3), 295-309 Tim Ridgway et al., Antioxidant action of novel derivatives of the apple-derived flavonoid phloridzin compared to oestrogen: relevance to potential cardioprotective action, Biochem Soc Trans, 1997, 25, 160S Tim Ridgway et al., Antioxidant action of novel derivatives of the apple-derived flavonoid phloridzin compared to oestrogen: relevance to potential cardioprotective action, Biochem Soc Trans, 1997, 25, 160S Regioselective Hydroxylation of trans-Resveratrol via Inhibition of Tyrosinase from Streptomyces avermitilis MA4680 [ACS Chem. Biol., 2012, 7 (10), pp 1687-1692] Regioselective Hydroxylation of trans-Resveratrol via Inhibition of Tyrosinase from Streptomyces avermitilis MA4680 [ACS Chem. Biol., 2012, 7 (10), pp 1687-1692] Nina Schweigert. Et al., Chemical properties of catechols and their molecular modes of toxic action in cells, from microorganisms to mammals, Environmental Microbiology, 2001, 3(2), 81 Nina Schweigert. Et al., Chemical properties of catechols and their molecular modes of toxic action in cells, from microorganisms to mammals, Environmental Microbiology, 2001, 3 (2), 81 DE Lee. Et al., 7,3',4'-Trihydroxyisoflavone, a Metabolite of the Soy Isoflavone Daidzein, Suppresses Ultraviolet B-induced Skin Cancer by Targeting Cot and MKK4, Journal of Biological Chemistry, 2011, 286, 14246-14256 DE Lee. Et al., 7,3 ', 4'-Trihydroxyisoflavone, a Metabolite of the Soy Isoflavone Daidzein, Suppresses Ultraviolet B-induced Skin Cancer by Targeting Cot and MKK4, Journal of Biological Chemistry, 2011, 286, 14246-14256 S.Isonishi. Et al., Differential regulation of the cytotoxicity activity of paclitaxel by orobol and platelet derived growth factor in human ovarian carcinoma cells, Oncology Reports, 2007, 18, 195-201 S.Isonishi. Et al., Differential regulation of the cytotoxicity activity of paclitaxel by orobol and platelet derived growth factor in human ovarian carcinoma cells, Oncology Reports, 2007, 18, 195-201 Chaing CM, Et al., Improving Free Radical Scavenging Activity of Soy Isoflavone Glycosides Daidzin and Genistin by 3'-Hydroxylation Using Recombinant Escherichia coli, Molecules, 2016, 21(12), E1723 Chaing CM, Et al., Improving Free Radical Scavenging Activity of Soy Isoflavone Glycosides Daidzin and Genistin by 3'-Hydroxylation Using Recombinant Escherichia coli, Molecules, 2016, 21 (12), E1723

본 발명의 목적은 모노페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질을 합성하는데 있어, 높은 생산성과 수율로 카테콜형 구조 물질을 생산할 수 있는 기술을 개발하기 위한 것이다. 특히, 본 발명자들은 산성 조건에 특화된 티로시나아제를 이용하여 기능성 카테콜형 구조 물질을 효과적으로 생산하고자 하였다.An object of the present invention is to develop a technique capable of producing a catechol type structural material with high productivity and yield in synthesizing a catechol type structural material from a monophenolic structural material. In particular, the inventors have sought to effectively produce functional catechol type structural materials using tyrosinase specialized for acidic conditions.

이에 본 발명자들은 상기한 과제를 해결하기 위하여, NCBI 데이터베이스에서 미생물 유래 천여개의 티로시나아제를 분류하여, 기존 많이 보고된 방선균(S. avermitilis) 유래 티로시나아제와 바실러스 메가테리움(B. megaterium) 유래 티로시나아제와 유전학적으로 많이 상이한 버크홀데리아 타일란덴시스(Burkholderia thailandensis) 유래 티로시나아제를 선별하고, 이를 E. coli내에서 생산하였다(도 1 참조).In order to solve the above problems, the present inventors classify a thousand microorganisms derived from microorganisms from the NCBI database, and many reported S. avermitilis- derived tyrosinase and Bacillus megaterium ( B. megaterium ). Burkholderia thailandensis- derived tyrosinase from the genetically much different from the derived tyrosinase was selected and produced in E. coli (see FIG. 1).

연구 결과, 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)는 최적 pH 조건이 pH 1.5 내지 6.5 로 완벽한 산성 조건이며, 중성 이상의 pH조건에서는 반응성이 완벽히 억제된다. 또한, 생성물의 pka 값 이하인 산성 조건에서는 카테콜형 구조 물질의 자동 산화반응이 저해되어, 일차 수산화 반응 생성물인 카테콜형 구조 물질이 보호된다는 점을 발견하여 본 발명을 완성하기에 이르렀다. As a result, the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) has an optimal pH condition of pH 1.5 to 6.5, which is a perfect acidic condition, and reactivity is completely suppressed at a pH higher than neutral. In addition, the present invention was completed by discovering that under acidic conditions below the pka value of the product, the automatic oxidation of the catechol-type structural material is inhibited, thereby protecting the catechol-type structural material which is the primary hydroxylation product.

구체적으로, 본 발명은 Specifically, the present invention

(1) 티로시나아제를 이용하여, 모노페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질을 제조하는 방법으로서, 상기 티로시나아제는 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제이고, 상기 제조는 pH 1.5 내지 6.5 의 산성 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법에 관한 것이다. (1) A method for producing a catechol-type structural material from a monophenolic structural material using tyrosinase, wherein the tyrosinase is a Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase, and the preparation is pH 1.5 to 6.5 It relates to a production method characterized in that the acidic conditions of.

(2) 상기 제조는 바람직하게 pH 3.5 내지 6.0 의 산성 조건에서 이루어질 수 있다. (2) The preparation may preferably be made in acidic conditions of pH 3.5 to 6.0.

(3) 상기 모노페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질이 생성되는 일차 수산화 반응의 속도(Vmax_mono)와 카테콜형 구조 물질로부터 퀴논형 물질이 생성되는 이차 산화 반응의 속도(Vmax_di)의 비율(Vmax_mono/Vmax_di)이 0.8 이상일 수 있다. (3) the ratio (Vmax_mono) of the primary hydroxylation rate (Vmax_mono) in which the catechol-type structural material is formed from the monophenolic structural material and the rate (Vmax_di) of the secondary oxidation reaction in which the quinone type material is produced from the catechol-type structural material (Vmax_mono / Vmax_di) may be greater than or equal to 0.8.

(4) 상기 제조 방법은 (a) 생성된 카테콜형 구조 물질을 전이금속이온 또는 붕소이온으로 배위 결합시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다. (4) The manufacturing method may further comprise (a) coordinating the resulting catechol-type structural material with transition metal ions or boron ions.

(5) 상기 붕소이온은 붕소산일 수 있다. (5) The boron ion may be boric acid.

(6) 상기 제조 방법은 하기 (b) 및 (c) 단계 중 하나 이상의 단계를 추가로 포함할 수 있다:(6) The preparation method may further comprise one or more of the following steps (b) and (c):

(b) 티로시나아제의 과산화반응에 의해 생성된 퀴논형 구조 물질을, 환원력을 도입하여, 카테콜형 구조 물질로 환원시키는 단계; (b) reducing the quinone type structural material produced by the peroxidation of tyrosinase to a catechol type structural material by introducing a reducing force;

(c) 환원력을 도입하여, 메트-티로시나아제를 활성화시키는 단계. (c) introducing a reducing force to activate met-tyrosinase.

(7) 상기 환원력이 전기화학, NADH, NADPH, 아스코빅산, 시스테인, p-쿠마릭산, 히드록실아민, 카테콜, 피로갈롤 및 카페인산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것으로부터 제공될 수 있다. (7) The reducing power may be provided from one selected from the group consisting of electrochemistry, NADH, NADPH, ascorbic acid, cysteine, p- coumaric acid, hydroxylamine, catechol, pyrogallol and caffeic acid.

(8) 상기 모노페놀형 구조 물질은 티로신 아미노산, 티로솔, 레스베라트롤, 다이드제인, 제니스테인, 아피제닌, 플로레틴, 페놀, 파라-쿠마릭산, 파라-니트로페놀, 파라-크레졸, 파라-비닐페놀, 오르소-아미노페놀, 세파드록식, 아목실린 및 노카르디신으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다. (8) The monophenolic structural material is tyrosine amino acid, tyrosol, resveratrol, dydzein, genistein, apigenin, floretine, phenol, para-coumaric acid, para-nitrophenol, para-cresol, para-vinylphenol , Ortho-aminophenol, cepadrox, amocillin and nocardycin.

(9) 상기 카테콜형 구조 물질은 루테올린, 3-하이드록시프롤레틴, 3'-오르토하이드록시다이즈제인, 오로볼, 피스아타놀, 수산화 티로솔, 도파(dopa), 카페익산, 3,4-디하이드록시니트로벤젠, 3,4-디하이드록시톨루엔 및 3,4-디하이드록시스티렌으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.(9) The catechol-type structural material is luteolin, 3-hydroxyproletin, 3'- ortho hydroxydizezein, aurobol, pisethanol, tyrosol hydroxide, dopa, caffeic acid, 3, 4-dihydroxynitrobenzene, 3,4-dihydroxytoluene and 3,4-dihydroxystyrene.

(10) 상기 모노페놀형 구조 물질은 플로레틴이고, 상기 카테콜형 구조 물질은 3-하이드록시 플로레틴일 수 있다. (10) The monophenolic structural material may be floretine, and the catechol-type structural material may be 3-hydroxy floretine.

(11) 상기 모노페놀형 구조 물질은 플로레진이고, 상기 카테콜형 구조 물질은 3-하이드록시 플로레진일 수 있다. (11) The monophenol-type structural material may be a resin, and the catechol-type structural material may be 3-hydroxy resin.

(12) 상기 모노페놀형 구조 물질은 다이드제인(daidzein), 플로레틴(phloretin), 캠페롤(kaempfereol), 나린제닌(naringenin), 레스베라트롤(resveratrol), 다이드진(daidzin), 제니스테인(genistein), 글리시틴(glycitin), 폴리다틴(polydatin), 노토파긴(nothofagin), 티로졸(tyrosol) 및 시네프린(synephrine)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.(12) The monophenol-type structural material may be diedzein, phloretin, camphorol, kaempfereol, naringenin, resveratrol, daidzin, genistein ), Glycidin (glycitin), polydatin (polydatin), notofagin (nothofagin), tyrosol (tyrosol) and synephrine (synephrine).

(13) 상기 카테콜형 구조 물질은 3'-하이드록시 다이드제인, 3-하이드록시 플로레틴, 퀘르세틴(quercetin), 에리오딕티올(eriodictyol), 피세아타놀(piceatannol), 3'-하이드록시 다이드진, 3'-하이드록시 제니스테인, 3'-하이드록시 글리시틴, 아스트린진(astringin), 아스팔라틴(aspalathin), 3-하이드록시 티로졸 및 에피네프린(ephinephrine)으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.(13) The catechol type structural material is a 3'-hydroxy dideze, 3-hydroxy floretine, quercetin, eriodictyol, piceatannol, 3'-hydroxy da To be selected from the group consisting of idine, 3'-hydroxy genistein, 3'-hydroxy glycidine, astringin, aspalathin, 3-hydroxy tyrosol and epinephrine Can be.

본 발명은 산성 조건에 특화된 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용한 기능성 카테콜형 구조 물질의 제조 및 그의 응용에 관한 것으로, 높은 생산성과 수율로 카테콜형 구조 물질을 생산할 수 있는 장점이 있다. 그 결과 기존에 추출이나 유기화학적 합성이 어려웠던 카테콜형 구조 물질의 대량 생산을 가능케 하여, 그 생리학적 효능 실험에 이바지할 수 있다.The present invention relates to the production and application of a functional catechol-type structural material using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) specialized in acidic conditions, the advantage of producing a catechol-type structural material with high productivity and yield There is this. As a result, it is possible to mass-produce catechol-type structural substances, which have been difficult to extract or organic chemical synthesis, and contribute to the physiological efficacy experiment.

또한, 본 발명은 폴리페놀 물질의 모노페놀 구조에 위치 특이적인 오르토 수산화 반응을 통해, 강한 항산화 능력을 가진 카테콜형 구조 물질을 생산할 수 있다.In addition, the present invention can produce a catechol-type structural material having a strong antioxidant ability through the ortho-hydroxyl reaction site-specific to the monophenol structure of the polyphenol material.

도 1 은 미생물 유래 천여개의 티로시나아제의 서열 기반으로 작성한 분기도(cladogram)이다.
도 2 는 실험예 1 에 따라 발현된 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 확인하기 위한 SDS-PAGE 분석 결과이다.
도 3 은 실험예 2 에서 pH 에 따른 티로시나아제의 활성을 확인하기 위하여 모노페놀형 구조 물질으로부터 형성된 멜라닌 형성을 확인한 도이다.
도 4 은 실험예 2 에서 도출된 L-티로신 및 L-dopa에 대한 티로시나아제의 속도를 나타낸 표이다.
도 5 는 실험예 3 에서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_Ty)를 이용한 멜라닌 생성 반응에 사용된 폴리페놀 비당체(aglycone) 및 폴리페놀 배당체(glycone)을 나타낸 것이다.
도 6 은 실험예 3 에서 기질에 따른 멜라닌 형성 반응을 비교한 결과이다.
도 7 은 실험예 3 에서 당화 기질에 대한 티로시나아제의 상대적인 활성도를 비교한 결과이다.
도 8 는 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용하여 플로레틴으로부터 3-히드록시 플로레틴을 생성하는 반응의 모식도이다.
도 9 은 실험예 4 에서 제조된 3-하이드록시 플로레틴의 정성적 분석 결과이다.
도 10 은 실험예 4 에서 플로레틴과 3-하이드록시 플로레틴의 분리를 확인하기 위한 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용한 정량적 분석 결과이다.
도 11 은 실험예 4 에서 반응 조건에 따른 기질로부터 반응산물로의 전환율을 확인하기 위한 3-하이드록시 플로레틴 생성 양상을 나타낸 도이다.
도 12 는 실험예 5 에서 플로레틴 및 3-하이드록시 플로레틴의 생성을 확인하기 위한 기체 크로마토그래피(GC)/질량분석(MS) 결과이다.
도 13 은 실험예 6 에서 캠페롤(kaempferol)과 퀘르세틴(quercetin)의 생성을 확인하기 위한 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC) 결과이다.
도 14 는 실험예 6 에서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_Ty)를 이용한 캠페롤의 퀘르세틴으로 전환 양상을 나타낸 결과이다.
도 15 는 실험예 7 에서 레스베라트롤(resveratrol)으로부터 피세아타놀(piceatannol)을 생성하는 반응의 모식도(a), 피세아타놀의 생성 양상(b) 및 레스베라트롤과 피세아타놀을 확인하기 위한 기체 크로마토그래피(GC)/질량분석(MS) 결과((c)~(f))이다.
도 16 은 실험예 8 에서 나린제닌(naringenin)으로부터 에리오딕티올(eriodictiol)을 생성하는 반응의 모식도(a), 에리오딕티올의 생성 양상(b) 및 나린제닌과 에리오딕티올을 확인하기 위한 기체 크로마토그래피(GC)/질량분석(MS) 결과((c)~(f))이다.
도 17 은 실험예 9 에서 다이드제인(daidzein)으로부터 3'-하이드록시 다이드제인(3'-ODI)을 생성하는 반응의 모식도 및 3'-ODI 의 생성 양상을 나타낸 도이다.
도 18 은 실험예 9 에서 다이드진(daidzin)으로부터 3'-하이드록시 다이드진을 생성하는 반응의 모식도 및 3'-하이드록시 다이드진의 생성 양상을 나타낸 도이다.
도 19 는 실험예 9 에서 제니스틴(genistin)으로부터 3'-하이드록시 제니스틴을 생성하는 반응의 모식도 및 3'-하이드록시 제니스틴의 생성 양상을 나타낸 도이다.
도 20 은 실험예 10 에서 다이드진(daidzin)으로부터 3'-하이드록시 다이드진을 생성하는 반응의 모식도 및 다이드진과 3'-하이드록시 다이드진을 확인하기 위한 액체 크로마토그래피(LC)/질량 분석(MS) 결과이다.
도 21 은 실험예 10 에서 제니스틴(genistin)으로부터 3'-하이드록시 제니스틴을 생성하는 반응의 모식도 및 제니스틴과 3'-하이드록시 제니스틴을 확인하기 위한 액체 크로마토그래피(LC)/질량 분석(MS) 결과이다.
도 22 는 실험예 11 에서 글리시틴(glycitin)으로부터 3'-하이드록시 글리시틴을 생성하는 반응의 모식도 및 3'-하이드록시 글리시틴의 생성 양상을 나타낸 도이다.
도 23 은 실험예 12 에서 글리시틴으로부터 3'-하이드록시 글리시틴을 생성하는 반응의 모식도 및 글리시틴과 3'-하이드록시 글리시틴을 확인하기 위한 액체 크로마토그래피(LC)/질량 분석(MS) 결과이다.
도 24 는 실험예 13 에서 폴리다틴(polydatin)으로부터 3-하이드록시 폴리다틴을 생성하는 반응의 모식도 및 3-하이드록시 폴리다틴의 생성 양상을 나타낸 도이다.
도 25 는 실험예 14 에서 폴리다틴으로부터 3-하이드록시 폴리다틴을 생성하는 반응의 모식도 및 폴리다틴과 3-하이드록시 폴리다틴을 확인하기 위한 액체 크로마토그래피(LC)/질량 분석(MS) 결과이다.
도 26 은 실험예 15 에서 노토파긴(nothofagin)으로부터 3-하이드록시 노토파긴을 생성하는 반응의 모식도 및 3-하이드록시 노토파긴의 생성 양상을 나타낸 도이다.
도 27 은 실험예 16 에서 노토파긴으로부터 3-하이드록시 노토파긴을 생성하는 반응의 모식도 및 노토파긴과 3-하이드록시 노토파긴을 확인하기 위한 액체 크로마토그래피(LC)/질량 분석(MS) 결과이다.
Figure 1 is a cladogram based on the sequence of a thousand microorganisms derived from tyrosinase.
Figure 2 is a SDS-PAGE analysis results for identifying the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) expressed according to Experimental Example 1.
3 is a diagram confirming the melanin formed from the monophenolic structural material in order to confirm the activity of tyrosinase according to pH in Experimental Example 2.
Figure 4 is a table showing the rate of tyrosinase for L-tyrosine and L-dopa derived in Experimental Example 2.
Figure 5 shows the polyphenol aglycone and polyphenol glycoside (glycone) used in the melanogenesis reaction using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_Ty) in Experimental Example 3.
Figure 6 is a result of comparing the melanin formation reaction according to the substrate in Experimental Example 3.
7 is a result of comparing the relative activity of tyrosinase to the saccharification substrate in Experimental Example 3.
8 is a schematic diagram of a reaction for producing 3-hydroxy floretine from floretine using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty).
9 is a result of qualitative analysis of 3-hydroxy floretine prepared in Experimental Example 4. FIG.
FIG. 10 is a quantitative analysis result using high performance liquid chromatography (HPLC) for confirming separation of floretine and 3-hydroxy floretine in Experimental Example 4. FIG.
FIG. 11 is a view showing a 3-hydroxy floretine production aspect for confirming the conversion rate from a substrate to a reaction product according to reaction conditions in Experimental Example 4. FIG.
12 is a gas chromatograph (GC) / mass spectrometry (MS) result for confirming the production of floretine and 3-hydroxy floretine in Experimental Example 5. FIG.
FIG. 13 is a high performance liquid chromatography (HPLC) result for confirming the production of kaempferol and quercetin in Experimental Example 6. FIG.
FIG. 14 shows the results of conversion to quercetin of camphorol using Burkholdereria tyrandensis-derived tyrosinase (BT_Ty) in Experimental Example 6. FIG.
FIG. 15 is a schematic diagram of a reaction for producing piceatannol from resveratrol (a), a production aspect of piaceanol (b), and gas chromatography for identifying resveratrol and piaceanol in Experimental Example 7; (GC) / mass spectrometry (MS) result ((c)-(f)).
FIG. 16 is a schematic diagram (a) of a reaction for producing eriodictiol from naringenin in Experimental Example (a), a production aspect of eriodicthiol (b), and a gas for identifying naringenin and eriodicthiol Chromatography (GC) / mass spectrometry (MS) results ((c) to (f)).
FIG. 17 is a view showing a schematic diagram of a reaction for generating 3'-hydroxy diadzein (3'-ODI) from diadzein and the generation of 3'-ODI in Experimental Example 9. FIG.
FIG. 18 is a diagram showing a schematic diagram of a reaction for generating 3'-hydroxy diazine from didzin and a production pattern of 3'-hydroxy diazine in Experimental Example 9. FIG.
FIG. 19 is a view showing a schematic diagram of a reaction for generating 3'-hydroxy genistin from genistin and a production pattern of 3'-hydroxy genistin in Experimental Example 9. FIG.
20 is a schematic view of a reaction to generate 3'-hydroxy diazine from didzin in Experimental Example 10 and liquid chromatography (LC) for identifying didazine and 3'-hydroxy diazine / Mass spectrometry (MS) results.
FIG. 21 is a schematic diagram of a reaction for generating 3'-hydroxy genistin from genistin in Experimental Example 10 and liquid chromatography (LC) / mass spectrometry (MS) results for identifying genitin and 3'-hydroxy genistin. to be.
FIG. 22 is a view showing a schematic diagram of a reaction for generating 3'-hydroxyglycitin from glycidin (glycitin) in Experimental Example 11 and a production pattern of 3'-hydroxyglycitin. FIG.
FIG. 23 is a schematic view of a reaction for generating 3'-hydroxyglycitin from glycidin in Experimental Example 12 and liquid chromatography (LC) / mass to identify glycidine and 3'-hydroxyglycithin Analysis (MS) result.
FIG. 24 is a view showing a schematic diagram of a reaction for generating 3-hydroxy polyditatin from polydatin and the production aspect of 3-hydroxy polyd Datin in Experimental Example 13. FIG.
FIG. 25 is a schematic view of a reaction for generating 3-hydroxy polyditatin from polydatidine in Experimental Example 14 and liquid chromatography (LC) / mass spectrometry (MS) results for identifying polydatidine and 3-hydroxy polyditatin. FIG. .
FIG. 26 is a diagram showing a schematic diagram of a reaction for producing 3-hydroxy notopagine from nothofagin and the production of 3-hydroxy notopagine in Experimental Example 15; FIG.
FIG. 27 is a schematic view of a reaction for producing 3-hydroxy notopagine from notopagine and a liquid chromatography (LC) / mass spectrometry (MS) result for confirming notopagine and 3-hydroxy notopagine in Experimental Example 16; FIG. .

이하, 본 발명을 상세히 설명하기로 한다. 다만, 본 발명은 다양한 형태로 변경되어 구현될 수 있으며, 여기에서 설명하는 구현예에 한정되는 것은 아니다. Hereinafter, the present invention will be described in detail. However, the present invention may be embodied in various forms and should not be construed as limited to the embodiments set forth herein.

본 발명은 티로시나아제(효소)를 이용하여, 모노페놀형 구조 물질(기질)로부터 카테콜형 구조 물질을 제조하는 방법으로서, 상기 티로시나아제는 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)이고, 상기 제조가 pH 1.5 내지 pH 6.5 의 산성 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 한다. The present invention is a method for producing a catechol-type structural material from a monophenolic structural material (substrate) by using a tyrosinase (enzyme), wherein the tyrosinase is tyrosinase derived from Berkholderia tyrandensis (BT_ty) It is characterized in that the preparation is made in an acidic condition of pH 1.5 to pH 6.5.

버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)는 다른 폴리프로필렌옥시다아제(PPO)와는 달리 pH 1.5 내지 pH 6.5 의 최적 반응 조건을 갖는다. 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아(BT_ty)를 효소로서 이용하면, 낮은 pH 조건 에서 모노페놀형 기질로부터 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제를 발현시킬 수 있다. 그 결과 모노페놀형 기질에서 일차 수산화 반응 후 생성된 카테콜형 생성물이 안정적으로 보존될 수 있으므로, 높은 생산성과 수율로 카테콜형 구조 물질을 제조하는 것이 가능해진다. Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty), unlike other polypropylene oxidase (PPO), has an optimal reaction condition of pH 1.5 to pH 6.5. When Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) is used as an enzyme, it is possible to express Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase from a monophenolic substrate at low pH conditions. As a result, the catechol-like product generated after the primary hydroxylation reaction in the monophenolic substrate can be stably preserved, thereby making it possible to prepare a catechol-type structural material with high productivity and yield.

티로시나아제에 의한 일차 수산화 반응(모노옥시게나아제 활성)은 탄소-수소 결합 내에 산소 원자를 도입하는데 촉매화하는 티로시나아제 효소반응을 의미하며 수산화 잔기를 생성한다. 티로시나아제 이차 산화 반응(디옥시게나아제 활성)은 카테콜형 구조 물질에서 산소에 결합된 수소와 전자를 제거하여 벤조퀴논 형태로 촉매화하는 티로시나아제 효소반응을 의미한다. Primary hydroxylation by tyrosinase (monooxygenase activity) refers to a tyrosinase enzymatic reaction that catalyzes the introduction of oxygen atoms into carbon-hydrogen bonds and produces hydroxyl moieties. The tyrosinase secondary oxidation reaction (deoxygenase activity) refers to a tyrosinase enzymatic reaction which removes hydrogen and electrons bonded to oxygen in the catechol-type structural material and catalyzes it in the form of benzoquinone.

이와 관련하여, 본 발명은 모노페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질이 생성되는 일차 수산화 반응의 속도(Vmax_mono)와 카테콜형 구조 물질로부터 퀴논형 물질이 생성되는 이차 산화 반응의 속도(Vmax_di)의 비율(Vmax_mono/Vmax_di)이 0.8 이상이다. 또한 본 발명은 상기 반응 속도가 기존 보고된 티로시나아제보다 10 배 이상 높으므로 카테콜형 구조 물질을 산업적으로 활용하는 것을 가능케한다. In this regard, the present invention relates to the ratio of the rate of primary hydroxylation reaction (Vmax_mono) in which the catechol-type structural material is formed from the monophenolic structure material and the rate of the rate of secondary oxidation reaction (Vmax_di) in which the quinone-type material is produced from the catechol-type structural material. (Vmax_mono / Vmax_di) is 0.8 or more. In addition, the present invention enables the industrial use of the catechol-type structural material because the reaction rate is 10 times higher than the previously reported tyrosinase.

앞서 언급한 바와 같이 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)는 pH 1.5 내지 pH 6.5 에서 활성이고 중성 이상의 pH 에서는 비활성이다. 따라서, 상기 제조는 pH 1.5 내지 pH 6.5 의 산성 조건에서 이루어질 수 있고, 보다 바람직하게는 pH 3.5 내지 pH 6.0 의 산성 조건에서 이루어질 수 있다. 이처럼 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)는 산성조건에서만 멜라닌 색소를 형성하기에, 버크홀데리아 타이란덴시스 유래 티로시나아제를 기질과 함께 사용하면 pH 지시제(indicator)로서의 활용이 가능하다. As mentioned above, Berkholdereria tyrandensis derived tyrosinase (BT_ty) is active at pH 1.5 to pH 6.5 and inactive at pH above neutral. Therefore, the preparation may be made in an acidic condition of pH 1.5 to pH 6.5, more preferably in an acidic condition of pH 3.5 to pH 6.0. Thus, Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) forms melanin pigments only under acidic conditions, so when Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase is used together with a substrate, it can be used as a pH indicator. This is possible.

상기 제조는 10 ~ 70 의 온도 범위에서, 8 내지 30 시간 동안 반응되는 것이 바람직하다. The preparation is carried out in a temperature range of 10 to 70, for 8 to 30 hours It is preferable to react.

추가로, 본 발명의 제조 방법은, (a) 생성된 카테콜형 구조 물질을 전이금속이온 또는 붕소이온으로 배위 결합시키는 단계를 포함할 수 있다. 상기 붕소이온은 붕소산일 수 있다. 예컨대, 붕소산을 사용하는 경우, 붕소산과 카테콜형 물질 간의 붕소 에스터 결합에 의해 3-하이드록시 플로레틴이 타이로시나아제의 다이페놀레이즈 반응으로부터 보호되어 반응산물이 산화되지 않고 안정하게 유지된다. 따라서, 원하는 카테콜형 구조 물질을 보다 높은 수율로 수득할 수 있다. In addition, the production method of the present invention may include the step of (a) coordinating the resulting catechol-type structural material with transition metal ions or boron ions. The boron ion may be boric acid. For example, when using boric acid, 3-hydroxy fluoretine is protected from the diphenolase reaction of tyrosinase by boron ester linkage between boric acid and the catechol type material, so that the reaction product remains stable without being oxidized. Thus, the desired catechol type structural material can be obtained in higher yield.

추가로, 본 발명의 제조 방법은 하기 (b) 및 (c) 단계 중 하나 이상의 단계를 추가로 포함할 수 있다:In addition, the process of the present invention may further comprise one or more of the following steps (b) and (c):

(b) 티로시나아제의 과산화반응에 의해 생성된 퀴논형 구조 물질을, 환원력을 도입하여, 카테콜형 구조 물질로 환원시키는 단계; (b) reducing the quinone type structural material produced by the peroxidation of tyrosinase to a catechol type structural material by introducing a reducing force;

(c) 환원력을 도입하여, 메트-티로시나아제를 활성화시키는 단계.(c) introducing a reducing force to activate met-tyrosinase.

이 때, 상기 환원력은 전기화학, NADH, NADPH, 아스코빅산, 시스테인, p-쿠마릭산, 히드록실아민, 카테콜, 피로갈롤 및 카페인산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것으로부터 제공되는 것일 수 있다. In this case, the reducing power may be one provided from the group consisting of electrochemical, NADH, NADPH, ascorbic acid, cysteine, p- coumaric acid, hydroxylamine, catechol, pyrogallol and caffeic acid.

상기와 같이 (b) 퀴논형 물질을 효과적으로 카테콜형 구조 물질로 환원시키거나, (c) 티로시나아제를 다시 활성화 시키는 단계를 추가적으로 포함함으로써, 원하는 카테콜형 구조 물질을 보다 높은 수율로 수득할 수 있다. By further comprising the step of (b) effectively reducing the quinone type material to the catechol type structural material or (c) reactivating tyrosinase, the desired catechol type structural material can be obtained in higher yield. .

본 발명에서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)는 티로시나아제 그 자체뿐만 아니라 티로시나아제가 발현된 미생물(전세포)을 이용하는 경우도 포함한다. In the present invention, the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) includes not only tyrosinase itself but also a case in which a tyrosinase-expressing microorganism (whole cell) is used.

본 발명에서 모노페놀형 구조 물질(기질)로는, 티로신 아미노산(tyrosin)과 티로솔(tyrosol)과, 레스베라트롤(resveratrol)과 같은 스틸벤(stilbene) 계열, 다이드제인(daidzein), 제니스테인(genistein), 아피제닌(apigenine), 플로레틴(phloretin) 및 플로레진(phlorezin) 과 같은 플라본(flavonone)/이소플라본(isoflavone) 계열, 이 밖에 페놀(phenol), 파라-쿠마릭산(para-coumaric acid), 파라-니트로페놀(para-nitrophenol), 파라-크레졸(para-cresol), 파라-비닐페놀(para-vinylphenol), 오르소-아미노페놀(ortho-aminophenol), 그리고 세파드록실(cefadroxil), 아목실린(amoxicillin), 노카르디신(nocardicin)과 같은 페놀형 항생제 등을 이용할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, as the monophenolic structural material (substrate), tyrosine amino acid (tyrosin) and tyrosol (tyrosol), stilbene series, such as resveratrol (daidzein), genistein (genistein) , Flavonone / isoflavone family such as apigenine, phloretin and phlorezin, as well as phenol, para-coumaric acid, Para-nitrophenol, para-cresol, para-vinylphenol, ortho-aminophenol, and cefadroxil, amocillin phenolic antibiotics such as amoxicillin and nocardicin, and the like, but are not limited thereto.

또한, 본 발명에서 모노페놀형 구조 물질(기질)로는, 모노페놀 구조를 갖는 폴리페놀 물질로서, 다이드제인(daidzein), 플로레틴(phloretin), 캠페롤(kaempfereol), 나린제닌(naringenin), 레스베라트롤(resveratrol), 다이드진(daidzin), 제니스테인(genistein), 글리시틴(glycitin), 폴리다틴(polydatin), 노토파긴(nothofagin), 티로졸(tyrosol) 및 시네프린(synephrine) 등을 이용할 수 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition, the monophenol-type structural material (substrate) in the present invention is a polyphenol material having a monophenol structure, such as didzeze (in), fluorin (phloretin), kaempfereol, naringenin (naringenin), Using resveratrol, daidzin, genistein, glycidin, polydatin, nothofagin, tyrosol and cynephrine May be, but is not limited thereto.

본 발명에서 카테콜형 구조 물질은, 모노페놀형 구조티로신 물질에 오르토 특이적으로 수산화된 물질로서, 루테올린(luteolin), 3-하이드록시프롤레틴 (3-hydroxyphloretin, 3'-ODI), 오로볼(orobol) 과 같은 수산화 플라본(flavonone)/이소플라본(isoflavone) 계열, 피스아타놀(piceatannol) 과 같은 수산화 스틸벤(stilbene) 계열, 수산화 티로솔(hydroxyltyrosol), 도파(dopa), 카페익산(caffeic acid), 3,4-디하이드록시니트로벤젠(3,4-dihydroxynitrobenzene), 3,4-디하이드록시톨루엔(3,4-dihydroxytoluene), 3,4-디하이드록시스티렌(3,4-dihydroxystyrene) 등이 있다. 바람직하게는 위에 나열한 바람직한 모노페놀형 구조 물질들이 오르토 특이적 수산화된 형태로서, 차례대로, 피스아타놀, 카페익산, 3'-ODI, 오로볼, 3,4-디하이드록시니트로벤젠(3,4-dihydroxynitrobenzene), 3,4-디하이드록시톨루엔(3,4-dihydroxytoluene), 3,4-디하이드록시스티렌(3,4-dihydroxystyrene), 루테올린, 3-하이드록시프롤레틴(3-hydroxyphloretin) 등이 있고, 이에 제한되는 것은 아니다. In the present invention, the catechol-type structural material, ortho-specifically hydrated to the monophenolic structural tyrosine material, luteolin (luteolin), 3-hydroxyphloretin (3-hydroxyphloretin, 3'-ODI), orobol flavoneone / isoflavone series such as orobol, stilbene series such as piceatannol, hydroxyltyrosol hydroxide, dopa and caffeic acid acid), 3,4-dihydroxynitrobenzene, 3,4-dihydroxytoluene, 3,4-dihydroxystyrene ). Preferably, the preferred monophenolic structural substances listed above are ortho-specific hydrated forms, in turn, pisethanol, caffeic acid, 3'-ODI, orobol, 3,4-dihydroxynitrobenzene (3, 4-dihydroxynitrobenzene), 3,4-dihydroxytoluene, 3,4-dihydroxystyrene, luteolin, 3-hydroxyproloretin ) And the like, but are not limited thereto.

또한, 본 발명에서 카테콜형 구조 물질은, 폴리페놀의 모노페놀 구조에 오르토 특이적으로 수산화된 물질로서, 3'-하이드록시 다이드제인, 3-하이드록시 플로레틴, 퀘르세틴(quercetin), 에리오딕티올(eriodictyol), 피세아타놀(piceatannol), 3'-하이드록시 다이드진, 3'-하이드록시 제니스테인, 3'-하이드록시 글리시틴, 아스트린진(astringin), 아스팔라틴(aspalathin), 3-하이드록시 티로졸 및 에피네프린(ephinephrine) 등이 있고, 이에 제한되는 것은 아니다.Also, in the present invention, the catechol-type structural material is ortho-specifically hydrated to the monophenolic structure of the polyphenol, which is a 3'-hydroxy dideze, 3-hydroxy floretine, quercetin, and eryodic. Thiol (eriodictyol), piceatannol, 3'-hydroxy didazine, 3'-hydroxy genistein, 3'-hydroxy glycidine, astringin, aspalathin , 3-hydroxy tyrosol and epinephrine, and the like, but are not limited thereto.

한편, 폴리페놀 물질의 모노페놀 구조에 위치 특이적인 오르토 수산화 반응은, 구연산 나트륨 완충 용액(sodium citrate buffer), 구연산 인산 나트륨 완충 용액(citric phosphate buffer), 아세트산 나트륨 완충 용액(sodium acetate buffer), 아세트산 암모늄 완충 용액(ammonium acetate buffer)에서 진행할 수 있다. 완충 용액의 농도는 10 mM 내지 100 mM 이 바람직하고, 폴리페놀 물질(기질)의 농도는 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty) 100 nM 일 때, 5 mM 이하가 바람직하다.Ortho-hydroxyl reactions specific to the monophenolic structure of the polyphenolic material include sodium citrate buffer, citric phosphate buffer, sodium acetate buffer and acetic acid. It can proceed in ammonium acetate buffer. The concentration of the buffer solution is preferably 10 mM to 100 mM, and the concentration of the polyphenol material (substrate) is preferably 5 mM or less when the concentration of Berkholdereria tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) is 100 nM.

또한, 상기 오르토 수산화 반응은 L-아스코르브산(ascorbic acid)를 첨가하여 진행할 수 있다. L-아스코르브산은 티로시나아제의 2 차 수산화 반응(hydroxylation) 및 자연 산화 반응에 의하여 생성되는 퀴논형 물질을 다시 디페놀형 물질로 돌릴 수 있으며, 여기서 L-아스코르브산은 산화 방지제(환원제)이면서 티로시나아제의 활성 억제제(2차 반응 억제제)로 작용하게 된다. 또한, L-아스코르브산은 메트(met) 형태의 티로시나아제를 디옥시로 환원 시켜주는 환원제로서 작용할 수도 있다(비특허문헌 2). L-아스코르브산 이외에 히드록시아민(hydroxylamine)을 첨가하여 오르토 수산화 반응을 진행할 수도 있다.In addition, the ortho hydroxide reaction may be performed by adding L-ascorbic acid. L-ascorbic acid can turn the quinone-type substance produced by the secondary hydroxylation and natural oxidation of tyrosinase back to the diphenol-type substance, where L-ascorbic acid is an antioxidant (reducing agent) and tyrosine It acts as an inhibitor of activity (secondary reaction inhibitor). In addition, L-ascorbic acid may also act as a reducing agent for reducing the tyrosinase in the form of (met) to deoxy (Non-Patent Document 2). In addition to L-ascorbic acid, hydroxyamine may be added to proceed with ortho hydroxide.

또한, 상기 오르토 수산화 반응은 pH 1.5 내지 pH 6.5 의 산성 조건에서 진행될 수 있고, 보다 바람직하게는 pH 3.5 내지 pH 6.0 의 산성 조건에서 진행될 수 있다.In addition, the ortho hydroxide reaction may be performed in an acidic condition of pH 1.5 to pH 6.5, more preferably in an acidic condition of pH 3.5 to pH 6.0.

한편, 본 발명은 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용하여 플로레틴 또는 플로레진을 유용한 카테콜형 구조 물질로 변환시킬 수 있다는 점에서도 그 의의가 있다. 플로레틴과 플로레진은 값싼 사과나무의 잎과 사과 과육 껍질에 풍부하게 존재하는 디하이드로칼콘(dihydrochalcone)의 일종으로 항산화 및 항노화 효능이 뛰어난 것으로 알려져 있는데(비특허문헌 1), 이것의 수산화기 유도체인 3-히드록시 플로레틴은 플로레틴 보다 항산화 효능이 더 우수하고 콜레스테롤 축적을 저해하는 성질이 있어 동맥경화, 파킨슨병 등을 유발할 수 있는 지질 과산화를 저해하는 작용을 하는 것으로 알려져 있다(비특허문헌 2).즉, 본 발명을 이용하면 사과(껍질, 잎) 과즙과 같은 산성 반응 조건에서, 값싼 재료인 사과(껍질, 입)로부터 화학적 합성이 어려운 3-하이드록시 플로레틴 및 3-하이드록시 플로레진을 경제적으로, 산업적 규모로 생산 가능하게 된다.On the other hand, the present invention is also significant in that it is possible to convert fluoretine or fluorescein into a useful catechol-type structural material using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty). Floretine and floresin are a kind of dihydrochalcone that are abundant in the leaves and apple pulp of cheap apple trees and are known for their excellent antioxidant and anti-aging effects (Non-Patent Document 1). Phosphorus 3-hydroxy floretine is known to act as an inhibitor of lipid peroxidation, which may lead to atherosclerosis, Parkinson's disease, etc. because it has better antioxidant efficacy and inhibits cholesterol accumulation than floretine (Non-Patent Literature) 2) In other words, using the present invention, 3-hydroxy floretine and 3-hydroxyflour are difficult to chemically synthesize from inexpensive apples (peel, mouth) under acidic reaction conditions such as apple (peel, leaf) juice. Resin can be produced economically and on an industrial scale.

또한, 본 발명은 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용하여 여러 폴리페놀 비당체 물질 중 선택적으로 제니스테인(genistein), 다이드제인(daidzein), 플로레틴(phloretin), 캠페롤(kaempferol)과 그 당화 구조인 다이드진(daidzin), 제니스틴(genistin), 글리시틴(glycitin), 폴리다틴(polydatin), 플로리진(phlorizin), 노토파긴(nothofagin) 에 대해 오르토 특이적 수산화 반응을 진행 할 수 있다. 이 밖에도, 올리브오일에 있는 티로졸(tyrosol), 감귤 껍질에 풍부한 시네프린(synephrine)과 같은 페놀형 구조 물질에 대해 오르토 특이적 수산화 반응을 진행할 수 있다. In addition, the present invention, using the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) is selectively selected from a variety of polyphenol non-saccharide material genistein (daidzein), fluoretine (phloretin), camphorol ortho-specific hydroxides for kaempferol and its glycosylation structures: didzin, genistin, glycidin, polydatin, phlorizin, and nothofagin The reaction can proceed. In addition, ortho-specific hydroxylation can be carried out on phenolic structural substances such as tyrosol in olive oil and synephrine, which is rich in citrus peel.

즉, 본 발명을 이용하면 폴리페놀 비당체(다이드제인, 플로레틴, 캠페롤, 나린제닌, 레스베라트롤), O-폴리페놀 배당체(다이드진, 제니스테인, 글리시틴, 폴리다틴), C-폴리페놀 배당체(노토파긴), 페닐에타노이드(티로졸), 알칼로이드(시네프린)가 함유된 식물 추출물을 산성 반응 조건에서 별다른 추출 과정 없이 선택적으로 수산화 반응을 진행하여, 수용액상에서 불안정한 오르토-수산화 폴리페놀 물질만을 안정적으로 생산 가능하게 된다.In other words, using the present invention, polyphenol non-saccharides (dyne, floretine, camphorol, naringenin, resveratrol), O-polyphenol glycosides (didazin, genistein, glycidin, polydatin), C- Plant extracts containing polyphenol glycosides (notopagin), phenylethanoids (tyrosol), and alkaloids (cinephrine) are selectively subjected to hydroxylation under acidic reaction conditions without any extraction process, resulting in unstable ortho-hydroxylation in aqueous solution. Only polyphenol materials can be stably produced.

이하에서는 하기의 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나 하기 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the following examples. However, the following examples are only intended to embody the contents of the present invention, and the present invention is not limited by the examples.

실험예 1: 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)의 발현Experimental Example 1: Expression of Burkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty)

버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty) 유전자가 삽입된 pET28a 벡터를 E. coli BL21에 형질전환 하고 LB 고체 배지에 도포하여 얻은 콜로니를 50 ㎍/mL Kanamycin이 첨가된 LB 액체 배지 3 mL에 접종하여 37 진탕 배양기에서 8시간 배양하였다. 계대배양을 위해 LB 액체 배지 50 mL에 50 ㎍/mL Kanamycin과 종균 배양액 500 ㎕를 첨가하여 37 진탕 배양기에서 배양하였다. 3 mL of LB liquid medium containing 50 μg / mL Kanamycin was added to colonies obtained by transforming the pET28a vector containing the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) gene into E. coli BL21 and applying it to the LB solid medium. It was inoculated to and incubated for 8 hours in 37 shake incubator. For subculture, 50 μg / mL Kanamycin and 500 μL of spawn culture were added to 50 mL of LB liquid medium and cultured in 37 shake incubators.

D600(optical density at 600 nm)가 약 0.6에 도달하면 0.02 mM IPTG 또는 0.2 mM IPTG 와, 1 mM CuSO4를 첨가한 후 18, 30℃, 37에서 20시간 동안 단백질 과발현을 유도하였다. 단백질을 수득하기 위해 4,000 rpm에서 10분간 원심분리하여 세포를 수확하였고 50 mM pH 8 Tris-HCl 완충용액 5 mL을 첨가하여 세포를 세척하였다. 여기에 다시 50 mM pH 8 Tris-HCl 완충용액 5 mL을 넣은 후 초음파 파쇄기(Vibra&cell, USA)를 이용하여 세포 파쇄를 수행하였다. 세포 파쇄액을 1.7 mL 튜브에 분주하고 16,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 단백질을 포함하는 세포 추출액을 얻었다. When D 600 (optical density at 600 nm) reached about 0.6, protein overexpression was induced at 18, 30 ° C., and 37 hours after addition of 0.02 mM IPTG or 0.2 mM IPTG and 1 mM CuSO 4 . Cells were harvested by centrifugation at 4,000 rpm for 10 minutes to obtain protein and cells were washed by adding 5 mL of 50 mM pH 8 Tris-HCl buffer. 5 mL of 50 mM pH 8 Tris-HCl buffer was added thereto, followed by cell disruption using an ultrasonic crusher (Vibra & cell, USA). Cell lysates were dispensed into 1.7 mL tubes and centrifuged at 16,000 rpm for 30 minutes to obtain cell extracts containing proteins.

수득된 세포 추출액에 대하여 SDS-PAGE 분석을 통하여 단백질 크기와 발현량을 확인한 결과를 도 2 에 나타내었다. 도 2 를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 0.02 mM IPTG 보다 0.2mM IPTG 에서, 그리고 18°C 의 발현 온도에서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)가 보다 잘 발현되었음을 확인할 수 있었다. The result of confirming the protein size and the expression level through the SDS-PAGE analysis of the obtained cell extract is shown in FIG. As can be seen from FIG. 2, it was confirmed that the expression of Berkholdereria tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) was better at 0.2 mM IPTG and at an expression temperature of 18 ° C. than 0.02 mM IPTG.

실험예 2: 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용한, 모노페놀형 구조 물질의 수산화 반응의 최적화 조건 확인Experimental Example 2: Confirmation of optimization conditions for the hydroxylation reaction of monophenol-type structural material using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty)

효소로서 기존 보고된 아가리쿠스 비스포루스 (Agaricus bisporus) 유래 티로시나아제, 바실러스(B. megaterium) 유래 티로시나아제, 방선균(S. avermitilis) 유래 티로시나아제와, 상기 실험예 1 에서 제조된 본 발명의 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty) 각각을 사용하여 모노페놀형 구조 물질인 L-티로시나아제의 수산화 반응 및 산화 반응을 진행하였다. 도 3 을 참조하면, 본 발명의 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty) 를 사용하는 반응의 경우, 기존 보고된 다른 티로시나아제와는 대조적으로, 낮은 pH 에서만 L-티로시나아제를 산화하여 멜라닌을 형성하는 것을 확인하였다. 특히 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)의 최적 반응 산도는 pH 5 전후인 것으로 확인되었다. Tyrosinase derived from Agaricus bisporus, tyrosinase derived from B. megaterium, tyrosinase derived from S. avermitilis, and the present invention prepared in Experiment 1 Hydroxylation and oxidation of L-tyrosinase, a monophenolic structural material, were carried out using each of Berkholderia tyrlandase-derived tyrosinase (BT_ty). Referring to Figure 3, in the case of the reaction using the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) of the present invention, in contrast to other tyrosinase reported previously, L-tyrosinase only at low pH It was confirmed to oxidize to form melanin. In particular, the optimum reaction acidity of Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) was found to be around pH 5.

또한, 상기 실험을 바탕으로, 바실러스 메가테리움(B. megaterium) 유래 티로시나아제, 방선균(S. avermitilis) 유래 티로시나아제, 및 본 발명의 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)의, L-티로시나아제와 L-dopa에 대한 속도를 각각 구하여 도 4 에 나타내었다. 도 4 에 나타난 바와 같이, 본 발명의 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 사용한 경우, 기존 보고된 다른 티로시나아제를 사용한 경우에 비하여, L-티로시나아제와 L-dopa 에 대한 속도가 10배 가량 큰 것으로 확인된다. 이는 본 발명의 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 효소로 이용하여 모노페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질을 제조하는 경우 기존에 보고된 티로시나아제를 효소로 이용하는 경우에 비해 반응 속도가 현저히 향상됨을 의미한다. In addition, based on the above experiment, Bacillus megaterium (B. megaterium) -derived tyrosinase, S. avermitilis-derived tyrosinase, and the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) of the present invention , And the rates for L-tyrosinase and L-dopa, respectively, are shown in FIG. 4. As shown in Fig. 4, when the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) of the present invention is used, L-tyrosinase and L-dopa are more effective than the other tyrosinase reported previously. The speed is about 10 times higher. This is because when the catechol-type structural material is prepared from the monophenolic structural material using the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) of the present invention as an enzyme, This means that the reaction rate is significantly improved.

또한, 도 4 을 참조하면, 본 발명의 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용하는 경우, 모노페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질이 생성되는 일차 수산화 반응의 속도(Vmax_mono)와 카테콜형 구조 물질로부터 퀴논형 물질이 생성되는 이차 산화 반응의 속도(Vmax_di)의 비율(Vmax_mono/Vmax_di)이 0.8 이상인 것으로 확인된다.
In addition, referring to Figure 4, in the case of using the Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) of the present invention, The ratio (Vmax_mono) of the primary hydroxylation reaction (Vmax_mono) in which the catechol-type structural material is formed from the monophenolic structural material and the rate (Vmax_di) of the secondary oxidation reaction (Vmax_di) in which the quinone type material is produced from the catechol-type structural material is 0.8 It is confirmed that it is abnormal.

실험예 3: 폴리페놀 비당체 및 폴리페놀 배당체의 수산화 반응 통한 하이드록시 폴리페놀의 제조Experimental Example 3: Preparation of hydroxy polyphenol through hydroxylation reaction of polyphenol non-saccharide and polyphenol glycoside

효소로서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_Ty), 바실러스 메가테리움 유래 티로시나아제(BM_Ty) 및 스트렙토마이세스 아벌미틸리스 유래 티로시나아제(SA_Ty)를 이용하여, 폴리페놀 비당체 7 개와 폴리페놀 배당체 4 개에 대한 티로시나아제의 기질 특이성을 비교하였다. 상기 반응에서 사용된 폴리페놀 비당체 및 폴리페놀 배당체는 도 5 에 나타내었다. 반응이 진행되면 멜라닌 생성에 의한 색변화를 확인할 수 있으므로, 하이드록시 폴리페놀의 생성을 정성적으로 확인할 수 있으며, 멜라닌 형성 반응 비교 결과를 도 6 에 나타내었다. 도 6 을 참고하면, 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)는 제니스테인(genistein), 캠페롤(kaempferol) 및 퀘르세틴(quercetin)을 제외한 나머지 8 개 기질에 대하여 강한 활성을 가지고 있음을 확인할 수 있었다.Polyphenol non-saccharides using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_Ty), Bacillus megaterium-derived tyrosinase (BM_Ty), and Streptomyces avalmitilis-derived tyrosinase (SA_Ty) The substrate specificity of tyrosinase for 7 and 4 polyphenol glycosides was compared. The polyphenol nonsaccharides and polyphenol glycosides used in the reaction are shown in FIG. 5. As the reaction proceeds, the color change due to the production of melanin can be confirmed, and thus the production of hydroxy polyphenol can be confirmed qualitatively, and the result of comparing the melanin formation reaction is shown in FIG. 6. Referring to FIG. 6, it was confirmed that Berkholdereria tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) has strong activity against the remaining eight substrates except genistein, kaferferol, and quercetin. Could.

또한, 티로시나아제의 폴리페놀 배당체에 대한 상대적 반응성으로 기질 특이성을 비교하여, 도 7 에 나타내었다. 구체적으로, 당화 기질에 대한 상대적 반응성을 멜라닌 형성을 통해 비교하였고, 그 결과 BM_Ty 및 SA_Ty 에 비하여 BT_Ty 의 폴리페놀 배당체에 대한 선택적 활성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
In addition, the relative specificity of tyrosinase to the polyphenol glycosides is compared with substrate specificity, and is shown in FIG. 7. Specifically, the relative reactivity to the glycosylation substrate was compared through melanin formation, and as a result, it was confirmed that the selective activity of the polyphenol glycoside of BT_Ty was higher than that of BM_Ty and SA_Ty.

실험예 4: 플로레틴의 수산화 반응 통한 3-하이드록시 플로레틴의 제조Experimental Example 4: Preparation of 3-hydroxy floretine through the hydroxylation of floretine

효소로서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용하여, 사과(열매 또는 잎)에 존재하는 플로레틴으로부터 3-하이드록시 플로레틴을 제조하였다. 상기 반응의 모식도는 도 8 에 나타내었다. 3-hydroxy floretine was prepared from floretine present in apples (berries or leaves) using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) as an enzyme. A schematic diagram of the reaction is shown in FIG. 8.

이 때 효소(BT-ty) 및 기질(플로레틴) 모두를 첨가한 반응(#3)과 함께, 대조군으로서 효소(BT-ty)를 첨가하지 않은 반응(#1) 및 기질(플로레틴)을 첨가하지 않은 반응(#2)을 함께 실시하여, 도 9 에 나타내었다. 도 9 를 참조하면, 효소 또는 기질을 첨가하지 않은 두 대조군의 경우 멜라닌 생성에 의한 색 변화를 확인할 수 없었으나, 효소와 기질 모두를 첨가한 반응의 경우 멜라닌에 의한 색 변화를 육안으로 확인할 수 있었다. At this time, with the reaction (# 3) to which both the enzyme (BT-ty) and the substrate (floletine) were added, the reaction (# 1) and the substrate (floletine) without the addition of the enzyme (BT-ty) as a control Reaction # 2 which was not added was performed together and is shown in FIG. Referring to FIG. 9, the two control groups without the addition of the enzyme or the substrate could not confirm the color change due to melanin production, but the reaction with the enzyme and the substrate added visually confirmed the color change due to the melanin. .

또한, 생성물인 3-하이드록시 플로레틴을 HPLC를 이용하여 정량적으로 분석한 결과를 도 10 에 나타내었다. 도 10 에서 확인되는 바와 같이, 플로레틴은 14. 5분, 3-하이드록시 플로레틴은 8분에서 각각 용출되었다.
In addition, the results of quantitative analysis of the product 3-hydroxy floretine using HPLC are shown in Figure 10. As can be seen in FIG. 10, fluoretine was eluted at 14.5 minutes and 3-hydroxy fluoretine at 8 minutes, respectively.

한편, 반응 조건에 따른 기질로부터 반응산물로의 전환율을 확인하기 위하여, 플로레틴 1 mM 및 BT-ty 1 μM 를 (a) pH 6 50 mM 시트릭산 (Na-citrate) 완충용액 5 mL 및 (b) pH 6 500 mM 보레이트 완충용액 5 mL 각각에 녹인 후, L-아스코르브산(LAA)를 넣고 반응을 진행시켰다. 상기 반응의 시간에 따른 3-하이드록시 플로레틴의 생성 양상을 비교하여 도 11 에 나타내었다. 시트릭산 완충용액의 경우, 타이로시나아제의 두 번째 산화 반응에 의해 생성된 3-하이드록시 플로레틴이 퀴논형으로 전환되며 시간이 지나면서 사라지는 경향을 보임을 확인하였다(도 11(a) 참조). 보레이트 완충용액 반응의 경우, 붕소산과 카테콜형 물질 간의 붕소 에스터 결합에 의해 3-하이드록시 플로레틴이 타이로시나아제의 다이페놀레이즈 반응으로부터 보호되어 반응산물이 산화되지 않고 안정하게 유지됨을 확인하였다(도 11(b) 참조). 결과적으로, 반응 9시간째에 1 mM의 플로레틴이 거의 100%의 수율로 3-하이드록시 플로레틴으로 전환되는 것으로 나타났다.
Meanwhile, in order to confirm the conversion rate from the substrate to the reaction product according to the reaction conditions, 1 mM of floretine and 1 μM of BT-ty were added to (a) 5 mL of pH 6 50 mM citric acid (Na-citrate) buffer solution, and (b ) After dissolving in 5 mL of each pH 6 500 mM borate buffer, L-ascorbic acid (LAA) was added to the reaction. It is shown in Figure 11 comparing the production of 3-hydroxy floretine over time of the reaction. In the case of the citric acid buffer, it was confirmed that 3-hydroxy floretine produced by the second oxidation reaction of tyrosinase is converted to the quinone form and disappears over time (see FIG. 11 (a)). ). In the case of borate buffer reaction, 3-hydroxy floretine was protected from the diphenolase reaction of tyrosinase by boron ester linkage between boric acid and catechol-type material, so that the reaction product remained stable without oxidation ( See FIG. 11 (b)). As a result, at 9 hours of reaction, 1 mM of floretine was found to be converted to 3-hydroxy floretine in almost 100% yield.

실험예 5: 반응물 분석을 통한 3-하이드록시 플로레틴의 생성 확인 Experimental Example 5: Confirmation of production of 3-hydroxy floretine by reactant analysis

상기 실험예 4 와 관련하여, 반응액에 효소를 처리한 직후(0 h), 그리고 반응 시작 4시간 후(4 h)에 샘플을 채취하여 GC/MS로 반응산물을 분석한 결과를 도 12 에 나타내었다. 도 12 에서 (a) 와 (c)는 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (b) 와 (d)는 질량 스펙트럼(mass spectra)을 나타낸다. (a) 및 (c) 에서 11.81분의 peak은 기질 플로레틴이고, 13.02분의 peak 는 반응산물인 3-하이드록시 플로레틴이다. In connection with Experiment 4, a sample was taken immediately after treatment with the enzyme (0 h) and 4 hours after the start of the reaction (4 h), and the reaction product was analyzed by GC / MS. Indicated. In FIG. 12, (a) and (c) show the chromatography of the sample, and (b) and (d) show the mass spectra. In (a) and (c), the peak at 11.81 minutes is the substrate fluoretine and the peak at 13.02 minutes is the 3-hydroxy fluoretine reaction product.

도 12 를 참조하면, 반응 4시간 후 플로레틴은 사라지고 3-하이드록시 플로레틴이 생성되었음을 확인할 수 있으며. 플로레틴의 두 mass peak은 m/z가 각각 562.87, 547.97 (TMS ether moiety 에서 메틸기 하나가 제거된 형태)이며 3-하이드록시 플로레틴은 651.01, 636.15 이다.
Referring to FIG. 12, after 4 hours of reaction, floretine disappeared and it was confirmed that 3-hydroxy floretine was produced. The two mass peaks of fluoretine are m / z 562.87 and 547.97 (one methyl group removed from TMS ether moiety) and 3-hydroxy fluoretine is 651.01 and 636.15, respectively.

실험예 6: 캠페롤(kaempferol)의 수산화 반응을 통한 3'-하이드록시 캠페롤(퀘르세틴)의 생성Experimental Example 6 Production of 3′-hydroxy Camperol (Quercetin) through the Hydroxation of Kaempferol

효소로서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용하여, 캠페롤로부터 3'-하이드록시 캠페롤, 즉 퀘르세틴(quercetin)을 제조하였다. 3'위치에 위치특이적인 수산화반응이 진행됨을 정량적으로 분석하기 위하여 HPLC 를 사용하였고, 이를 도 13 에 나타내었다. 도 13 을 참고하면, 기질인 캠페롤은 21 분대에서, 생성물인 퀘르세틴은 11분에서 용출된 것을 확인할 수 있었다.3'-hydroxy camphorol, ie quercetin, was prepared from camphorol using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) as an enzyme. HPLC was used to quantitatively analyze the site-specific hydroxylation at the 3 ′ position, which is shown in FIG. 13. Referring to FIG. 13, it was confirmed that the substrate camphorol was eluted at 21 minutes and the product quercetin at 11 minutes.

또한, 반응 조건에 따른 기질의 생성물로의 전환 수율을 알아보기 위하여 구연산 나트륨 완충 용액을 사용하고, L-아스코르브산을 첨가하여 시간에 따른 퀘르세틴의 생성 양상을 확인하였다. 캠페롤의 퀘르세틴으로의 전환 양상을 도 14 에 나타내었으며, 전환 수율 4.7 % 로 퀘르세틴이 생성되었다.
In addition, in order to determine the conversion yield of the substrate to the product according to the reaction conditions, sodium citrate buffer solution was used, and L-ascorbic acid was added to confirm the production pattern of quercetin over time. The conversion of camphorol to quercetin is shown in FIG. 14, and quercetin was produced with a conversion yield of 4.7%.

실험예 7: 레스베라트롤(resveratrol)의 수산화 반응을 통한 3'-하이드록시 레스베라트롤(피세아타놀)의 제조Experimental Example 7: Preparation of 3'-hydroxy resveratrol (picetanol) through the hydroxylation of resveratrol

효소로서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용하여, 레스베라트롤로부터 3'-하이드록시 레스베라트롤, 즉 피세아타놀(piceatannol)을 제조하였다. 구체적으로, 구연산 나트륨 완충 용액을 사용하고, L-아스코르브산을 첨가하여 시간에 따른 피세아타놀의 생성 양상을 확인하였다. pH 5.0, 50 mM 구연산 나트륨 완충 용액 1mL 에서 효소 100 nM, 기질 1 mM 으로 반응을 진행한 결과를 도 15 에 나타내었으며, 도 15 b 를 참고하면, 전환 수율 약 50 % 로 산물인 피세아타놀이 생성된 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 15 의 (b) 는 샘플의 크로마토그래피로서 반응 5 시간 후 레스베라트롤은 사라지고 피세아타놀이 생성되었음을 확인할 수 있다. 도 15 에서 (c) 는 효소를 처리한 직후 (Oh) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (d) 는 반응 시작 300 분 후(5h) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (e) 및 (f) 는 질량 스펙트럼을 나타낸다. (c) 에서 10.45 분의 peak 는 기질 레스베라트롤이고, (d) 에서 12.15 분의 peak 는 생성물 피세아타놀이다. 레스베라트롤의 mass peak 는 m/z 가 444.20 이고, 피세아타놀의 mass peak 는 m/z 가 532.23 이다.
3'-hydroxy resveratrol, i.e., pieatanol, was prepared from resveratrol using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) as an enzyme. Specifically, sodium citrate buffer solution was used, and L-ascorbic acid was added to confirm the production of piaceanol over time. The reaction was performed in 100 mL of enzyme and 1 mM of substrate in pH 5.0, 50 mM sodium citrate buffer solution, and the result of the reaction was shown in FIG. 15. Referring to FIG. It was confirmed that the generated. In addition, Figure 15 (b) is a chromatograph of the sample after 5 hours of the reaction can be confirmed that resveratrol disappeared and piceatanole produced. In FIG. 15, (c) shows the chromatography of the (Oh) sample immediately after the enzyme treatment, (d) shows the chromatography of the sample 300 minutes after the start of the reaction (5h), and (e) and (f) the mass. It shows the spectrum. The peak at 10.45 minutes in (c) is the substrate resveratrol and the peak at 12.15 minutes in (d) is the product piaceanol. The mass peak of resveratrol is 444.20 m / z and the mass peak of piaceanol is 532.23 m / z.

실험예 8: 나린제닌(naringenin)의 수산화 반응을 통한 3'-하이드록시 나린제닌(에리오딕티올)의 제조Experimental Example 8: Preparation of 3'-hydroxy naringenin (eriodicthiol) through the hydroxylation of naringenin

효소로서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용하여, 나린제닌로부터 3'-하이드록시 나린제닌, 즉 에리오딕티올(eriodictyol)을 제조하였다. 구체적으로, 구연산 나트륨 완충 용액을 사용하고, L-아스코르브산을 첨가하여 시간에 따른 에리오딕티올의 생성 양상을 확인하였다. pH 5.0, 50 Mm 구연산 나트륨 완충 용액 1mL 에서 효소 100 nM, 기질 1 mM 으로 반응을 진행한 결과를 도 16 에 나타내었으며, 도 16 (b) 를 참고하면, 전환 수율 약 10 % 로 산물인 에리오딕티올이 생성된 것을 확인할 수 있었다.3'-hydroxy naringenin, ieiodictyol, was prepared from naringenin using Berkholderia tyrdenase derived tyrosinase (BT_ty) as an enzyme. Specifically, sodium citrate buffer solution was used, and L-ascorbic acid was added to confirm a production pattern of eriodic thiol over time. The reaction was carried out in a pH 5.0, 1 mL of 50 Mm sodium citrate buffer solution with enzyme 100 nM, substrate 1 mM is shown in Figure 16. Referring to Figure 16 (b), the conversion yield is about 10% of the product erythroid It was confirmed that thiol was produced.

또한, 도 16 의 (b) 는 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, 도 16 의 (c) 는 효소를 처리한 직후(0h) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (d) 는 반응 시작 300분 후(5h) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (e) 및 (f) 는 질량 스펙트럼을 나타낸다. (c) 에서 12.52 분의 peak 는 기질 나린제닌이고, (d) 에서 13.64 분의 peak 는 생성물 에리오딕티올이다. 레스베라트롤의 mass peak 는 m/z 가 473.15 이고, 피세아타놀의 mass peak 는 m/z 가 576.22 이다.
In addition, Fig. 16 (b) shows the chromatography of the sample, Fig. 16 (c) shows the chromatography of the sample immediately after the enzyme treatment (0h), and (d) shows 300 minutes after the start of the reaction (5h). Chromatography of the samples is shown, and (e) and (f) show the mass spectra. The peak at 12.52 minutes in (c) is the substrate naringenin, and the peak at 13.64 minutes in (d) is the product erythrothiol. The mass peak of resveratrol is 473.15 m / z and the mass peak of piaceanol is 576.22 m / z.

실험예 9: 다이드제인(daidzein), 다이드진(daidzin) 및 제니스틴(genistin)의 수산화 반응 통한 3'-하이드록시 다이드제인(3'-ODI), 3'-하이드록시 다이드진 및 3'-하이드록시 제니스틴의 제조Experimental Example 9 3'-hydroxy didezein (3'-ODI), 3'-hydroxy didazine and the like through the hydroxylation of daidzein, daidzin and genistin Preparation of 3'-hydroxy Geninistine

효소로서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용하여, 콩에 다량 존재하는 아이소플라본 물질인 다이드제인과 당화체인 다이드진 및 제니스틴의 3'-위치에 위치특이적 수산화 반응이 진행됨을 HPLC 를 이용하여 정량적으로 분석하였고, 그 결과를 도 17 내지 19 에 나타내었다. Location-specific hydroxylation at 3'-position of Dyzezein, an isoflavone substance present in soybeans, Dydazine and Genistin, a large amount of isoflavones present in soybeans, using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) as an enzyme This progress was quantitatively analyzed using HPLC, and the results are shown in FIGS. 17 to 19.

반응 조건에 따른 기질의 생성물로의 전환 수율을 알아보기 위하여, 구연산 나트륨 완충 용액을 사용하고, L-아스코르브산을 첨가하여 pH 5.0, 50 Mm 구연산 나트륨 완충 용액 1mL 에서 효소 100 nM, 기질 1 mM 으로 반응을 진행하였으며, 시간에 따른 3'-하이드록시 다이드제인, 3'-하이드록시 다이드진 및 3'-하이드록시 제니스틴의 생성 양상을 확인하였다.To determine the yield of conversion of the substrate to the product according to the reaction conditions, use sodium citrate buffer solution and add L-ascorbic acid to pH 100, 50 Mm sodium citrate buffer solution to 100 nM enzyme, 1 mM substrate. The reaction was progressed, and the production pattern of 3'-hydroxy diazine, 3'-hydroxy diazine, and 3'-hydroxy genistin over time was confirmed.

도 17 에서 확인되는 바와 같이, 다이드제인으로부터 3'-하이드록시 다이드제인의 전환 수율은 38% 에서 더 이상의 반응이 진행되지 않았으며, 도 18 에서 확인되는 바와 같이, 다이드진의 반응에서 반응 1 시간 후 기질인 다이드진이 모두 소모되었고, 3'-하이드록시 다이드진이 전환 수율 87.3 % 로 생성되었다. 또한, 도 19 에서 확인되는 바와 같이, 제니스틴의 반응에서 반응 1 시간 후에 기질인 제니스틴이 모두 소모되지 않았고, 3'-하이드록시 제니스틴이 전환 수율 46.5 % 로 생성되었다.
As can be seen in FIG. 17, the conversion yield of 3'-hydroxy didzezein from dyedzein was no further reaction at 38%, and as shown in FIG. 18, the reaction in the reaction of dydazine was confirmed. After 1 hour all of the substrate dydazine was consumed and 3'-hydroxy didazine was produced with a conversion yield of 87.3%. In addition, as confirmed in FIG. 19, after 1 hour of reaction, the substrate was not consumed, and 3′-hydroxy genistine was produced in 46.5% conversion yield.

실험예 10: 반응물의 LC/MS 분석을 통한 3'-하이드록시 다이드진 및 3'-하이드록시 제니스틴의 생성 확인Experimental Example 10 Confirmation of Production of 3'-hydroxy Didazine and 3'-hydroxy Zenithin by LC / MS Analysis of Reactions

상기 실험예 9 와 관련하여, 다이드진을 기질로 첨가한 반응액에 효소를 처리한 직후(O h), 그리고 반응 시작 1 시간 후 (1 h)에 샘플을 채취하여 LC/MS 로 반응산물을 분석한 결과를 도 20 에 나타내었다. 도 20 에서 (a) 는 효소를 처리한 직후(Oh) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (b) 는 반응 시작 1 시간후 (1h) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (c) 와 (d) 는 질량 스펙트럼(mass spectra)를 나타낸다. (a) 에서 8.21분의 peak 는 기질 다이드진이고, (b) 에서 8.04 분의 peak 는 반응산물인 3'-하이드록시 다이드진이다. In relation to Experiment 9, a sample was taken immediately after treatment with enzyme (O h) and 1 hour after the start of the reaction (1 h) in which the reaction solution to which the dydazine was added as a substrate was reacted with LC / MS. The analysis results are shown in FIG. 20. In FIG. 20, (a) shows the chromatography of the sample immediately after the enzyme treatment (Oh), (b) shows the chromatography of the sample (1h) one hour after the start of the reaction, and (c) and (d) show the mass. Represent the mass spectra. The peak at 8.21 minutes in (a) is the substrate didazine and the peak at 8.04 minutes in (b) is 3'-hydroxy diazine, the reaction product.

도 20 을 참조하면, 반응 1 시간 후 다이드진은 사라지고 3'-하이드록시 다이드진이 생성되었음을 확인할 수 있으며, 다이드진의 mass peak 는 m/z 가 417.12 이고, 3'-하이드록시 다이드진은 m/z 가 433.08 이다.Referring to FIG. 20, after 1 hour of reaction, the didazine disappeared and the 3'-hydroxy didazine was formed. The mass peak of the didazine was 417.12, and the 3'-hydroxy didazine was present. M / z is 433.08.

또한, 제니스틴을 기질로 첨가한 반응액에 효소를 처리한 직후(O h), 그리고 반응 시작 1 시간 후 (1 h)에 샘플을 채취하여 LC/MS 로 반응산물을 분석한 결과를 도 21 에 나타내었다. 도 21 에서 (a) 는 효소를 처리한 직후(Oh) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (b) 는 반응 시작 1 시간후 (1h) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (c) 와 (d) 는 질량 스펙트럼(mass spectra)를 나타낸다. (a) 에서 9.4분의 peak 는 기질 제니스틴이고, (b) 에서 8.63 분의 peak 는 반응산물인 3'-하이드록시 제니스틴이다. In addition, a sample was taken immediately after treatment with the enzyme (O h) and 1 hour after the start of the reaction (1 h), and the reaction product was analyzed by LC / MS. Indicated. In FIG. 21, (a) shows the chromatography of the sample immediately after the enzyme treatment (Oh), (b) shows the chromatography of the sample (1h) one hour after the start of the reaction, and (c) and (d) show the mass. Represent the mass spectra. The peak at 9.4 minutes in (a) is the substrate genistin, and the peak at 8.63 minutes in (b) is 3'-hydroxy geninistin, the reaction product.

도 21 을 참조하면, 반응 1 시간 후 3'-하이드록시 제니스틴이 생성되었음을 확인할 수 있으며, 제니스틴의 mass peak 는 m/z 가 433.11 이고, 3'-하이드록시 제니스틴은 m/z 가 449.07 이다.
Referring to FIG. 21, it can be seen that 1 hour after the reaction, 3'-hydroxygeninistin was formed. The mass peak of genistin was 433.11 m / z and m / z was 449.07.

실험예 11: 글리시틴(glycitin)의 수산화 반응 통한 3'-하이드록시 글리시틴의 제조Experimental Example 11 Preparation of 3'-hydroxyglycitin through Hydroxylation of Glycitin

폴리페놀 배당체인 글리시틴을 기질로 첨가한 반응에서 3'-위치에 위치특이적인 수산화 반응이 진행됨을 HPLC 를 사용하여 정량적으로 확인하였고, 그 결과를 도 22 에 나타내었다. 반응 조건에 따른 기질의 생성물로의 전환 수율을 알아보기 위하여, 구연산 나트륨 완충 용액을 사용하고, L-아스코르브산을 첨가하여 시간에 따른 3'-하이드록시 글리시틴의 생성 양상을 확인하였다. pH 5.0, 50 Mm 구연산 나트륨 완충 용액 1mL 에서 효소 100 nM, 기질 1 mM 으로 반응을 진행하였고, 도 22 를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 반응 1 시간 후에 기질인 글리시틴이 모두 소모되었고, 3'-하이드록시 글리시틴이 전환 수율 80.9 % 로 생성되었다.
It was confirmed quantitatively using HPLC that the site-specific hydroxylation reaction at the 3'-position was performed quantitatively in the reaction in which glycidin, a polyphenol glycoside, was added as a substrate, and the results are shown in FIG. 22. In order to determine the yield of conversion of the substrate to the product according to the reaction conditions, sodium citrate buffer solution was used, and L-ascorbic acid was added to confirm the production of 3'-hydroxyglycitin over time. The reaction proceeded with pH 5.0, 1 mL of 50 Mm sodium citrate buffer solution, 100 nM of enzyme and 1 mM of substrate. As can be seen from FIG. 22, after 1 hour of reaction, glycine, a substrate, was consumed. -Hydroxy glycidine was produced with a conversion yield of 80.9%.

실험예 12: 반응물의 LC/MS 분석을 통한 3'-하이드록시 글리시틴의 생성 확인Experimental Example 12 Confirmation of Production of 3'-hydroxyglycithin through LC / MS Analysis of Reactions

상기 실험예 11 과 관련하여, 반응액에 효소를 처리한 후(0 h), 그리고 반응 시작 1시간 후에 샘플을 채취하여 LC/MS로 반응산물을 분석한 결과를 도 23 에 나타내었다. (a) 는 효소를 처리한 직후 (Oh) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (b) 는 반응 시작 1 시간후 (1h) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (c)와 (d)는 질량 스펙트럼(mass spectra)을 나타낸다. (a) 에서 8.33분의 peak은 기질 글리시틴이며. (b)에서 7.84분의 peak 는 반응산물인 3'-하이드록시 글리시틴을 나타낸다. 도 23 을 참조하면, 반응 1시간 후 3'-하이드록시 글리시틴이 검출됨을 확인할 수 있고, 글리시틴의 mass peak은 m/z가 447.12 이고, 3'-하이드록시 글리시틴의 mass peak 는 m/z 가 463.10 이다.
In connection with Experimental Example 11, after the enzyme was treated to the reaction solution (0 h), and the sample was taken 1 hour after the start of the reaction, the reaction product is analyzed by LC / MS is shown in Figure 23. (a) shows the chromatography of the (Oh) sample immediately after the enzyme treatment, (b) shows the chromatography of the sample (1h) one hour after the start of the reaction, and (c) and (d) the mass spectra (mass) spectra). The peak at 8.33 minutes in (a) is the substrate glycidine. In (b), the peak at 7.84 minutes represents the reaction product 3'-hydroxyglycitin. Referring to FIG. 23, it can be seen that 1 hour after the reaction, 3'-hydroxyglycitin is detected, and the mass peak of glycidine is m / z of 447.12 and the mass peak of 3'-hydroxyglycitin. M / z is 463.10.

실험예 13: 폴리다틴(polydatin)의 수산화 반응 통한 3-하이드록시 폴리다틴(아스트린진)의 제조Experimental Example 13: Preparation of 3-hydroxy polydatin (astrinzine) through the hydroxylation reaction of polydatin

폴리페놀 배당체인 폴리다틴을 기질로 첨가하고, 효소로서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용한 반응에서, 3- 위치에 위치특이적 수산화 반응이 진행됨을 HPLC 을 사용하여 정량적으로 분석하였고, 그 결과를 도 24 에 나타내었다. 구체적으로, 반응 조건에 따른 기질의 생성물로의 전환 수율을 알아보기 위하여, 구연산 나트륨 완충 용액을 사용하고, L-아스코르브산을 첨가하여 시간에 따른 아스트린진(astringin) 생성 양상을 확인하였다. pH 5.0, 50 Mm 구연산 나트륨 완충 용액 1mL 에서 효소 100 nM, 기질 1 mM 으로 반응을 진행하였고, 도 24 를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 반응 20 분 이내에 기질인 폴리다틴이 모두 소모되었고, 아스트린진이 전환 수율 78.6 % 로 생산되었다.
Polydatin, a polyphenol glycoside, was added as a substrate, and quantitatively using HPLC for the position-specific hydroxylation reaction at the 3-position in the reaction using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) as an enzyme. The results are shown in FIG. 24. Specifically, in order to determine the conversion yield of the substrate to the product according to the reaction conditions, sodium citrate buffer solution was used, and L-ascorbic acid was added to confirm the astringin production pattern over time. The reaction proceeded to pH 5.0, 1 mL of 50 Mm sodium citrate buffer solution with enzyme 100 nM and substrate 1 mM. As can be seen from FIG. A yield of 78.6% conversion was produced.

실험예 14: 반응물의 LC/MS 분석을 통한 3-하이드록시 폴리다틴(아스트린진)의 생성 확인Experimental Example 14 Confirmation of Production of 3-Hydroxy Polydatin (Astringin) by LC / MS Analysis of Reactions

상기 실험예 13 과 관련하여, 반응액에 효소를 처리한 후(0 h), 그리고 반응 시작 1시간 후에 샘플을 채취하여 LC/MS로 반응산물을 분석한 결과를 도 25 에 나타내었다. (a) 는 효소를 처리한 직후(Oh) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (b) 는 반응 시작 1 시간후 (1h) 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (c)와 (d)는 질량 스펙트럼(mass spectra)을 나타낸다. (a) 에서 8.94분의 peak 는 기질 폴리다틴을 나타내고, (b) 에서 8.45분의 peak 는 반응산물 아스트린진(astringin)을 나타낸다. 도 25 로부터 확인할 수 있는 바와 같이, 반응 1시간 후 아스트린진이 검출됨을 확인할 수 있고. 폴리다틴의 mass peak은 m/z 가 390.11 이며 아스트린진의 mass peak 는 m/x 가 407.09이다.
In relation to Experimental Example 13, after the enzyme was treated to the reaction solution (0 h), and 1 hour after the start of the reaction, a sample was taken and the result of analyzing the reaction product by LC / MS is shown in Figure 25. (a) shows the chromatography of the sample immediately after the enzyme treatment (Oh), (b) shows the chromatography of the sample (1h) one hour after the start of the reaction, and (c) and (d) the mass spectrum spectra). The peak at 8.94 minutes in (a) represents the substrate polydatidine and the peak at 8.45 minutes in (b) represents the reaction product astringin. As can be seen from FIG. 25, it can be confirmed that astrine is detected after 1 hour of reaction. The mass peak of polydatin is 390.11 m / z and the mass peak of astringin is 407.09.

실험예 15: 노토파긴(nothofagin)의 수산화 반응 통한 3-하이드록시 노토파긴(아스팔라틴)의 제조Experimental Example 15 Preparation of 3-hydroxy notopagine (aspalatin) through the hydroxylation of nothofagin

폴리페놀 배당체인 노토파긴을 기질로 첨가하고, 효소로서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 이용한 반응에서, 3 위치에 위치특이적 수산화 반응이 진행됨을 HPLC 을 사용하여 정량적으로 분석하였고, 그 결과를 도 26 에 나타내었다. 구체적으로, 반응 조건에 따른 기질의 생성물로의 전환 수율을 알아보기 위하여, 구연산 나트륨 완충 용액을 사용하고, L-아스코르브산을 첨가하여 시간에 따른 아스팔라틴(aspalathin) 생성 양상을 확인하였다. pH 5.0, 50 Mm 구연산 나트륨 완충 용액 1mL 에서 효소 100 nM, 기질 1 mM 으로 반응을 진행하였고, 도 26 를 통하여 확인할 수 있는 바와 같이, 반응 60분 후 아스팔라틴이 전환 수율 75.7 % 로 생성되었다.
Quantitative analysis using the HPLC of site-specific hydroxylation at the 3-position in the reaction using a polyphenol glycoside, notopagine, as a substrate, and using Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) as an enzyme The results are shown in FIG. 26. Specifically, in order to determine the conversion yield of the substrate to the product according to the reaction conditions, sodium citrate buffer solution was used, and L-ascorbic acid was added to confirm the appearance of aspalathin over time. The reaction proceeded to pH 5.0, 1 mL of 50 Mm sodium citrate buffer solution with 100 nM of enzyme and 1 mM of substrate. As can be seen from FIG. 26, after 60 minutes of reaction, asphaltene was produced with a conversion yield of 75.7%.

실험예 16: 반응물의 LC/MS 분석을 통한 3-하이드록시 노토파긴(아스팔라틴)의 생성 확인Experimental Example 16: Confirmation of production of 3-hydroxy notopagine (aspalatin) by LC / MS analysis of reactants

상기 실험예 15 와 관련하여, 노토파긴을 기질로 첨가한 반응액에, 효소로서 버크홀데리아 타일란덴시스 유래 티로시나아제(BT_ty)를 처리하고 45 분 후에 샘플을 채취하여 LC/MS 로 반응산물을 분석하였고, 그 결과를 도 27 에 나타내었다. (a) 는 샘플의 크로마토그래피를 나타내고, (b) 및 (c) 는 질량 스펙트럼(mass spectra)를 나타낸다. (a) 에서 17.84 분의 peak 는 기질인 노토파긴을 나타내고, 13.81 분의 peak 는 반응산물인 아스팔라틴(aspalathin)을 나타낸다. 도 27 로부터 아스팔라틴이 검출되는 것을 확인할 수 있으며, 노토파긴의 mass peak 는 m/z 가 390.11 이고, 아스팔라틴의 mass peak 는 m/z 가 407.09 이다.
In connection with Experiment 15, the reaction solution to which notopagin was added as a substrate was treated with Berkholderia tyrandensis-derived tyrosinase (BT_ty) as an enzyme, and after 45 minutes, a sample was taken to obtain a reaction product by LC / MS. Was analyzed and the result is shown in FIG. (a) shows the chromatography of the sample, and (b) and (c) shows the mass spectra. In (a), the peak at 17.84 minutes represents the substrate notopagine and the peak at 13.81 minutes represents the reaction product aspalathin. Asphalt is detected from FIG. 27. The mass peak of notopagine is m / z of 390.11, and the mass peak of asphaltenes of m / z of 407.09.

Claims (13)

티로시나아제를 이용하여, 모노페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질을 제조하는 방법으로서,
상기 티로시나아제는 버크홀데리아 타일란덴시스(Burkholderia thailandensis) 유래 티로시나아제이고,
상기 모노페놀형 구조 물질은 티로신 아미노산(tyrosine), 다이드제인(daidzein), 제니스테인(genistein), 다이드진(daidzin), 제니스틴(genistin), 글리시틴(glycitin), 레스베라트롤(resveratrol), 폴리다틴(polydatin), 플로레틴(phloretin), 플로리진(phloridzin), 노토파긴(nothofagin), 나린제닌(naringenin) 및 캠페롤(kaempferol)로 이루어진 군에서 선택되고,
상기 제조는 pH 1.5 내지 pH 5 의 산성 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
As a method for producing a catechol-type structural material from a monophenolic structural material using tyrosinase,
The tyrosinase is a tyrosinase derived from Burkholderia thailandensis ,
The monophenolic structural material is tyrosine amino acid (dyrosine), daidzein (gendstein), genistein (daidzin), genistin (genistin), glycidin (glycitin), resveratrol, poly Selected from the group consisting of polydatin, phloretin, phloridzin, nothofagin, naringenin and kaempferol,
The preparation is characterized in that the production is made under acidic conditions of pH 1.5 to pH 5.
제 1 항에 있어서,
모노페놀형 구조 물질로부터 카테콜형 구조 물질이 생성되는 일차 수산화 반응의 속도(Vmax_mono)와 카테콜형 구조 물질로부터 퀴논형 물질이 생성되는 이차 산화 반응의 속도(Vmax_di)의 비율(Vmax_mono/Vmax_di)이 0.8 이상인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
The method of claim 1,
The ratio (Vmax_mono) of the primary hydroxylation reaction (Vmax_mono) in which the catechol-type structural material is formed from the monophenolic structural material and the rate (Vmax_di) of the secondary oxidation reaction (Vmax_di) in which the quinone type material is produced from the catechol-type structural material is 0.8 The manufacturing method characterized by the above.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 제조가 pH 3.5 내지 pH 5 의 산성 조건에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The preparation method characterized in that the preparation is made in an acidic condition of pH 3.5 to pH 5.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
(a) 생성된 카테콜형 구조 물질을 전이금속이온 또는 붕소이온으로 배위 결합시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
The method according to claim 1 or 2,
(a) coordinating the resulting catechol-type structural material with transition metal ions or boron ions.
제 4 항에 있어서,
상기 붕소이온은 붕소산인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
The method of claim 4, wherein
The boron ion is a manufacturing method, characterized in that boric acid.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
하기 (b) 및 (c) 단계 중 하나 이상의 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법:
(b) 티로시나아제의 과산화반응에 의해 생성된 퀴논형 구조 물질을, 환원력을 도입하여, 카테콜형 구조 물질로 환원시키는 단계;
(c) 환원력을 도입하여, 메트-티로시나아제를 활성화시키는 단계.
The method according to claim 1 or 2,
Further comprising at least one of the following steps (b) and (c):
(b) reducing the quinone type structural material produced by the peroxidation of tyrosinase to a catechol type structural material by introducing a reducing force;
(c) introducing a reducing force to activate met-tyrosinase.
제 6 항에 있어서,
상기 환원력이 전기화학, NADH, NADPH, 아스코빅산, 시스테인, p-쿠마릭산, 히드록실아민, 카테콜, 피로갈롤 및 카페인산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것으로부터 제공되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
The method of claim 6,
Wherein said reducing power is provided from the group consisting of electrochemistry, NADH, NADPH, ascorbic acid, cysteine, p- coumaric acid, hydroxylamine, catechol, pyrogallol and caffeic acid.
삭제delete 삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모노페놀형 구조 물질이 플로레틴(phloretin)이고, 상기 카테콜형 구조 물질이 3-하이드록시 플로레틴인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
The method according to claim 1 or 2,
Wherein said monophenolic structural material is phloretin and said catechol-type structural material is 3-hydroxy floretine.
제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 모노페놀형 구조 물질이 플로리진(phloridzin)이고, 상기 카테콜형 구조 물질이 3-하이드록시 플로리진인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The monophenolic structural material is phloridzin, and the catechol-type structural material is 3-hydroxy floridine.
삭제delete 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
상기 카테콜형 구조 물질이 도파(DOPA), 3'-하이드록시 다이드제인, 오로볼(orobol), 3'-하이드록시 다이드진, 3'-하이드록시 제니스틴, 3'-하이드록시 글리시틴, 피스아타놀(piceatannol), 아스트린진(astringin), 3-하이드록시 플로레틴, 3-하이드록시 플로리진, 아스팔라틴(aspalathin), 에리오딕티올 (eriodictyol) 및 퀘르세틴(quercetin) 으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
The method according to claim 1 or 2,
The catechol-type structural material is dopa (DOPA), 3'- hydroxy didase, orobol, 3'- hydroxy diazine, 3'- hydroxy zenithine, 3'- hydroxy glycine , Group consisting of piceatannol, astringin, 3-hydroxy floretine, 3-hydroxy floridine, aspalathin, eriodictyol and quercetin It is selected from the manufacturing method.
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
TWI813507B (en) * 2022-11-16 2023-08-21 吳俊毅 Use of hydroxyglycitin thereof
KR20240032211A (en) 2022-08-31 2024-03-12 전남대학교산학협력단 Novel protein, composition and method for producing dihydrotricetin including the same

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109402075A (en) * 2018-11-28 2019-03-01 深圳先进技术研究院 A kind of small protein and its application for scavenging activated oxygen
CN109825518B (en) * 2019-02-25 2020-07-28 佐登妮丝(广州)美容化妆品有限公司 Preparation method and application of 3' -hydroxy genistein
KR102222517B1 (en) 2019-03-26 2021-03-03 서울대학교산학협력단 Biocatalytic compositions comprising monooxygenases and method for the preparation of hydroxy-equol derivatives using the same

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016096579A1 (en) 2014-12-17 2016-06-23 University College Dublin, National University Of Ireland, Dublin A method for the enzymatic conversion of a phenol substrate into a corresponding catechol product

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR101364994B1 (en) 2012-02-10 2014-02-21 서울대학교산학협력단 Expression of tyrosinase by gene sequence optimization of helpful protein and production methods of catechol-like construction material using tyrosinase and its inhibitor
KR101566672B1 (en) 2013-06-26 2015-11-09 서울대학교산학협력단 Catechol derivatives prepared by using tyrosinase, method for preparation thereof, and application thereof
KR101743278B1 (en) * 2014-06-17 2017-06-07 한국과학기술원 Method of Preparing Biocatalytic Films Using Phenol containing polymer and Tyrosinase Expressing Bacterial cell

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2016096579A1 (en) 2014-12-17 2016-06-23 University College Dublin, National University Of Ireland, Dublin A method for the enzymatic conversion of a phenol substrate into a corresponding catechol product

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
UniProtKB/Swiss-Prot: Q2T7K1 (2006.10.31.)*

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20240032211A (en) 2022-08-31 2024-03-12 전남대학교산학협력단 Novel protein, composition and method for producing dihydrotricetin including the same
TWI813507B (en) * 2022-11-16 2023-08-21 吳俊毅 Use of hydroxyglycitin thereof

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