KR20110128167A - An alpha-xylosidase mutants modified at their proton-donor/acceptor catalyst and high efficiency transglycosylation with the same - Google Patents

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KR20110128167A
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고려대학교 산학협력단
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Abstract

PURPOSE: An alpha-xylosidase mutant of proton-donor/acceptor catalyst is provided to obtain transflycosylation products with high yield. CONSTITUTION: An alpha-xylosidase mutant is prepared by substituting 482th amino acid residue, aspartate with serine. The alpha-xylosidase mutant is prepared by mutating by site mutation, random mutation, and selection among natural microorganism genomes. The alpha-xylosidase mutant is prepared using a recombinant microorganism. A transglycosylation is performed using the alpha-xylosidase mutant as a translycosylation catalyst.

Description

알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기 변이 효소 및 이를 이용한 고효율 당전이 방법{An alpha-Xylosidase mutants modified at their proton-donor/acceptor catalyst and high efficiency transglycosylation with the same}{An alpha-Xylosidase mutants modified at their proton-donor/acceptor catalyst and high efficiency transglycosylation with the same}

본 발명은 알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기 변이 효소 및 그 효소의 제조방법 및 그 효소의 응용에 관한 발명이다.The present invention relates to a proton donor/receptor catalyzed variant enzyme of alpha-xyloseidase, a method for preparing the enzyme, and an application of the enzyme.

생체 내에서 다양한 생리학적 반응을 매개하는 기능을 수행하는 탄수화물은 질병 예방 및 치료로서 인식되고 있다. 이러한 탄수화물은 지금까지 유기합성을 통해 이루어졌으나, 반응조건상의 장점과 기질특이성 등의 장점 때문에 효소를 이용하여 올리고당을 합성하는 방법이 최근 많은 주목을 받고 있다. 효소를 이용한 올리고당 합성기술은 탄수화물 분해효소가 지니는 당전이 활성을 이용하거나 뉴클레오타이드 당을 기질로 사용하는 당전이효소(glycosyltransferase)를 이용하는 방법이 있다. Carbohydrates that mediate various physiological responses in vivo are recognized as disease prevention and treatment. These carbohydrates have been achieved through organic synthesis so far, but the method of synthesizing oligosaccharides using enzymes has recently attracted much attention because of the advantages of reaction conditions and substrate specificity. Oligosaccharide synthesis technology using enzymes includes a method of using a glycosyltransferase that uses a glycosyltransferase that uses a nucleotide sugar as a substrate or a glycosyltransferase of a carbohydrate-degrading enzyme.

일반적으로 당전이 효소는, 생체 내에 있어서 당단백질, 당지질 등의 당쇄(糖鎖)의 생합성에 관여하는 효소이다. 그 반응 생성물인 당단백질이나 당지질 등의 당쇄는, 분화나 발생에 있어서의 세포 간 및 세포-세포외 매트릭스 사이의 시그널 전달이나 복합당질의 택(tack)으로서 기능하는 중요한 분자인 것 등이 밝혀져 있다.In general, sugar transfer enzymes are enzymes involved in the biosynthesis of sugar chains such as glycoproteins and glycolipids in a living body. It has been found that sugar chains such as glycoproteins and glycolipids, which are reaction products, are important molecules that function as a tack of complex saccharides or signal transduction between cells and between cells and extracellular matrix during differentiation and development. .

탄수화물 분해효소(glycosidase) 중 존속성 탄수화물 분해효소(retaining glycosidase)는 카르복실기를 가지는 두 개의 아미노산 잔기를 각각 친핵성 촉매기(nucleophile catalyst)와 양자공여/수용체 촉매기 (proton-donor/acceptor catalyst)로 사용하여 당쇄 가수분해 반응을 촉매한다. 상기 존속성 탄수화물 분해효소들은 각 효소의 친핵성 촉매기를 이용하여 기질 내 당쇄결합을 분해하고, 친핵성 촉매기와 기질의 일부가 원래 기질과 반대의 아노머 (anomer)결합을 통해 공유결합된 당-효소 중간체를 생성한다. 이 후, 양자공여/수용체 촉매기의 작용에 의해 당-효소 중간체에 있는 당을 물로 전이하는 가수분해반응 또는 물 이외의 다른 당 수용체의 수산기로 전이하는 당전이 반응을 통해 반응산물의 아노머가 원래 기질의 것과 같아지면서 반응이 완료된다 (Acc Chem Res, 2000, 33(1):11-18).
Among the glycosidases, the retaining glycosidase uses two amino acid residues having a carboxyl group as a nucleophile catalyst and a proton-donor/acceptor catalyst, respectively. To catalyze the sugar chain hydrolysis reaction. The persistent carbohydrate degrading enzymes degrade sugar chain bonds in the substrate using the nucleophilic catalytic group of each enzyme, and sugar-enzymes in which a nucleophilic catalyst and a part of the substrate are covalently bonded through an anomer bond opposite to the original substrate. It produces an intermediate. After that, the anomer of the reaction product is originally through a hydrolysis reaction in which the sugar in the sugar-enzyme intermediate is transferred to water by the action of the proton donation/receptor catalytic group, or a sugar transfer reaction in which the sugar in the sugar acceptor other than water is transferred to the hydroxyl group. The reaction is completed as it becomes the same as that of the substrate (Acc Chem Res, 2000, 33(1):11-18).

*그러나 상기 존속성 탄수화물 분해효소를 이용한 당전이반응의 경우, 생성된 당전이산물이 다시 효소에 의해 가수분해되므로 시간적으로 반응을 조절하여야하며 얻어지는 당전이 산물의 수율 또한 일반적으로 낮다. 또한 당 수용체가 가지는 여러 수산기로 당전이가 가능하며, 생성된 당전이산물이 다시 당수용체로 사용될 수 있어 한 개 이상의 당전이 산물이 생산되므로 원하는 물질의 분리 및 정제 공정이 추가로 요구되므로 생산경비가 증가하는 문제점이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 유전자조작기술을 이용한 단백질공학기술이 적용된 바 있다. * However, in the case of the sugar transfer reaction using the persistent carbohydrate degrading enzyme, the resulting sugar transfer product is hydrolyzed again by the enzyme, so the reaction must be controlled over time, and the yield of the obtained sugar transfer product is generally low. In addition, sugar transfer is possible with various hydroxyl groups possessed by the sugar receptor, and the generated sugar transfer product can be used as a sugar receptor again, so that more than one sugar transfer product is produced.Therefore, the separation and purification process of the desired substance is additionally required. There is a problem that increases. In order to solve this problem, protein engineering technology using genetic engineering technology has been applied.

첫 번째 예로 지속성 탄수화물 분해효소의 친핵성 촉매기를 비활성 아미노산잔기로 변이시키면 당-효소 중간체를 형성할 수 없어 가수분해활성을 나타내지 못한다. 그러나 원래 기질과 반대의 위치이성질체 형태의 불소당(fluoride sugar)를 기질로 사용하여 당-효소 중간체의 유사체를 제공하면, 효소에 남아있는 양자공여체 촉매기의 반응에 의해 당전이 반응은 성공적으로 진행된다. 이때 상기 친핵성 촉매기가 변이된 탄수화물 분해효소 변이체들은 가수분해활성을 상실하였으므로 당전이산물을 가수분해하지 못하고 반응액 내에 산물을 축적한다. 이와 같이 지속성 탄수화물 분해효소의 친핵성 촉매기를 특정위치변이법(site-directed mutagenesis)로 변이시키고, 원래 기질과 반대의 위치이성질체 형태의 불소당를 당공여체로 사용하여 당전이반응만을 수행하는 가공효소를 글라이코신다아제(glycosynthase)라고 명명한다 (J Am Chem Soc 1998, 120:5583-5584). 아그로박테리움(Agrobacterium sp.)에서 유래한 베타-글라이코시다아제의 친핵성 촉매기인 358번째 글루타메이트 잔기(Glu358)를 알라닌(alanine)으로 변형시킨 글라이코신다아제(glycosynthase)가 최초로 보고된 이후, 다양한 효소들에 동일한 전략이 적용된 바 있다 (Curr Opin Chem Biol. 2006, 10(5):509-519). 그러나 기존의 글라이코신다아제들은 대부분이 베타-글라이코시다아제에서 유래하여 베타-당쇄만을 합성하는 효소들이며, 알파-당쇄를 합성할 수 있는 알파-글라이코시다아제의 경우는 Schizosaccharomyces pombe 알파-글라이코시다아제의 친핵성 촉매기를 변이시킨 효소가 유일한 예이다 (Biosci Biotechnol Biochem. 2002, 66(4):928-933). 그러나 상기 알파-글라이코시다아제는 알파-아노머 불소당에 비해 합성이 어렵고 안정성이 떨어지는 베타-아노머 불소당을 당공여체로 사용해야 하는 어려움을 지닌다. As a first example, if the nucleophilic catalytic group of a persistent carbohydrate degrading enzyme is mutated into an inactive amino acid residue, a sugar-enzyme intermediate cannot be formed and thus hydrolytic activity is not exhibited. However, if an analog of a sugar-enzyme intermediate is provided using fluoride sugar in the form of regioisomer opposite to the original substrate, the sugar transfer reaction proceeds successfully due to the reaction of the proton donor catalytic group remaining in the enzyme. do. At this time, the carbohydrate degrading enzyme mutants having mutated nucleophilic catalytic groups have lost their hydrolytic activity, so they cannot hydrolyze the sugar transfer product and accumulate the product in the reaction solution. In this way, a processing enzyme that performs only sugar transfer reactions by mutating the nucleophilic catalytic group of the persistent carbohydrate degrading enzyme by site-directed mutagenesis and using the fluorine sugar in the form of the regioisomer opposite to the original substrate is used as a sugar donor. It is named glycosynthase (J Am Chem Soc 1998, 120:5583-5584). Since the first reported glycosynthase in which the 358 th glutamate residue (Glu358), which is the nucleophilic catalyst group of beta-glycosidase derived from Agrobacterium sp., is transformed into alanine was reported for the first time. The same strategy has been applied to various enzymes (Curr Opin Chem Biol. 2006, 10(5):509-519). However, most of the existing glycosidases are enzymes that synthesize only beta-sugar chains derived from beta-glycosidase, and in the case of alpha-glycosidase capable of synthesizing alpha-sugar chains, Schizosaccharomyces pombe alpha-glycerides An enzyme that mutated the nucleophilic catalytic group of lycosidase is the only example (Biosci Biotechnol Biochem. 2002, 66(4):928-933). However, the alpha-glycosidase has a difficulty in using a beta-anomeric fluorosaccharide as a sugar donor, which is difficult to synthesize and has poor stability compared to the alpha-anomeric fluorosaccharide.

두 번째 방법으로는 지시적 진화(directed evolution)을 통해 친핵성 및 양자공여/수용체 촉매기를 보유하지만 가수분해활성은 현저히 줄어들고 당전이 활성은 유지 혹은 향상된 돌연변이체를 개발함으로써 당전이 산물의 수율을 증대한 연구가 보고된 바 있다 (J Biol Chem. 2005, 280(44):37088-37097). 그러나 이 경우 역시 당전이 산물에 대한 가수분해 활성을 완전히 제거하진 못하였으며, 알파-글리코시데이즈에 대한 적용예가 보고된 바 없다.The second method is to increase the yield of sugar transfer products by developing a mutant that retains nucleophilicity and proton donation/receptor catalytic groups through directed evolution, but the hydrolytic activity is significantly reduced and the sugar transfer activity is maintained or improved. Studies have been reported (J Biol Chem. 2005, 280(44):37088-37097). However, in this case, the hydrolysis activity of the sugar transfer product was not completely removed, and no application examples for alpha-glycosidase have been reported.

알파-자일로시다아제는 반응기질의 알파-당쇄결합(a-glycosidic linkage)를 분해하여 알파-아노머(alpha-anomer)를 가지는 산물을 생산하는 상기 존속성 탄수화물 분해효소에 속한다. 따라서 알파-자일로시다아제가 가지는 상기 당전이반응 활성을 이용하여 다양한 당전이산물의 생산이 보고된 바 있다(FEBS J. 2007, 274(23):6074-6084). 그러나 상기 존속성 탄수화물 분해효소를 이용한 당전이반응의 단점을 극복하지 못하고 낮은 수율로 두 개 이상의 부산물을 생성하는 문제점을 가진다.Alpha-xylosidase belongs to the persistent carbohydrate degrading enzyme that produces a product having an alpha-anomer by decomposing a-glycosidic linkage of reactive substances. Therefore, the production of various glycosyltransferases has been reported using the glycotransferase activity of alpha-xylosidase (FEBS J. 2007, 274(23):6074-6084). However, it does not overcome the disadvantages of the sugar transfer reaction using the persistent carbohydrate degrading enzyme and has a problem of generating two or more by-products with a low yield.

본 발명은 상기 문제점을 해결하고, 상기의 필요성에 의하여 안출된 것으로서 본 발명의 목적은 알파-자일로시다아제의 양자공여/수용체 촉매기를 돌연변이시키고, 고수율로 당전이 반응을 수행하는 알파-자일로시다아제 변이효소를 제공하는 것이다.The present invention solves the above problems and is conceived by the necessity of the above, and an object of the present invention is to mutate the proton donation/receptor catalytic group of alpha-xylosidase, and to perform the sugar transfer reaction in high yield. It is to provide a rosidase mutant enzyme.

본 발명의 다른 목적은 상기 알파-자일로시다아제 변이효소 생산방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide a method for producing the alpha-xylosidase mutant enzyme.

본 발명의 또 다른 목적은 알파-자일로실 플로라이드(a-xylosyl fluoride)와 포도당, 만노오스(mannose), 및 이들의 2-수산기(hydroxyl group)가 다른 반응기로 치환된 유사체를 비환원성 말단에 가지는 올리고당 및 배당체들을 포함하는 기질에 상기 알파-자일로시다아제 변이효소를 반응시켜 자일로스가 전이된 당전이 산물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.Another object of the present invention is to provide an analogue in which a-xylosyl fluoride and glucose, mannose, and their 2-hydroxyl groups are substituted with other reactive groups at the non-reducing end. Eggplant provides a method of preparing a glycotransfer product to which xylose has been transferred by reacting the alpha-xylosidase mutant enzyme with a substrate containing oligosaccharides and glycosides.

상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 천연 알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기를 아스파테이트 이외의 다른 아미노산 잔기로 돌연변이시킨 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소 폴리펩타이드를 제공한다.In order to achieve the above object, the present invention provides an alpha-xylosidase mutant enzyme polypeptide in which the proton donation/receptor catalyst of natural alpha-xyloseidase is mutated to an amino acid residue other than aspartate.

본 발명의 명세서에 기재된 "폴리펩티드"라는 용어는 본 발명에 따른 폴리펩티드의 전체 길이를 지칭한다. 바람직한 구체예로서, 용어 "폴리펩티드"는 분리된 폴리펩티드 및 재조합 방법에 의해, 예컨대 샘플로부터 분리하고 정제하는 것에 의해, 라이브러리를 스크리닝하는 것에 의해 및 통상의 방법에 의한 단백질 합성에 의해 제조된 폴리펩티드를 포함하며, 상술한 방법은 모두 당해 분야의 업자에게 공지되어 있다. 바람직하게는, 전체 폴리펩티드 또는 그의 일부는 메리필드(Merrifield) 수법과 같은 통상의 합성법에 의해 합성될 수 있다. The term "polypeptide" as described herein refers to the full length of a polypeptide according to the invention. In a preferred embodiment, the term “polypeptide” includes isolated polypeptides and polypeptides prepared by recombinant methods, such as by isolating and purifying from a sample, by screening a library, and by protein synthesis by conventional methods. And, all of the above-described methods are known to those skilled in the art. Preferably, the entire polypeptide or a part thereof can be synthesized by a conventional synthetic method such as the Merrifield method.

본 발명의 천연 알파-자일로시데이즈 폴리펩티드 서열은 서열번호 1 또는 2에 기재된 아미노산 서열을 가지는 폴리펩티드를 지칭한다.The natural alpha-xylosidase polypeptide sequence of the present invention refers to a polypeptide having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1 or 2.

본 발명의 명세서에 기재된 폴리펩티드의 " 천연 알파-자일로시데이즈 또는 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소의 기능적 변이체"는 서열 번호 1 또는 2 및/또는 서열번호 3 또는 4에 따른 아미노산 서열을 갖는 폴리펩티드에 대하여 서열 상동성, 특히 약 70%, 바람직하게는 약 80%, 특히 약 90%, 특히 약 95%, 가장 바람직하게는 약 98%의 서열동일성을 갖는 폴리펩티드를 지칭한다. 이러한 기능적 변이체는 예컨대 사람 이외의 생물에서 기인한, 바람직하게는 비-인간 포유류, 예컨대 마우스, 래트, 원숭이 및 돼지로부터 기인한 본 발명에 따른 폴리펩티드에 대하여 상동인 폴리펩티드이다. 기능적 변이체의 다른 예는 상이한 개체, 한 생물의 상이한 기관 또는 상이한 발달 단계에 있는 유전자의 상이한 대립유전자에 의해 코딩되는 폴리펩티드이다. 기능적 변이체는 바람직하게는 또한 천연 산출 또는 합성 돌연변이, 특히 이들 서열에 의해 암호화되는 펩티드의 활성을 현저히 변화시키는 돌연변이를 포함한다. 또한, 이러한 변이체는 바람직하게는 암호화하는 유전자의 상이한 접합으로부터 생길 수도 있다."Functional variant of a native alpha-xyloseidase or alpha-xyloseidase mutant enzyme" of the polypeptide described in the specification of the present invention refers to a polypeptide having an amino acid sequence according to SEQ ID NO: 1 or 2 and/or SEQ ID NO: 3 or 4. It refers to a polypeptide having sequence homology with respect to, in particular about 70%, preferably about 80%, in particular about 90%, particularly about 95%, most preferably about 98%. Such functional variants are polypeptides that are homologous to the polypeptide according to the invention, for example originating in non-human organisms, preferably originating from non-human mammals such as mice, rats, monkeys and pigs. Other examples of functional variants are polypeptides encoded by different alleles of genes in different individuals, different organs of an organism, or at different stages of development. Functional variants preferably also comprise naturally occurring or synthetic mutations, in particular mutations that significantly alter the activity of the peptides encoded by these sequences. In addition, such variants may preferably arise from different junctions of the encoding gene.

"기능적 변이체"는 본 발명에 따른 상응하는 폴리펩티드와 동일한 생물학적 작용을 갖는 폴리펩티드를 지칭한다. 이러한 생물학적 작용은 기능적 에세이법으로 분석될 수 있다. 후보 폴리펩티드가 본 발명에 따른 폴리펩티드의 기능적 변이체인지 여부를 검사하기 위하여, 후보 폴리펩티드는 해당분야의 당업자에게 일반적으로 공지된 기능적 에세이법으로 분석할 수 있으며, 이러한 에세이법은 본 발명에 따른 상응하는 폴리펩티드의 생물학적 기능을 분석하는데 적합하다. “Functional variant” refers to a polypeptide having the same biological action as a corresponding polypeptide according to the invention. These biological actions can be analyzed by functional assays. In order to test whether the candidate polypeptide is a functional variant of the polypeptide according to the present invention, the candidate polypeptide can be analyzed by a functional assay method generally known to those skilled in the art, and such assay method is the corresponding polypeptide according to the present invention. It is suitable for analyzing the biological function of

또한, 용어 "기능적 변이체"는 후보 기능적 변이체 폴리펩티드가 % 서열 동일성 수준에 대한 기능적 변이체의 기준을 충족하는 한 돌연변이된 유전자로부터 또는 차등적으로 접합된 유전자로부터 발현된 폴리펩티드를 포함한다. 이러한 발현 분석은 해당분야의 당업자에게 일반적으로 공지된 방법에 의해 실시될 수 있다.In addition, the term “functional variant” includes a polypeptide expressed from a mutated gene or from a differentially conjugated gene as long as the candidate functional variant polypeptide meets the criteria for a functional variant for% sequence identity level. Such expression analysis can be carried out by methods generally known to those skilled in the art.

폴리펩티드의 "기능적 변이체"는 이들이 본 발명에 따른 상응하는 폴리펩티드와 실질적으로 동일한 생물학적 기능을 갖는 한, 약 7 내지 약 1000개 아미노산, 바람직하게는 10개 이상의 아미노산, 더욱 바람직하게는 20개 이상, 가장 바람직하게는 50개 이상, 예컨대 100개 이상, 예컨대 200개 이상, 예컨대 300개 이상, 예컨대 400개 이상, 예컨대 500개 이상, 예컨대 600개 이상의 아미노산 길이를 갖는 본 발명에 따른 폴리펩티드의 일부일 수 있다. 이들이 본 발명에 따른 상응하는 폴리펩티드와 실질적으로 동일한 생물학적 기능을 갖는 한, 약 1 내지 30, 바람직하게는 약 1 내지 15, 특히 약 1 내지 5개 아미노산 범위의 본 발명에 따른 폴리펩티드의 결실체도 또한 포함된다. 예컨대, 첫 번째 아미노산인 메티오닌은 폴리펩티드의 기능을 현저히 변경시키지 않고도 존재하지 않을 수 있다. 또한, 변역 후 변형, 예컨대 지질 앵커 또는 포스포릴 기는 변이체에 존재하거나 존재하지 않을 수 있다."Functional variants" of a polypeptide refer to about 7 to about 1000 amino acids, preferably 10 or more amino acids, more preferably 20 or more, most, so long as they have substantially the same biological function as the corresponding polypeptide according to the invention. It may preferably be part of a polypeptide according to the invention having a length of 50 or more, such as 100 or more, such as 200 or more, such as 300 or more, such as 400 or more, such as 500 or more, such as 600 or more amino acids in length. Also included are deletions of the polypeptides according to the invention in the range of about 1 to 30, preferably about 1 to 15, in particular about 1 to 5 amino acids, as long as they have substantially the same biological function as the corresponding polypeptide according to the invention. do. For example, the first amino acid, methionine, may not be present without significantly altering the function of the polypeptide. In addition, post-translational modifications, such as lipid anchors or phosphoryl groups, may or may not be present in the variant.

"서열 동일성"은 폴리펩티드를 예컨대 BLASTP 2.0.1에 의해 결정할 경우 및 핵산을 예컨대 BLASTN 2.014에 의해 결정하는 경우(이때, 필터를 설치하고 BLOSUM은 62임; Altschul et al., 1997, Nucleic Acids Res., 25: 3389-3402)에서 2개 서열의 동일 정도(% 동일성)를 지칭한다."Sequence identity" refers to when the polypeptide is determined by eg BLASTP 2.0.1 and when the nucleic acid is determined by eg by BLASTN 2.014 (where filter is installed and BLOSUM is 62; Altschul et al., 1997, Nucleic Acids Res. , 25: 3389-3402), refers to the degree of identity (% identity) of two sequences.

또한 본 발명은 본 발명의 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소를 코딩하는 유전자를 제공한다.In addition, the present invention provides a gene encoding the alpha-xylosidase mutant enzyme of the present invention.

본 발명의 명세서에 기재된 '알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소를 코딩하는 유전자'는 서열 5 또는 6에 따른 유전자 및/또는 그의 변이체를 지칭한다. The'gene encoding the alpha-xylosidase mutant enzyme' described in the specification of the present invention refers to a gene according to SEQ ID NO: 5 or 6 and/or a variant thereof.

용어 "코딩하는 유전자"는 본 발명에 따른 분리가능한 생활성 폴리펩티드를 암호화하는 DNA 서열 또는 그의 전구체에 관한 것이다. 폴리펩티드는 예컨대 본 발명의 당전이 활성과 같은 생물학적 기능이 실질적으로 유지되는 한 코딩 서열의 전체 길이 또는 그의 일부의 서열에 의해 암호화될 수 있다.The term “coding gene” relates to a DNA sequence encoding a separable bioactive polypeptide according to the present invention or a precursor thereof. Polypeptides may be encoded by the entire length of the coding sequence or a part of the sequence as long as the biological function, such as the glycotransferase activity of the present invention, is substantially maintained.

상기 기재된 유전자의 서열에서 예컨대 유전자 암호의 축퇴로 인하여 적은 변화가 존재할 수 있거나 또는 번역되지 않은 서열이 암호화된 폴리펩티드의 활성에 큰 영향을 주지 않고도 핵산의 5' 및/또는 3' 말단에 부착될 수 있다는 것은 공지되어 있다. 따라서 본 발명은 소위 천연 산출 핵산 및 상기 기재된 핵산의 인공적으로 생성된 "변이체"도 포함한다.There may be small changes in the sequence of the genes described above, such as due to degeneration of the genetic code, or the untranslated sequence may be attached to the 5'and/or 3'end of the nucleic acid without significantly affecting the activity of the encoded polypeptide. It is known that there is. Accordingly, the present invention also includes so-called naturally occurring nucleic acids and artificially generated "variants" of the nucleic acids described above.

바람직하게는, 본 발명에 따른 유전자는 DNA 또는 RNA, 바람직하게는 DNA, 특히 이중쇄 DNA 이다. 특히 본 발명에 따른 유전자는 RNA 분자, 바람직하게는 단일쇄 또는 이중쇄 RNA 분자일 수 있다. 핵산의 서열은 1 이상의 인트론 및/또는 1개의 폴리A 서열을 더 포함할 수 있다.Preferably, the gene according to the invention is DNA or RNA, preferably DNA, in particular double-stranded DNA. In particular, the gene according to the present invention may be an RNA molecule, preferably a single-stranded or double-stranded RNA molecule. The sequence of the nucleic acid may further comprise one or more introns and/or one polyA sequence.

본 발명에 따른 유전자는 당해 분야의 당업자에게 일반적으로 공지된 방법에 의해 제조할 수 있으며 이하에 기재되어 있다.Genes according to the present invention can be prepared by methods generally known to those skilled in the art and are described below.

유전자의 "변이체"는 바람직하게는 80%, 특히 90%, 가장 바람직하게는 95%의 서열 동일성을 갖는 다른 종으로부터 얻은 상동체일 수 있다.A “variant” of a gene may be a homologue obtained from another species with sequence identity of preferably 80%, in particular 90%, most preferably 95%.

유전자의 "변이체"는 본 발명에 따른 상응하는 폴리펩티드와 유사한 활성을 갖는 한 약 8개 이상의 뉴클레오티드 길이, 바람직하게는 약 16개 이상의 뉴클레오티드 길이, 특히 약 21개 이상의 뉴클레오티드 길이, 보다 바람직하게는 약 30개 이상의 뉴클레오티드 길이, 더욱 바람직하게는 약 40개 이상의 뉴클레오티드 길이, 가장 바람직하게는 약 50개 이상의 뉴클레오티드 길이를 갖는 본 발명에 따른 유전자의 일부일 수 있다. 이러한 활성은 상기에 기재한 기능적 에세이법을 이용하여 분석될 수 있다.A “variant” of a gene is about 8 or more nucleotides in length, preferably about 16 or more nucleotides in length, particularly about 21 or more nucleotides in length, more preferably about 30 nucleotides in length, as long as it has similar activity to the corresponding polypeptide according to the invention. It may be part of a gene according to the invention having a length of at least 4 nucleotides, more preferably at least about 40 nucleotides in length, and most preferably at least about 50 nucleotides in length. This activity can be assayed using the functional assay method described above.

본 발명의 바람직한 구체예로서, 유전자는 본 발명에 따른 유전자와 상보적인 서열을 갖는 유전자 또는 그의 변이체를 포함할 수 있다. 바람직하게는 상기 유전자는 본 발명에 따른 유전자의 비-기능적 돌연변이성 변이체, 또는 그의 변이체를 포함한다.As a preferred embodiment of the present invention, the gene may include a gene or a variant thereof having a sequence complementary to the gene according to the present invention. Preferably, the gene comprises a non-functional mutant variant of the gene according to the present invention, or a variant thereof.

본 발명에서 '알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기'란 알파-자일로시데이즈의 아미노산 잔기들 중 효소가 당쇄를 가수분해할 때 요구되는 양자의 공급과 수용의 기능을 수행하는 아미노산 잔기를 의미한다.In the present invention, the term'proton donation/receptor catalytic group of alpha-xylosidase' refers to the function of supplying and receiving protons required when enzymes hydrolyze sugar chains among the amino acid residues of alpha-xylosidase. Refers to an amino acid residue.

본 발명의 일 구체예에 있어서 상기 아스파테이트 이외의 다른 아미노산 잔기는 알라닌, 세린, 또는 글라이신인 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the amino acid residue other than aspartate is preferably alanine, serine, or glycine, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기 촉매 아미노산잔기는 아스파테이트인 것이 바람직하고, 상기 알파-자일로시데이즈가 가지는 PVHWGGDC 아미노산 서열 내 아스파테이트인 것이 더욱 바람직하고, 가장 바람직하게는 서열번호 1에서 482번째 아스파테이트 또는 서열번호 2에서 481번째 아스파테이트이나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the proton donation/receptor catalyst catalytic amino acid residue of alpha-xyloseidase is preferably aspartate, and the aspartate in the PVHWGGDC amino acid sequence of the alpha-xyloseidase It is more preferred, and most preferably, the 482th aspartate in SEQ ID NO: 1 or the 481th aspartate in SEQ ID NO: 2, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 돌연변이 효소는 가수분해활성이 1/10 내지 1/1000,000 배 감소된 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.
In one embodiment of the present invention, the mutant enzyme preferably has a hydrolytic activity reduced by 1/10 to 1/1000,000 times, but is not limited thereto.

*본 발명의 일 구체예인 표4의 내용에 변이체 활성이 1/10000배 감소함을 나타내었다. 또한 pNP xyloside에 대한 활성은 상실하였음을 동시에 보여주고 있다.* In the contents of Table 4, which is a specific example of the present invention, it was shown that the mutant activity was reduced by 1/10000 times. In addition, it was shown at the same time that the activity against pNP xyloside was lost.

또한 본 발명은 알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기를 특정위치변이법, 무작위변이법, 또는 천연적인 미생물 유전체의 변이 중에서 선택된 방법을 통해 아스파테이트 이외의 다른 아미노산 잔기로 돌연변이된 본 발명의 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소의 제조 방법을 제공한다.In addition, the present invention is the present invention in which the proton donation/receptor catalyst of alpha-xylosidase is mutated to amino acid residues other than aspartate through a method selected from a specific positional mutation method, a random mutation method, or a mutation of a natural microbial genome. It provides a method of preparing an alpha-xyloseidase mutant enzyme of.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소는 재조합 미생물을 이용하여 생산되는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the alpha-xylosidase mutant enzyme is preferably produced using a recombinant microorganism, but is not limited thereto.

또한 본 발명은 본 발명의 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소를 당전이 반응 촉매제를 사용하고, 바람직하게는 알파-자일로실 플로라이드를 당공여체로 사용하는 당전이 방법을 제공한다.In addition, the present invention provides a sugar transfer method in which the alpha-xylose mutant enzyme of the present invention is used as a sugar transfer reaction catalyst, and preferably alpha-xylosyl fluoride is used as a sugar donor.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 방법은 당수용체를 더욱 포함하는 것이 바람직하고, 상기 당수용체는 포도당, 만노오스(mannose), 및 이들의 2-수산기(hydroxyl group)가 다른 반응기로 치환된 유사체를 비환원성 말단에 가지는 올리고당 및 배당체들인 것이 바람직하며, 4-니트로페닐 베타 글루코사이드, 4-니트로페닐 베타 만노코사이드, 4-니트로페닐 2-데옥시 2-아지도-베타 글루코사이드, 4-니트로페닐 베타 셀로바이오사이드, 및 4-니트로페닐 2-데옥시 2-플로로-베타 셀로바이오사이드로 구성된 군으로부터 선택된 화합물인 것이 더욱 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the method preferably further comprises a sugar receptor, and the sugar receptor is an analog in which glucose, mannose, and their 2-hydroxyl groups are substituted with other reactive groups. It is preferable that they are oligosaccharides and glycosides having at the non-reducing terminal, 4-nitrophenyl beta glucoside, 4-nitrophenyl beta mannokoside, 4-nitrophenyl 2-deoxy 2-azido-beta glucoside, 4-nitrophenyl It is more preferable that it is a compound selected from the group consisting of beta cellobioside, and 4-nitrophenyl 2-deoxy 2-fluoro-beta cellobioside, but is not limited thereto.

본 발명의 일 구체예에 있어서, 상기 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소는 담체에 고정화되거나 세포 표면에 발현시킨 후 얻어지는 것이 바람직하나 이에 한정되지 아니한다.In one embodiment of the present invention, the alpha-xylosidase mutant enzyme is preferably obtained after being immobilized on a carrier or expressed on a cell surface, but is not limited thereto.

이하 본 발명을 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described.

알파-Alpha- 자일로시다아제Xylosidase 변이체Variant 생산 production

알파-자일로시다아제를 클로닝하고 유전자 내로(예를 들어, 알파-자일로시다아제 유전자) 치환, 결실 또는 삽입을 도입하는 많은 방법이 당업계 잘 알려져 있다.일반적으로 유전자의 클로닝 및 상기 유전자 내로 돌연변이를 도입(무작위 및/부위 특이적)하는 표준 과정이 본 발명의 알파-자일로시다아제 변이체를 얻기 위해 사용될 수 있다. 적합한 기술의 추가적 설명을 위해 본원의 실시예 1 및 (Sambrook et al.(1989)Molecular cloning:A laboratory manual, Cold Spring Harbor lab.,Cold Spring Harbor, NY;Ausubel, F.M. et al.,(eds.) "Current protocols in Molecular Biology". John Wiley 및 Sons, 1995;Harwood, C.R.,및 Cutting, S.M.(eds.) "Molecular Biological Methods for Bacillus". John Wiley 및 Sons, 1990), 및 WO 96/34946를 참조.Many methods are well known in the art for cloning alpha-xylosidase and introducing substitutions, deletions or insertions into genes (e.g., alpha-xylosidase genes). In general, cloning of genes and into said genes. Standard procedures for introducing mutations (random and/site specific) can be used to obtain the alpha-xylosidase variants of the present invention. For further explanation of suitable techniques, Example 1 herein and (Sambrook et al. (1989) Molecular cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harbor lab., Cold Spring Harbor, NY; Ausubel, FM et al., (eds. ) "Current protocols in Molecular Biology". John Wiley and Sons, 1995; Harwood, CR, and Cutting, SM (eds.) "Molecular Biological Methods for Bacillus". John Wiley and Sons, 1990), and WO 96/34946. Reference.

발현 벡터Expression vector

본 발명의 효소를 코딩하는 DNA 구조를 포함하는 재조합 발현 벡터는 용이하게 재조합 DNA 과정에 놓일 수 있는 임의의 벡터일 수 있다.벡터의 선택은 종종 도입되는 숙주 세포에 의존적일 것이다. 따라서, 벡터는 자발적으로 복제하는 벡터일 수 있는데, 즉 벡터는 염색체 외 실재로서 존재하고, 그것의 복제는 예를 들어 플라스미드와 같은 염색체의 복제에 독립적이다.택일적으로, 벡터는 숙주세포 내로 도입되어 부분적 또는 전체적으로 숙주세포 게놈 내로 통합되어 통합된 염색체와 함께 복제되는 것일 수도 있다.벡터는 바람직하게는 본 발명의 효소를 코딩하는 DNA 서열이 DNA의 전사에 필요한 추가적 분절에 작동적으로 연결된 발현 벡터이다. 일반적으로, 발현 벡터는 플라스미드 또는 바이러스 DNA로부터 유도되거나, 양쪽 모두의 요소를 함유할 수 있다. 용어, "작동적으로 연결된"은 분절이 그것의 의도된 목적, 예를 들어 프로모터에서 전사가 개시되어 효소를 코딩하는 DNA 서열에서 속행하는 것과 같은 목적에 맞게 작용하도록 배열된 것을 가리킨다.A recombinant expression vector comprising a DNA structure encoding an enzyme of the present invention can be any vector that can readily be subjected to the recombinant DNA process. The choice of vector will often depend on the host cell into which it is introduced. Thus, the vector may be a spontaneously replicating vector, i.e. the vector exists as an extrachromosomal entity, and its replication is independent of the replication of a chromosome, for example a plasmid. Alternatively, the vector is introduced into a host cell. The vector may be partially or wholly integrated into the host cell genome and replicated together with the integrated chromosome. The vector is preferably an expression vector in which a DNA sequence encoding an enzyme of the present invention is operably linked to an additional segment required for transcription of DNA. to be. In general, expression vectors can be derived from plasmid or viral DNA, or contain elements of both. The term “operably linked” refers to that a segment is arranged to act for its intended purpose, for example, transcription is initiated at a promoter and continues in the DNA sequence encoding the enzyme.

프로모터는 선택의 숙주 세포 내에서 전사적 활성을 보이는 임의의 DNA 서열일 수 있고 숙주 세포에 상동 또는 비상동인 단백질을 코딩하는 유전자로부터 유도될 수 있다.세균의 숙주 세포 내 사용을 위하여 적합한 프로모터의 예는 Bacillus licheniformis 말토제닉 아밀라제 유전자, Bacillus subtilis 알파-아밀라제 유전자, Bacillus amyloliquefaciens 알파-아밀라제 유전자, Bacillus subtilis 알카리 프로테아제 유전자, 또는 Bacillus pumilus xylosidase 유전자 유래 프로모터, 또는 파지 Lambda PR 또는 PL 프로모터, 파지 T7 프로모터 또는 E. coli lac, trp 또는 tac 프로모터를 포함한다. 본 발명의 효소를 코딩하는 DNA 서열은 또한, 필요하다면, 적당한 터미네이터에 작동적으로 연결될 수 있다.The promoter may be any DNA sequence that exhibits transcriptional activity in the host cell of choice and may be derived from a gene encoding a protein that is homologous or non-homologous to the host cell. Examples of suitable promoters for use in the host cell of bacteria are examples Bacillus licheniformis maltogenic amylase gene, Bacillus subtilis alpha-amylase gene, Bacillus amyloliquefaciens alpha-amylase gene, Bacillus subtilis alkali protease gene, or Bacillus pumilus xylosidase gene-derived promoter, or phage Lambda PR or E co promoter lac, trp or tac promoters. The DNA sequence encoding the enzyme of the invention can also be operatively linked to a suitable terminator, if necessary.

본 발명의 재조합 벡터는 또한 벡터가 문제의 숙주 세포 내에서 복제하는 것을 가능하게 하는 DNA 서열을 포함할 수 있다.벡터는 또한 선택가능한 마커를 포함할 수 있는데, 예를 들어 숙주 세포 내 결점을 보완하는 유전자 산물, 또는 예를 들어,카나마이신, 클로람페니콜, 에리트로마이신, 테트라사이클린, 스펙티노마이신 등과 같은 항생제에 대한 내성, 또는 중금속 이나 제초제에 대한 내성을 코딩하는 유전자이다.
The recombinant vector of the invention may also contain a DNA sequence that allows the vector to replicate in the host cell in question. The vector may also contain selectable markers, e.g. to compensate for defects in the host cell. It is a gene product, or a gene encoding resistance to antibiotics such as kanamycin, chloramphenicol, erythromycin, tetracycline, spectinomycin, or the like, or resistance to heavy metals or herbicides.

*본 발명의 효소를 숙주 세포의 분비 경로속으로 유도하기 위해, 분비 신호 서열(또한 리더 서열, 프리프로 서열 또는 프리 서열로서 알려짐)이 재조합 벡터 내에 제공될 수 있다. 분비 신호 서열은 올바른 판독 플레임 내의 효소를 코딩하는 DNA서열로 연결된다. 분비 신호 서열은 보통 효소를 코딩하는 DNA 서열에서 5'에 위치된다. 분비 신호 서열은 정상적으로 효소와 관련된 것 일 수 있고 또는 다른 분비 단백질을 코딩하는 유전자로부터 올 수 있다.* In order to induce the enzyme of the present invention into the secretory pathway of the host cell, a secretion signal sequence (also known as a leader sequence, prepro sequence, or free sequence) may be provided in a recombinant vector. The secretion signal sequence is linked to a DNA sequence encoding an enzyme in the correct reading frame. The secretory signal sequence is usually located 5'in the DNA sequence encoding the enzyme. The secretory signal sequence may be normally enzyme related or may come from a gene encoding another secreted protein.

본 효소, 프로모터 및 선택적으로 터미네이터 및/또는 분비 신호 서열, 각각에 대하여 코딩하는 DNA 서열을 리게이션거나, 적당한 PCR 증폭 계획에 의해 이들 서열을 모으고, 복제 또는 통합에 필요한 정보를 함유하는 적당한 벡터 속으로 그The enzyme, promoter, and optionally terminator and/or secretion signal sequence, DNA sequence encoding for each of them is ligated, or these sequences are collected by an appropriate PCR amplification scheme, and in a suitable vector containing the information necessary for replication or integration. As that

들을 삽입하는데 사용되는 과정은 당업계 숙련자에 잘 알려져 있다(예를 들어, Sambrook et al., 상기 인용 문헌 참조)The process used to insert them is well known to those skilled in the art (see, e.g., Sambrook et al., cited above).

숙주 세포Host cell

숙주 세포 속으로 도입된 본 효소를 코딩하는 DNA 서열은 문제의 숙주에 상동 또는 비상동일 수 있다. 만약 숙주세포에 상동이면, 즉 숙주 세포에 의하여 천연적으로 생산되면, 그것은 일반적으로 그것의 천연적 환경보다는 다른 프로모터 서열이나 만약 적용가능하다면 다른 분비 신호 서열 및/또는 터미테이터 서열에 작동가능하게 연결될 것이다. 용어 "상동성"은 문제의 숙주 생체에 본래의 효소를 코딩하는 DNA 서열을 포함하는 것이 의도된다. 용어 "비상동"은 천연적으로 숙주 세포에 의해 발현되지 않은 DNA 서열을 포함하는 것이 의도된다. 따라서, DNA 서열은 다른 생체 유래일 수 있고, 또는 그것은 합성 서열일 수 있다.The DNA sequence encoding the enzyme introduced into the host cell may be homologous or non-homologous to the host in question. If homologous to the host cell, i.e. produced naturally by the host cell, it will generally be operably linked to a promoter sequence other than its natural environment, but to other secretory signal sequences and/or terminator sequences, if applicable. will be. The term “homology” is intended to include a DNA sequence encoding an enzyme native to the host organism in question. The term “unhomologous” is intended to include DNA sequences that are not naturally expressed by a host cell. Thus, the DNA sequence may be derived from another organism, or it may be a synthetic sequence.

본 발명의 DNA 구조 또는 재조합 벡터가 도입되는 숙주 세포는 본 효소를 생산할 수 있는 임의의 세포일 수 있고 세균,효모, 균류 및 식물을 포함하는 고등 진핵 세포를 포함한다.The host cell into which the DNA structure or recombinant vector of the present invention is introduced may be any cell capable of producing the enzyme and includes higher eukaryotic cells including bacteria, yeast, fungi and plants.

배양에서, 본 발명의 효소를 생산할 수 있는 미생물 숙주 세포의 예는, 균주 Corynebacterium glutamicum과 같은 균주,B. subtilis, B. licheniformis, B. lentus, B.brevis, B. stearothermophilus, B. alkalophilus, B. amyloliquefaciens, B. coagulans, B. circulans, B. lautus, B.megaterium 또는 B. thuringiensis와 같은 Bacillus, 또는 S. lividans 또는 S. murinus와 같은 Streptomyces, 또는 Escherichia coli와 같은 그램-음성 세균이다.In culture, examples of microbial host cells capable of producing the enzyme of the present invention are strains such as strain Corynebacterium glutamicum, B. subtilis, B. licheniformis, B. lentus, B.brevis, B. stearothermophilus, B. alkalophilus, B. amyloliquefaciens, B. coagulans, B. circulans, B. lautus, B. megaterium or Bacillus, such as B. thuringiensis, or Streptomyces such as S. lividans or S. murinus, or gram-negative bacteria such as Escherichia coli.

세균의 형질전환은 원형질체 형질전환, 전기 천공법, 접합에 의해, 또는 원래 알려진 방식으로 반응능 세포를 사용하여 수행할 수 있다(참고, Sambrook et al., 상기 문헌).Transformation of bacteria can be carried out by protoplast transformation, electroporation, conjugation, or using reactive cells in a manner known per se (see, Sambrook et al., supra).

E. coli와 같은 세균 속에서 효소를 발현시킬 때, 효소는 전형적으로 불용성 과립으로서(봉입체로 알려짐) 세포질 내에 보유되거나, 세균 분비 서열에 의해 원형질막주위 공간으로 유도될 수 있다. 전자의 경우에, 세포는 용해되어 과립이 회수되고 변성된 다음 효소는 변성제의 희석에 의하여 리폴딩된다. 후자의 경우, 효소는 예를 들어 초음파 처리 또는 삼투압 쇼크에 의해 세포를 파괴하여 원형질막주위 공간의 함유물을 방출하고 효소를 회수하여 원형질막주위 공간으로부터 회수될 수 있다.When expressing enzymes in bacteria such as E. coli, the enzymes are typically retained in the cytoplasm as insoluble granules (known as inclusion bodies) or can be induced into the periplasmic space by bacterial secretion sequences. In the former case, the cells are lysed, the granules are recovered and denatured, and then the enzyme is refolded by dilution of the denaturant. In the latter case, the enzyme can be recovered from the periplasmic space by destroying the cells by, for example, ultrasonic treatment or osmotic shock, releasing the contents of the periplasmic space and recovering the enzyme.

Bacillus 또는 Streptomyces 균주와 같은 그램-양성 세균 내에서 효소를 발현시킬 때, 효소는 세포질 내에 보유될 수 있거나, 세균의 분비 서열에 의해 세포외 배지로 유도될 수 있다. 후자의 경우에, 효소는 아래 기술되는 바와 같이 배지로부터 회수될 수 있다.When expressing the enzyme in Gram-positive bacteria such as Bacillus or Streptomyces strains, the enzyme can be retained in the cytoplasm or induced into the extracellular medium by the secretory sequence of the bacteria. In the latter case, the enzyme can be recovered from the medium as described below.

알파-Alpha- 자일로시다아제를Xylosidase 생산하는 방법 How to produce

본 발명은 본 발명에 따르는 분리된 효소를 생산하는 방법을 제공하는데, 효소를 코딩하는 DNA 서열을 이용하여 형질전환된 적합한 숙주 세포는 효소의 생성을 가능케하는 조건하에서 배양되고 결과의 효소는 세포내에 생산된다. The present invention provides a method for producing an isolated enzyme according to the present invention, wherein a suitable host cell transformed using a DNA sequence encoding the enzyme is cultured under conditions that allow the production of the enzyme, and the resulting enzyme is intracellularly Is produced.

효소를 코딩하는 DNA 서열을 포함하는 발현 벡터가 비상동 숙주 세포 속으로 형질전환될 때, 본 발명의 효소의 비상동 재조합체 생산을 가능케 할 수 있다. 이로써 상동성 불순물이 부존재하는 것을 특징으로 하는 고도로 정제된 알파-자일로시다아제를 제작할 수 있다.When an expression vector containing a DNA sequence encoding an enzyme is transformed into a non-homologous host cell, it can enable the production of a non-homologous recombinant of the enzyme of the present invention. This makes it possible to produce highly purified alpha-xylosidase characterized in the absence of homologous impurities.

형질전환된 숙주 세포를 배양하는데 사용되는 배지는 문제의 숙주 세포를 성장시키는데 적합한 임의의 전통적 배지일 수 있다. 발현된 알파-자일로시다아제 및 변이효소는 세포질 내에 존재하며, 원심분리 또는 여과를 통해 배지에서 세포를 분리하고, lysozyme 또는 초음파 파쇄를 통해 조효소 액을 얻어낸 후, 황산 암모늄과 같은 염에 의하여 배지의 단백질 성분을 침전시키는 것을 포함하는 주지의 과정에 이어서, 이온 교환 크로마토그래피, 친화성 크로마토그래피 등과 같은 크로마토그래피 과정에 의해 그것으로부터 회수될 수 있다.The medium used to cultivate the transformed host cell can be any conventional medium suitable for growing the host cell in question. The expressed alpha-xylosidase and mutant enzyme are present in the cytoplasm, and the cells are separated from the medium through centrifugation or filtration, and the coenzyme solution is obtained through lysozyme or ultrasonic disruption, and then the medium by salt such as ammonium sulfate. It can be recovered from it by a chromatographic procedure such as ion exchange chromatography, affinity chromatography and the like, following a well-known process including precipitating the protein component of.

일반 분자생물학 방법General molecular biology method

본 발명의 명세서에서 달리 언급하지 않는다면 DNA 조작 및 형질전환은 분자 생물학의 표준 방법을 사용하여 수행된다(Sambrook et al.(1989) Molecular cloning : A laboratory manual, Cold Spring Harborlab., Cold Spring Harbor, N Y ; A usubel, F.M. et a1.(eds.) "Current protocols in Molecular Biology". JohnWiley and Sons, 1995; Harwood, C. R., and Cutting,S. M. (eds.)"Molecular Biological Methods for Bacillus". JohnWiley and Sons, 1990).Unless otherwise stated in the specification of the present invention, DNA manipulation and transformation are performed using standard methods of molecular biology (Sambrook et al. (1989) Molecular cloning: A laboratory manual, Cold Spring Harborlab., Cold Spring Harbor, NY ; A usubel, FM et a1. (eds.) "Current protocols in Molecular Biology". JohnWiley and Sons, 1995; Harwood, CR, and Cutting, SM (eds.) "Molecular Biological Methods for Bacillus". JohnWiley and Sons, 1990).

DNADNA 조작을 위한 효소 Enzymes for manipulation

본 발명의 명세서에서 달리 언급하지 않는다면 DNA 조작을 위한 모든 효소, 예를 들어 제한 엔도뉴클레아제, 리가아제 등은 Fermentas에서, DNA polymerase는 Roche로부터 얻는다. DNA 조작을 위한 효소는 공급자의 설명서에 따라서 사용된다.Unless otherwise stated in the specification of the present invention, all enzymes for DNA manipulation, such as restriction endonucleases, ligases, etc., are obtained from Fermentas, and DNA polymerase is obtained from Roche. Enzymes for DNA manipulation are used according to the supplier's instructions.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본원 발명자는 지속성 탄수화물 분해효소에 속한 알파-자일로시다아제의 양자공여/수용체 촉매기가 변이된 가공효소가 가수분해활성을 현저하게 저하되지만, 좋은 이탈기인 불소를 가지는 알파-자일로실 플로라이드를 당공여체로 사용하면, 상기 변이 효소들이 성공적으로 당전이 반응을 수행하여 포도당, 말토오스 및 이들의 2-수산기(hydroxyl group)이 다른 반응기로 치환된 유사체를 비환원성 말단에 가지는 올리고당 및 배당체들을 당수용체로 사용하여, 자일로스 한 분자를 당수용체의 비환원성 말단 6-수산기 위치에 알파-당쇄결합으로 위치선택적, 입체특이적으로 당전이시킴을 발견하였다. 특히 상기 효소반응을 통해 생성된 당전이산물의 비환원성 말단은 6-수산기를 가지지 않는 자일로스이어서 이차 당전이반응의 당수용체로 사용되지 않고, 반응액 내 유일한 당전이 산물로 축적되어 해당 당전이 산물을 용이하게 고순도로 제조할 수 있다는 것을 발견하여 본원 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention have produced alpha-xylosyl fluoride having a good leaving group, fluorine, although the proton donor/receptor catalytic group of alpha-xylosidase, which belongs to the long-acting carbohydrate degrading enzyme, is mutated significantly lowers the hydrolytic activity. When used as a sugar donor, oligosaccharides and glycosides having at the non-reducing end of which the mutant enzymes successfully carry out a sugar transfer reaction, and an analog in which glucose, maltose and their 2-hydroxyl groups are substituted with other reactive groups, are sugar acceptors. As used, it was found that one molecule of xylose was regioselectively and stereospecifically transferred to the non-reducing terminal 6-hydroxyl position of the sugar receptor by alpha-sugar chain bonds. In particular, the non-reducing end of the sugar transfer product generated through the above enzymatic reaction is xylose that does not have a 6-hydroxyl group, so it is not used as a sugar receptor for the secondary sugar transfer reaction, and is accumulated as the only sugar transfer product in the reaction solution. The present invention was completed by discovering that the product can be easily prepared with high purity.

이상 살펴본 바와 같이, 본원 발명은 지속성 탄수화물 분해효소에 속하는 알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기에 대한 변이를 통해 가수분해 활성은 제거되었으나 당전이 활성을 유지하는 변이효소를 이용하여 포도당, 만노오스 및 이들의 2-수산기(hydroxyl group)이 다른 반응기로 치환된 유사체를 비환원성 말단에 가지는 올리고당 및 배당체들의 비환원성 말단 6-수산기 위치에 자일로스 한 분자를 알파-당쇄결합을 통해 전이시킴으로써 당전이산물을 고수율로 생산할 수 있다. As described above, the present invention uses a mutant enzyme that maintains the sugar transfer activity through the mutation of the proton donation/receptor catalytic group of alpha-xyloseidase, which belongs to the persistent carbohydrate degrading enzyme, to glucose, Sugars by transferring one molecule of xylose to the 6-hydroxyl position of the non-reducing terminal of oligosaccharides and glycosides having an analog substituted with a different reactive group of mannose and their 2-hydroxyl groups at the non-reducing terminal through an alpha-sugar chain bond. Transformation products can be produced in high yield.

도 1은 지속성 탄수화물 분해효소에 속하는 알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기인 aspartate를 alanine으로 변이시킨 후, 알파-자일로실 플로라이드를 당공여체로 포도당 비환원성 말단에 가지는 당 또는 배당체를 당수용체로 이용하면 일어나는 당전이 반응을 보여주는 모식도이다.
도 2는 E. coli K-12 알파-자일로시데이즈 유전자를 증폭한 PCR 산물의 전기영동 사진이다.
도 3은 E. coli K-12 알파-자일로시데이즈 유전자를 포함하는 pETYicI6xH의 제한효소 지도를 나타낸다.
도 4는 대장균에서 생산된 재조합 E. coli K-12 알파-자일로시데이즈를 Ni-NTA chromatography를 통해 정제하는 과정 중 얻어지는 시료을 보여주는 SDS-PAGE 사진이다.
도 5는 pH에 따른 E. coli K-12 알파-자일로시데이즈의 활성 변화를 보여주는 그림이다.
도 6은 온도에 따른 E. coli K-12 알파-자일로시데이즈의 활성 변화를 보여주는 그림이다.
도 7은 E. coli K-12 알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기인 aspartate를 alanine으로 변이시킨 변이체 유전자를 포함하는 pETYici-D482A6xH 제한효소 지도를 나타낸다.
도 8은 알파-자일로실 플로라이드와 4-니트로페닐 베타 글루코사이드를 기질로 하여 E. coli K-12 알파-자일로시데이즈 변이체를 이용한 당전이 반응 산물을 분석한 Thin layer chromatography 사진이다.
도 9는 E. coli K-12 알파-자일로시데이즈의 양자공여/수용체 촉매기인 ASp482를 임의의 아미노산 잔기로 치환한 변이체 라이브러리에서 선발한 변이체 조효소액을 이용하여 알파-자일로실 플로라이드와 4-니트로페닐 베타 글루코사이드를 기질로 하여 당전이 반응 후, 반응산물에 대한 thin layer chromatography 이후 자외선하에서 4-니트로페닐을 가지는 화합물을 분석한 결과 사진이다.
도 10은 Bacillus halodurans C-125의 양자공여/수용체 촉매기인 ASp481를 알리닌으로 치환한 변이체 효소를 이용하여 알파-자일로실 플로라이드와 4-니트로페닐 베타 글루코사이드를 기질로 하여 당전이 반응을 수행한 반응액을 분석한 질량 분석 스펙트럼과 산물의 구조식을 나타낸 그림이다.
1 is a sugar or glycoside having an alpha-xylosyl fluoride as a sugar donor at the non-reducing end of glucose after mutating aspartate, a proton donor/receptor catalytic group of alpha-xylosidase belonging to a persistent carbohydrate degrading enzyme, to alanine. It is a schematic diagram showing the sugar transfer reaction that occurs when is used as a sugar acceptor.
Fig. 2 is an electrophoresis picture of a PCR product amplifying the E. coli K-12 alpha-xylosidase gene.
Figure 3 shows the restriction enzyme map of pETYicI6xH containing the E. coli K-12 alpha-xylosidase gene.
4 is an SDS-PAGE photograph showing a sample obtained during the process of purifying recombinant E. coli K-12 alpha-xylosidase produced in E. coli through Ni-NTA chromatography.
5 is a diagram showing changes in the activity of E. coli K-12 alpha-xylosidase according to pH.
6 is a diagram showing changes in the activity of E. coli K-12 alpha-xylosidase according to temperature.
Figure 7 shows a pETYici-D482A6xH restriction enzyme map containing a mutant gene in which aspartate, which is a proton donation/receptor catalyst group of E. coli K-12 alpha-xylosidase, is mutated into alanine.
FIG. 8 is a photograph of a thin layer chromatography analysis of a sugar transfer reaction product using an E. coli K-12 alpha-xylosidase variant using alpha-xyloxyl fluoride and 4-nitrophenyl beta glucoside as substrates.
9 shows alpha-xylosyl fluoride using a mutant coenzyme solution selected from a variant library in which ASp482, which is a proton donation/receptor catalyst group of E. coli K-12 alpha-xylosidase, is substituted with an arbitrary amino acid residue. This is a photograph of a result of analyzing a compound having 4-nitrophenyl under ultraviolet light after a sugar transfer reaction using 4-nitrophenyl beta glucoside as a substrate, after thin layer chromatography of the reaction product.
FIG. 10 shows a glucose transfer reaction using alpha-xylosyl fluoride and 4-nitrophenyl beta glucoside as substrates using a mutant enzyme in which ASp481, which is a proton donor/acceptor catalyst group of Bacillus halodurans C-125, is substituted with allinine. It is a figure showing the mass spectrometry spectrum of one reaction solution and the structural formula of the product.

이하 비한정적인 실시예를 통하여 본 발명을 설명한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적으로 기재된 것으로서 본 발명의 범위는 하기 실시예에 의하여 제한되는 것으로 해석되지 아니한다.Hereinafter, the present invention will be described through non-limiting examples. However, the following examples are described for the purpose of illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not to be construed as being limited by the following examples.

실시예 1: E. coli K-12 유래 알파- 자일로시다아제 유전자( yicI ) 클로닝 알파-자일로시다아제(YicI) 생산 Example 1: E. coli K-12-derived alpha-xylene to let dehydratase gene (yicI) Cloning and alpha-xylene production to let dehydratase (YicI)

1-1 E. 1-1 E. colicoli 알파- Alpha- 자일로시다아제Xylosidase 유전자 증폭 Gene amplification

E. coli K-12를 LB 배지 (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl) 50ml에 접종하여 37℃에서 배양하고 원심분리하여 균체를 회수하고 염색체 DNA를 분리하였다(Dubnau, D. and R. D. Abenson, 1971, J. Mol. Biol., 56, 209-221). 즉, 회수된 균체에 라이소자임을 처리하여 원형질체 세포로 만든 다음 SDS(sodium dodecyl sulfate)를 넣어 세포를 완전히 파괴한 후 전체 반응액에 대해 농도가 1몰이 되도록 소디움 클로라이드를 첨가하여 단백질을 침전시켰다. 이것을 원심분리하여 상등액만을 취하고, 페놀:클로로포름:아이소아밀알콜의 혼합액(각 용액의 부피의 비 = 25:24:1)을 상등액과 동일한 부피로 첨가하여 액 중의 단백질 등 불순물을 제거하였다. 이 과정을 수회 반복하였다. 두 배 부피의 99%의 에탄올을 첨가하여 침전시키고, 이것을 유리막대로 감아서 분리하여 1/10xSSC 완충용액(3M 소디움 클로라이드, 0.3M 소디움 시트레이트)에 녹였다. E. coli K-12 was inoculated in 50 ml of LB medium (1% tryptone, 0.5% yeast extract, 0.5% NaCl), cultured at 37°C, centrifuged to recover cells, and chromosomal DNA was isolated (Dubnau, D. and RD Abenson, 1971, J. Mol. Biol., 56, 209-221). That is, the recovered cells were treated with lysozyme to make protoplast cells, and then SDS (sodium dodecyl sulfate) was added to completely destroy the cells, and then sodium chloride was added so that the concentration was 1 mol to the total reaction solution to precipitate proteins. This was centrifuged to take only the supernatant, and a mixture of phenol:chloroform:isoamyl alcohol (a volume ratio of each solution = 25:24:1) was added in the same volume as the supernatant to remove impurities such as proteins in the solution. This process was repeated several times. Twice the volume of 99% ethanol was added to precipitate, and this was separated by winding it with a glass rod and dissolved in 1/10xSSC buffer solution (3M sodium chloride, 0.3M sodium citrate).

상기 E. coli 알파-자일로시다아제(이하 YicI)을 암호화하는 유전자는 하기 표 1의 프라이머를 이용하여, 하기 표 2의 방법으로 PCR을 수행하여 YicI 유전자를 분리하였다.For the gene encoding the E. coli alpha-xylosidase (hereinafter, YicI), the YicI gene was isolated by performing PCR by the method of Table 2 below using the primers shown in Table 1 below.

상기 YicI 유전자를 분리하기 위하여 정방향 프라이머 YicITOP (5'-CAG AAC TAA GGA ACG CAT ATG AAA ATT AGC-3' 서열번호 7) 및 역방향 프라이머 YicIEND (5'-ATC AAG CTC GAG CAA CGT AAT TGT CAG CGC-3', 서열번호 8)를 각각 제작하였으며, 상기 프라이머는 하기 표 1과 같다.To isolate the YicI gene, forward primer YicITOP (5'-CAG AAC TAA GGA ACG CAT ATG AAA ATT AGC-3' SEQ ID NO: 7) and reverse primer YicIEND (5'-ATC AAG CTC GAG CAA CGT AAT TGT CAG CGC- 3'and SEQ ID NO: 8) were prepared, respectively, and the primers are shown in Table 1 below.

서열order 서열번호Sequence number 정방향 프라이머 YicITOPForward Primer YicITOP 5'-CAG AAC TAA GGA ACG CAT ATG AAA ATT AGC-3'5'-CAG AAC TAA GGA ACG CAT ATG AAA ATT AGC-3' 77 역방향 프라이머 YicIENDReverse primer YicIEND 5'-ATC AAG CTC GAG CAA CGT AAT TGT CAG CGC-3'5'-ATC AAG CTC GAG CAA CGT AAT TGT CAG CGC-3' 88

E. coli K-12 균주 염색체 DNA에 대해 상기 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머를 이용하여 중합효소 연쇄반응(PCR)을 실시하여 PCR 산물을 획득하였으며, 전기영동을 통하여 상기 PCR 산물의 크기가 2.2 kb임을 확인하였다 (도 2). 상기 PCR의 조건은 하기 표 2에 기재된 바와 같다.Polymerase chain reaction (PCR) was performed on the chromosomal DNA of E. coli K-12 strain using the forward and reverse primers to obtain a PCR product, and it was confirmed that the size of the PCR product was 2.2 kb through electrophoresis. Was done (Fig. 2). The conditions of the PCR are as described in Table 2 below.

단계(STEP)STEP 온도Temperature 반응시간Reaction time First(1st) denaturationFirst(1st) denaturation 95 ℃95 ℃ 5 min5 min Second(2st) denaturationSecond(2st) denaturation 95 ℃95 1 min1 min AnnealingAnnealing 55 ℃55 ℃ 30 sec30 sec ExtensionExtension 72 ℃72 ℃ 1min 30sec1min 30sec CycleCycle go to denaturationgo to denaturation 33 cycles33 cycles Final extensionFinal extension 72 ℃72 ℃ 7 min7 min

1-2. E. 1-2. E. colicoli 알파- Alpha- 자일로시다아제Xylosidase 유전자 gene 클로닝Cloning

형질전환을 위하여, 5 ml LB 액체 배지에 숙주 세포인 E. coli MC1016(New England Biolab(NEB, USA)를 접종하여 37℃에서 12시간 배양하고, 배양액 1.0 ml을 새로운 LB 액체 배지 50 ml에 접종하여 600 nm에서 흡광도가 0.5가 될 때까지 배양하였다. For transformation, host cells, E. coli MC1016 (New England Biolab (NEB, USA)) were inoculated in 5 ml LB liquid medium and cultured at 37°C for 12 hours, and 1.0 ml of the culture medium was inoculated into 50 ml of new LB liquid medium. Then, it was incubated until the absorbance reached 0.5 at 600 nm.

상기 흡광도를 확인한 배양액 1.5 ml를 4℃에서 7000 x g의 조건으로 5분간 원심분리하여 균체를 회수한 뒤, 0.75 ml의 형질전환용액I(50 mM CaCl2)으로 현탁하고 얼음 속에서 30분간 방치하였다. 이후 4℃에서 6000 x g의 조건으로 2분간 원심분리하여 균체를 회수하고, 회수된 균체를 0.15 ml의 형질전환용액II(100 mM CaCl2)로 현탁하여 얼음 속에서 30분간 방치하였다. 1.5 ml of the culture solution having confirmed the absorbance was centrifuged for 5 minutes at 7000 xg at 4° C. to recover the cells, then suspended in 0.75 ml of Transformation Solution I (50 mM CaCl 2 ) and left in ice for 30 minutes. . Thereafter, the cells were recovered by centrifugation at 4° C. for 2 minutes under 6000 xg conditions, and the recovered cells were suspended in 0.15 ml of Transformation Solution II (100 mM CaCl 2 ) and left in ice for 30 minutes.

상기 실시예 1-1에서 증폭한 YicI 유전자를 37℃에서 6시간 동안 제한효소 NdeI과 XhoI로 처리하고, 이를 동일한 제한 효소로 처리한 pET-29b 발현벡터(Novagen, 독일)와 라이게이션한 용액을 상기 형질전환용 E. coli MC1061(New England Biolab, 미국) 0.2 ml과 혼합하고, 1시간 방치한 후 42℃에서 2분간 열 충격을 주었다. 상기 열 충격을 준 혼합액에 0.8 ml의 LB 액체 배지를 혼합한 후, 37℃에서 1시간 배양시켰다. 상기 1시간 동안 배양한 배양액을 카나마이신(최종농도 20μg/ml)을 함유한 LB 한천 배지에 평판 도말하여 내성을 보이는 균주를 1차 선별하였다. The YicI gene amplified in Example 1-1 was treated with restriction enzymes NdeI and XhoI at 37° C. for 6 hours, and a solution ligated with pET-29b expression vector (Novagen, Germany) treated with the same restriction enzyme The transformation was mixed with 0.2 ml of E. coli MC1061 (New England Biolab, USA), left to stand for 1 hour, and then subjected to heat shock at 42° C. for 2 minutes. 0.8 ml of LB liquid medium was mixed with the heat shocked mixed solution, and then incubated at 37° C. for 1 hour. The culture medium cultured for 1 hour was plate-plated on LB agar medium containing kanamycin (final concentration 20 μg/ml), and strains showing resistance were first selected.

1차 선별된 균주를 카나마이신이 포함된 LB 액체 배지 5 ml에 접종하여 37℃에서 12시간 배양하고, 원심분리하여 균체를 수득하였다. 플라스미드 분리키트(Qiagen, USA)로 회수된 균체로부터 플라스미드를 분리하고 상기와 동일한 NdeI과 XhoI제한 효소를 이용하여 상기와 동일한 조건에서 절단하여, 약 2.2 kb의 크기의 YicI 유전자가 포함되어 있음을 확인하였다.The first selected strain was inoculated into 5 ml of LB liquid medium containing kanamycin, cultured at 37° C. for 12 hours, and centrifuged to obtain cells. Isolation of the plasmid from the cells recovered with a plasmid isolation kit (Qiagen, USA) and digestion under the same conditions as above using the same NdeI and XhoI restriction enzymes as above, confirming that the YicI gene of about 2.2 kb is included. I did.

상기 라이게이션을 통하여 하여 pETYicI6xH를 제조하였으며, 제조한 재조합 벡터 pETYicI6xH의 벡터의 개열지도를 도 3에 나타내었다. 상기 pETYicI6xH 벡터는 E. coli 알파-자일로시다아제(YicI) 유전자를 포함하며, 상기 알파-자일로시다아제 유전자의 3' 말단에 8개의 부가적인 아미노산 잔기(Leu-Glu-6His)를 포함하고 있다.PETYicI6xH was prepared through the ligation, and a cleavage map of the vector of the prepared recombinant vector pETYicI6xH is shown in FIG. 3. The pETYicI6xH vector contains an E. coli alpha-xylosidase (YicI) gene, and contains 8 additional amino acid residues (Leu-Glu-6His) at the 3'end of the alpha-xylosidase gene, have.

1-3 형질전환체의 배양 및 1-3 cultivation of transformants and YicIYicI 의 생산Production of

상기에서 제조한 pETYicI6xH 벡터를 E. coli BL21(DE3)에 상기 실시예 1-2와 동일한 방법으로 형질전환시킨 후 카나마이신 내성여부를 확인하여 상기 벡터가 형질전환된 균주 즉, 형질전환체를 선별하였다 선별한 형질전환체는 카나마이신이 함유된 LB 액체 배지 2.5 L에 접종하고 37℃에서 배양하여 600 nm에서 흡광도가 0.6이 될 때 IPTG를 최종농도 0.5 mM로 첨가하여 37℃에서 5시간 배양하였다. The pETYicI6xH vector prepared above was transformed into E. coli BL21 (DE3) in the same manner as in Example 1-2, and then kanamycin resistance was checked to select the strain transformed with the vector, that is, a transformant. The selected transformants were inoculated in 2.5 L of LB liquid medium containing kanamycin and cultured at 37°C. When the absorbance at 600 nm reached 0.6, IPTG was added to a final concentration of 0.5 mM, followed by incubation at 37°C for 5 hours.

1-4. 효소 정제1-4. Enzyme purification

상기에서 선별한 형질전환주를 배양한 후, 4℃에서 7,000 x g의 조건으로 30분간 원심분리하여 균체를 회수하였다. 상기 회수된 균체를 300 mM NaCl과 10 mM 이미다졸이 함유된 50 mM Tris-HCl 완충용액(pH 7.5)으로 현탁한 후, 상기 현탁한 균체를 초음파 분쇄하였다. 상기 초음파 분쇄를 수행한 배양액을 10,000 x g의 조건으로 30분간 원심분리하여 상등액을 취하고, 상기 수득된 상등액은 Ni-NTA 친화 크로마토그래피에 주입하여, 정제하였다.After culturing the transformant strain selected above, the cells were recovered by centrifugation for 30 minutes at 7,000 x g at 4°C. The recovered cells were suspended in a 50 mM Tris-HCl buffer solution (pH 7.5) containing 300 mM NaCl and 10 mM imidazole, and the suspended cells were subjected to ultrasonic grinding. The culture solution subjected to ultrasonic pulverization was centrifuged at 10,000 x g for 30 minutes to obtain a supernatant, and the obtained supernatant was injected into Ni-NTA affinity chromatography and purified.

재조합 벡터 pETYicI6xH로 형질전환시킨 E. coli BL21(DE3)에서 생산된 YicI의 정제단계별 시료의 전기영동 사진을 도 4에 나타내었다. 상기 도 4의 M은 사이즈 마커이고, 레인 1은 형질전환체를 초음파 분쇄하여 수득한 상등액이고, 레인 2는 상기 초음파 분쇄 후 수득한 상득액의 시료를 Ni-NTA 친화 크로마토그래피로 정제한 YicI 효소이다. Fig. 4 shows an electrophoresis picture of a sample for each purification step of YicI produced in E. coli BL21 (DE3) transformed with the recombinant vector pETYicI6xH. M in FIG. 4 is a size marker, lane 1 is a supernatant obtained by ultrasonic grinding of the transformant, and lane 2 is YicI enzyme purified by Ni-NTA affinity chromatography of a sample of the supernatant obtained after ultrasonic grinding. to be.

도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 YicI 효소(레인 2)는 Ni-NTA 친화 크로마토그래피 과정을 통하여 효율적으로 정제된 것을 확인할 수 있으며, SDS-PAGE상에서 상기 알파-자일로시다아제의 크기는 약 88 Da의 분자량을 나타내어 상기 YicI의 아미노산 서열로부터 유추된 이론적 분자량과 유사한 값을 나타내었다.As shown in Figure 4, it can be seen that the YicI enzyme (lane 2) was efficiently purified through a Ni-NTA affinity chromatography process, and the size of the alpha-xylosidase was about 88 Da on SDS-PAGE. By indicating the molecular weight of YicI, a value similar to the theoretical molecular weight inferred from the amino acid sequence of YicI was shown.

실시예Example 2: E. 2: E. colicoli K-12 유래 알파- Alpha- from K-12 자일로시다아제Xylosidase ( ( YicIYicI )의 특성) Of

2-1 효소 2-1 enzyme 역가Titer

50 mM sodium phosphate (pH 7.0) 완충용액에 용해된 5 mM 파라나이트로페닐 알파-자일로사이드 용액 450 μl를 37℃에서 5분간 예열하고, 효소 50 μl를 넣고 10분간 반응시킨다. 1M sodium bicarbonate 용액 500 μl를 넣어 반응을 중지시킨 후, 405 nm 에서 흡광도를 측정하여 생성된 나이트로 페놀의 양을 측정한다. 효소를 넣지 않은 반응은 대조군으로 사용한다. 1 unit은 특정 반응조건하에서 1분 동안 나이트로 페놀 1μmol 을 형성하는데 필요한 효소의 양을 말한다. 450 μl of 5 mM paranitrophenyl alpha-xyloside solution dissolved in 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) buffer solution was preheated at 37° C. for 5 minutes, 50 μl of enzyme was added, and reacted for 10 minutes. After stopping the reaction by adding 500 μl of 1M sodium bicarbonate solution, measure the absorbance at 405 nm to measure the amount of nitrophenol produced. The reaction without the enzyme is used as a control. 1 unit refers to the amount of enzyme required to form 1 μmol of nitrophenol for 1 minute under specific reaction conditions.

2-2 2-2 pHpH 특성 characteristic

본원 발명의 YicI의 최적 반응 pH를 결정하기 위해, 다양한 pH 범위의 완충액(pH 4, 5, 6 sodium acetate buffer; pH 6, 7, 8 sodium phosphate buffer; pH 8, 9 sodium borate buffer) 각각에 파라나이트로페닐 알파-자일로사이드를 첨가하여 5 mM 파라나이트로페닐 알파-자일로사이드 기질 용액을 제조하고, 실시예 1-4의 정제된 YicI 효소액을 이용하여 실시예 2-1의 방법으로 효소역가를 측정하고 최고 흡광도 값을 기준으로 상대적 활성을 측정하였다.In order to determine the optimal reaction pH of YicI of the present invention, the buffer solution (pH 4, 5, 6 sodium acetate buffer; pH 6, 7, 8 sodium phosphate buffer; pH 8, 9 sodium borate buffer) of various pH ranges is para. To prepare a 5 mM paranitrophenyl alpha-xyloside substrate solution by adding nitrophenyl alpha-xyloside, enzymes were prepared by the method of Example 2-1 using the purified YicI enzyme solution of Example 1-4. The titer was measured and the relative activity was measured based on the highest absorbance value.

도 5는 상기 YicI 효소의 pH에 따른 효소활성을 나타낸 것으로, pH 6.5에서 최적의 역가를 가지며 pH 5.0 내지 7.5에서 50 % 이상의 역가를 유지하였다.Figure 5 shows the enzyme activity according to the pH of the YicI enzyme, has an optimum titer at pH 6.5 and maintained a titer of 50% or more at pH 5.0 to 7.5.

2-3. 온도 특성2-3. Temperature characteristics

본원 발명의 E. coli 유래 알파-자일로시다아제의 최적 반응 온도를 결정하기 위해, 50 mM 소디움 포스페이트 완충액 (pH 7.0)를 이용하여 5 mM 파라나이트로페닐 알파-자일로사이드 기질 용액을 제조하고, 20 내지 60℃의 다양한 온도범위로 기질 용액을 가열시킨 후, 실시예 2-1의 방법에 따라 효소활성을 측정한 후, 흡광도를 측정하여 상대적 효소활성을 측정하였다.In order to determine the optimum reaction temperature of the E. coli-derived alpha-xylosidase of the present invention, a 5 mM paranitrophenyl alpha-xyloside substrate solution was prepared using 50 mM sodium phosphate buffer (pH 7.0). , After heating the substrate solution in various temperature ranges of 20 to 60° C., enzyme activity was measured according to the method of Example 2-1, and then absorbance was measured to measure relative enzyme activity.

도 6은 YicI 효소의 온도에 따른 효소활성을 나타낸 것으로, 50℃에서 최적의 역가를 가지며 40 내지 65℃에서 약 50% 이상의 역가를 유지하였다.6 shows the enzyme activity according to the temperature of the YicI enzyme, and has an optimal titer at 50°C and maintained a titer of about 50% or more at 40 to 65°C.

실시예Example 3: E. 3: E. colicoli 유래 알파- Derived alpha- 자일로시다아제Xylosidase 변이효소의 제조 및 생산 Production and production of mutant enzymes

3-1. 3-1. YicIYicI 양자공여체 돌연변이체 ( Proton donor mutant ( YicIYicI -- D482AD482A ) 제작) Production

상기 YicI 효소의 양자공여체 촉매기인 Asp482를 알라닌으로 치환하기 위해 YicID482A-F (서열번호 9)를 제작하였으며, 상기 프라이머는 하기 표 3과 같다.YicID482A-F (SEQ ID NO: 9) was prepared to replace Asp482, which is a proton donor catalyst group of the YicI enzyme, with alanine, and the primers are shown in Table 3 below.

서열order 서열번호Sequence number YicID482A-FYicID482A-F 5-GTA CAC TGG GGT GGC GCG TGT TAC GC TAA CTA C-35-GTA CAC TGG GGT GGC GCG TGT TAC GC TAA CTA C-3 99

상기 실시예 1-2의 재조합 벡터 pETYicI6xH에 대해 상기 YicID482A-F를 정방향 프라이머로, 재조합 벡터에 결합하는 T7 terminator 프라이머 (5-TATGCTAGTTATTGCTCAG-3; 서열번호 10)역방향 프라이머를 이용하여 중합효소 연쇄반응을 실시하여 PCR 산물(YicID482A-rear)을 획득하였다. 또한 상기 재조합 벡터 pETYicI6xH에 대해 상기 T7 promoter 프라이머 (5-TAATACGACTCACTATAGGG-3; 서열번호 11)를 정방향 프라이머로, 상기 YicID482A-rear을 역방향 프라이머를 이용하여 중합효소 연쇄반응을 실시하여 본 발명이 제공하는 알파-자일로시데이즈 변이효소, 즉 YicI 효소의 양자공여체 촉매기가 Alanine으로 치환된 YicI-D482A를 암호화하는 유전자를 함유하는 PCR 산물을 획득하였으며, 전기영동을 통하여 상기 PCR 산물의 크기가 약 2.2 kb임을 확인하였다. 상기 두 PCR의 조건은 상기 표 2에 기재된 바와 같다.For the recombinant vector pETYicI6xH of Example 1-2, the YicID482A-F was used as a forward primer, and the T7 terminator primer (5-TATGCTAGTTATTGCTCAG-3; SEQ ID NO: 10) binding to the recombinant vector was used as a reverse primer. By carrying out a PCR product (YicID482A-rear) was obtained. In addition, for the recombinant vector pETYicI6xH, the T7 promoter primer (5-TAATACGACTCACTATAGGG-3; SEQ ID NO: 11) was used as a forward primer, and the YicID482A-rear was subjected to a polymerase chain reaction using a reverse primer. -A PCR product containing a gene encoding YicI-D482A in which the proton donor catalytic group of the xylosidase mutant enzyme, that is, the YicI enzyme, was substituted with Alanine was obtained, and the size of the PCR product was about 2.2 kb through electrophoresis. Confirmed. The conditions of the two PCRs are as described in Table 2 above.

상기 YicI-D482A를 암호화하는 유전자를 함유하는 PCR 산물을 NdeI과 XhoI으로 절단한 후, 상기 실시예 1-2에서와 같이 pET29b에 라이게이션하여 재조합 벡터 pETYicI-D482A6xH를 제조하였으며, 상기 실시예 1-3 및 1-4에 따라 형질전환체 제조, 및 YicI-D482A를 생산하였다. 상기 재조합 벡터 pETYicI-D482A6xH의 벡터의 개열지도를 도 7에 나타내었다. 상기 pETYicI-D482A6xH 벡터는 상기 YicI 효소의 양자공여체 촉매기가 alanine으로 치환된 알파-자일로시다아제 변이효소와 효소의 C-말단에 8개의 부가적인 아미노산 잔기(Leu-Glu-6xHis)를 포함하는 유전자를 가지고 있다.The PCR product containing the gene encoding YicI-D482A was digested with NdeI and XhoI, and then ligated to pET29b as in Example 1-2 to prepare a recombinant vector pETYicI-D482A6xH, and Example 1- Transformants were prepared according to 3 and 1-4, and YicI-D482A was produced. The cleavage map of the vector of the recombinant vector pETYicI-D482A6xH is shown in FIG. 7. The pETYicI-D482A6xH vector is a gene containing an alpha-xylosidase mutase in which the proton donor catalytic group of the YicI enzyme is substituted with alanine and eight additional amino acid residues (Leu-Glu-6xHis) at the C-terminus of the enzyme Have.

3-2. 3-2. YicIYicI 양자공여체 돌연변이체 ( Proton donor mutant ( YicIYicI -- D482AD482A ) 생산) production

상기 제조한 pETYicI-D482A6xH 벡터를 상기 실시예 1-3의 방법으로 형질전환 후, 실시예 1-4의 방법에 따라 정제하였다.The prepared pETYicI-D482A6xH vector was transformed by the method of Example 1-3, and then purified according to the method of Example 1-4.

실시예 4. E. coli 유래 알파- 자일로시다아제 변이효소 ( YicI - D482A )의 가수분해 활성 측정 Example 4. E. coli-derived alpha-let in xylene kinase mutant enzyme hydrolytic activity measured in (YicI D482A)

YicI-D482A의 가수분해활성을 측정하기 위해 1 mM 4-나이트로페닐 알파-자일로스와 알파-자일로실 플로라이드에 대한 효소 활성을 측정하였다. 4-나이트로페닐 알파-자일로스를 기질로 하여서는 상기 실시예 2-1에 따라 각 기질 농도당 반응속도를 측정하였다. 알파-자일로실 플로라이드의 경우 기질을 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) 완충용액에 녹인 후 상기 실시예 2-1에 따라 반응시키면서, 효소반응에 의해 유리되는 불소의 양을 불소이온 측정기(Orion 96-09 combination fluoride ion electrode)를 이용하여 측정하여 효소 반응속도를 측정하였다. 상기 방법에 따라 얻어진 반응속도를 YicI 효소의 반응속도와 상대적으로 비교하여 하기 표 4에 정리하였다.In order to measure the hydrolytic activity of YicI-D482A, enzyme activities against 1 mM 4-nitrophenyl alpha-xylose and alpha-xylosyl fluoride were measured. Using 4-nitrophenyl alpha-xylose as a substrate, the reaction rate per concentration of each substrate was measured according to Example 2-1. In the case of alpha-xyloxyl fluoride, the substrate was dissolved in a 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) buffer solution and reacted according to Example 2-1, and the amount of fluorine released by the enzymatic reaction was measured with a fluorine ion analyzer (Orion 96-09 combination fluoride ion electrode) was used to measure the enzyme reaction rate. The reaction rate obtained according to the above method was compared with the reaction rate of YicI enzyme and summarized in Table 4 below.

YicIYicI YicI-D482AYicI-D482A 4-나이트로페닐 알파-자일로스4-nitrophenyl alpha-xylose 100100 00 알파-자일로실 플로라이드Alpha-Xylosyl Fluoride 100100 3.7 x 10-2 3.7 x 10 -2

상기 표 4에 나타낸 바와 같이, 4-나이트로페닐 알파-자일로스는 전혀 분해하지 못하였으나, 알파-자일로실 플로라이드를 기질로 하여서는 wild type YicI 효소에 비해 3.7 x 10-4 배의 낮은 가수분해 활성을 나타내었다.As shown in Table 4 above, 4-nitrophenyl alpha-xylose was not degraded at all, but when alpha-xylosyl fluoride was used as a substrate, it was 3.7 x 10 -4 times lower than that of wild type YicI enzyme. Showed decomposition activity.

실시예 5: 알파- 자일로실 플로라이드와 4- 나이트로페닐 -베타- 글루코사이드를 이용한 YicI-D482A를 이용한 당전이 반응 Example 5: Alpha- Xylosyl Fluoride and 4 -nitrophenyl -beta- glucoside Glucose transfer reaction using YicI-D482A

5-1. 알파- 자일로실 플로라이드와 4- 나이트로페닐 -베타-글루코사이드(4-nitrophenyl-β-D-glucoside)를 이용한 당전이 반응 산물 생성 5-1. Alpha- Xylosyl Fluoride with 4-nitro-phenyl-beta-glucoside (4-nitrophenyl-β-D-glucoside) produced dangjeon the reaction product with

당전이 반응을 수행하기 위해 0.2 mmole 알파-자일로실 플로라이드와 0.125 mmole의 4-나이트로페닐-베타-글루코사이드를 5 mL의 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) 완충용액에 녹인 후, 상기 실시예 3-2에서 정제한 YicI-D482A를 넣고 37℃에서 반응을 진행하였고, 박막크로마토그래피(thin layer chromatography)방법을 통해 반응액을 분석하였다. 상기 반응의 TLC 결과를 도8에 나타내었다. 도 8에서 알 수 있듯이 당 수용체로 사용된 4-나이트로페닐-베타-글루코사이드가 모두 소비되었으며, 단 한 개의 당전이 산물만이 생성됨을 확인할 수 있다. To carry out the sugar transfer reaction, 0.2 mmole alpha-xylosyl fluoride and 0.125 mmole of 4-nitrophenyl-beta-glucoside were dissolved in 5 mL of 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) buffer solution, and the above Example YicI-D482A purified in 3-2 was added and the reaction was carried out at 37°C, and the reaction solution was analyzed through a thin layer chromatography method. Fig. 8 shows the TLC results of the reaction. As can be seen from FIG. 8, it can be seen that all of the 4-nitrophenyl-beta-glucoside used as a sugar receptor was consumed, and only one sugar transfer product was produced.

5-2. 알파- 자일로실 플로라이드와 4- 나이트로페닐 -베타-만노사이드(4-nitrophenyl-β-D-mannoside)를 이용한 당전이 반응산물 생성 5-2. Alpha- Xylosyl Fluoride with 4-nitro-phenyl-beta-manno side (4-nitrophenyl-β-D-mannoside) generated dangjeon the reaction product with

당전이 반응을 수행하기 위해 0.07 mmole 알파-자일로실 플로라이드와 0.05 mmole의 4-나이트로페닐-베타-글루코사이드를 3 mL의 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) 완충용액에 녹인 후, 상기 실시예 5-1에서와 같은 방법으로 반응을 진행하고 TLC로 분석하여 반응산물이 형성됨을 확인하였다. To perform the sugar transfer reaction, 0.07 mmole alpha-xylosyl fluoride and 0.05 mmole of 4-nitrophenyl-beta-glucoside were dissolved in 3 mL of 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) buffer solution, and the above Example The reaction was carried out in the same manner as in 5-1 and analyzed by TLC to confirm that a reaction product was formed.

5-3. 알파- 자일로실 플로라이드와 4- 나이트로페닐 -2- 데옥시 -2- 아자이도 -베타-글루코사이드(4-nitrophenyl 2-deoxy-2-azido-β-D-glucoside)를 이용한 당전이 반응 5-3. Alpha- Xylosyl Fluoride with 4-nitro-phenyl-2-deoxy-2-ahjayi even-beta-glucoside (4-nitrophenyl 2-deoxy- 2-azido-β-D-glucoside) The reaction using the dangjeon

당전이 반응을 수행하기 위해 0.12 mmole 알파-자일로실 플로라이드와 0.06 mmole의 4-나이트로페닐-2-데옥시-2-아자이도-베타-글루코사이드를 3 mL의 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) 완충용액에 녹인 후, 상기 실시예 5-1에서와 같은 방법으로 반응을 진행하고 TLC로 분석하였다. 상기 실시예 5-1에서와 같은 방법으로 반응을 진행하고 TLC로 분석하여 반응산물이 형성됨을 확인하였다. To carry out the glucose transfer reaction, 0.12 mmole alpha-xylosyl fluoride and 0.06 mmole of 4-nitrophenyl-2-deoxy-2-azido-beta-glucoside were added to 3 mL of 50 mM sodium phosphate (pH 7.0). ) After dissolving in a buffer solution, the reaction was carried out in the same manner as in Example 5-1 and analyzed by TLC. The reaction was carried out in the same manner as in Example 5-1 and analyzed by TLC to confirm that a reaction product was formed.

5-4. 알파- 자일로실 플로라이드와 4- 나이트로페닐 -베타-셀로바이오사이드(4-nitrophenyl-β-D-cellobioside)를 이용한 당전이 반응 5-4. Alpha- Xylosyl Fluoride with 4-nitro-phenyl-beta-cell bio-side (4-nitrophenyl-β-D-cellobioside) a reaction using a dangjeon

당전이 반응을 수행하기 위해 0.27 mmole 알파-자일로실 플로라이드와 0.12 mmole의 4-나이트로페닐-베타-셀로바이오사이드를 5 mL의 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) 완충용액에 녹인 후, 상기 실시예 5-1에서와 같은 방법으로 반응을 진행하고 TLC로 분석하였다. 상기 실시예 5-1에서와 같은 방법으로 반응을 진행하고 TLC로 분석하여 반응산물이 형성됨을 확인하였다. To perform the sugar transfer reaction, 0.27 mmole alpha-xyloxyl fluoride and 0.12 mmole of 4-nitrophenyl-beta-cellobioside were dissolved in 5 mL of 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) buffer solution, and the above The reaction was carried out in the same manner as in Example 5-1 and analyzed by TLC. The reaction was carried out in the same manner as in Example 5-1 and analyzed by TLC to confirm that a reaction product was formed.

5-5. 알파- 자일로실 플로라이드와 2,4- 다이나이트로페닐 -2- 데옥시 -2- 플로로 -베타-셀로바이오사이드(2,4-dinitrophenyl 2-deoxy-2-fluoro-β-D-cellobioside)를 이용한 당전이 반응 5-5. Alpha- Xylosyl Fluoride and 2,4-phenyl-2-deoxy-2-flow-nitro-beta-cell bio-side (2,4-dinitrophenyl 2-deoxy- 2-fluoro-β-D-cellobioside) dangjeon using This reaction

당전이 반응을 수행하기 위해 8.68 μmole 알파-자일로실 플로라이드와 8.68 μmole의 2,4-다이나이트로페닐-2-데옥시-2-플로로-베타-셀로바이오사이드를 5 mL의 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) 완충용액에 녹인 후, 상기 실시예 5-1에서와 같은 방법으로 반응을 진행하고 TLC로 분석하였다. 상기 실시예 5-1에서와 같은 방법으로 반응을 진행하고 TLC로 분석하여 반응산물이 형성됨을 확인하였다. To perform the glucose transfer reaction, 8.68 μmole alpha-xylosyl fluoride and 8.68 μmole of 2,4-dinitrophenyl-2-deoxy-2-fluoro-beta-cellobioside were added to 5 mL of 50 mM. After dissolving in sodium phosphate (pH 7.0) buffer solution, the reaction was carried out in the same manner as in Example 5-1 and analyzed by TLC. The reaction was carried out in the same manner as in Example 5-1 and analyzed by TLC to confirm that a reaction product was formed.

실시예Example 6: 6: 당전이Party transfer 반응산물Reaction product 정제 refine

상기 실시예 5-1에서 5-5의 반응액을 C18 SEP PAK cartridge (Waters)에 주입한 후, 물로 세척하여 비 아릴성 당을 제거하고, 에탄올로 당전이 산물을 용출하였다. 용출된 반응산물액을 감압농축기로 에탄올을 제거하였다. 잔존물을 2 mL의 피리딘과 동량의 무수 아세트산을 첨가하여 모든 수산기를 아세틸화 시킨 후, 용매를 제거하고 실리카 겔 크로마토그래피를 통해 당전이 산물을 분석하였다. 다시 감압농축을 통해 용매를 완전히 제거한 후 얻어진 당전이 산물의 무게를 이용하여 반응에 사용된 당 수용체 대비 당전이 산물 생산 수율을 계산하였다. 생성된 산물의 당전이 수율을 하기 표 5에 나타내었다. The reaction solution of Example 5-1 to 5-5 was injected into a C18 SEP PAK cartridge (Waters), washed with water to remove non-aryl sugar, and the sugar transfer product was eluted with ethanol. Ethanol was removed from the eluted reaction product solution with a vacuum concentrator. After adding 2 mL of pyridine and acetic anhydride to the residue to acetylate all hydroxyl groups, the solvent was removed and the sugar transfer product was analyzed through silica gel chromatography. Again, the yield of the sugar transfer product was calculated relative to the sugar receptor used in the reaction by using the weight of the sugar transfer product obtained after completely removing the solvent through vacuum concentration. The yield of sugar transfer of the resulting product is shown in Table 5 below.

실시예Example 당 공여체Party donor 당 수용체Sugar receptor 수율 (%)Yield (%) 5-15-1 알파-자일로실 플로라이드Alpha-Xylosyl Fluoride 4-니트로페닐 베타 글루코사이드4-nitrophenyl beta glucoside 9696 5-25-2 4-니트로페닐 베타 만노코사이드4-nitrophenyl beta mannocoside 9393 5-35-3 4-니트로페닐 2-데옥시 2-아지도-베타 글루코사이드4-nitrophenyl 2-deoxy 2-azido-beta glucoside 8888 5-45-4 4-니트로페닐 베타 셀로바이오사이드4-nitrophenyl beta cellobioside 8080 5-55-5 4-니트로페닐 2-데옥시 2-플로로-베타 셀로바이오사이드4-nitrophenyl 2-deoxy 2-fluoro-beta cellobioside 9090

실시예Example 7: 7: 당전이Party transfer 산물의 구조분석 Structural analysis of products

상기 실시예 6에서 정제한 반응산물을 메탄올에 녹이고, acetic anhydride를 이용하여 모든 수산기를 아세틸화 한 후, 감압농축을 통해 용매를 제거하였다. 잔존물을 Silica gel chromatography를 통해 아세틸화된 당전이 산물만을 분리하고, 당전이 산물을 클로로포름 (CDCl3)에 녹인 후 엔엠알(400 MHz using a Bruker AV-400 spectrometer) 분석을 통해 구조를 결정하였다. The reaction product purified in Example 6 was dissolved in methanol, all hydroxyl groups were acetylated using acetic anhydride, and then the solvent was removed through concentration under reduced pressure. Only the acetylated sugar transfer product was separated from the residue through Silica gel chromatography, and the structure was determined by analyzing the sugar transfer product by dissolving it in chloroform (CDCl3) and then analyzing it with 400 MHz using a Bruker AV-400 spectrometer.

7-1. 4-Nitrophenyl[(2,3,4- tri -O- acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)-O- 2,3,4-tri-O-acetyl-β-D- glucopyranoside. (상기 실시예 5-1 반응산물)7 -1. 4-Nitrophenyl[( 2,3,4- tri -O- acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)-O- 2,3,4-tri-O-acetyl-β-D- glucopyranoside. (Reaction product of Example 5-1)

1H NMR (δppm, CDCl3, 400MHz): 8.30 (m,2H), 7.12 (m, 2H) (C6H4NO2); 5.47 (t, 1H, J3' ,4' 10.0 Hz, H-3), 5.31 (t, 1H, J3 ,4 8.8 Hz, H-3), 5.26 (t, 1H, J2,3 9.2Hz, H-2), 5.17 (d, 1H, J1 ,2 7.6 Hz, H-1), 5.00 (t, 1H, J4 ,5 10.0 Hz, H-4), 4.97 (d, 1H, J1' ,2' 3.2 Hz, H-1'), 4.88 (dt, 1H, J4' ,5'a = J4' ,5'b 6.0 Hz, H-4'), 4.78 (dd, 1H, J2' ,3' 10.0 Hz, H-2'), 3.97(m, 1H, H-5), 3.78(dd, 1H, J5 ,6a 8.0 Hz, & J6a ,6b 10.4 Hz, H-6a), 3.64(dd, 1H, J5'a ,5'b 10.8 Hz, H-5'a), 3.45(dd, 1H, J4' ,5'b 6.0 Hz, H-5'b), 3.43 (dd, 1H, J5 ,6b 2.4 Hz, H-6b); 2.08-1.73 (6s, 18H, CH3CO).13CNMR(δppm, CDCl3, 100 MHz): 170.16, 170.06, 170.03, 169.70, 169.40, 169.19 (CH3CO); 161.24, 143.32, 126.22 (2C), 116.50 (2C) (C6H4NO2); 98.14, 95.69, 73.36, 72.41, 70.97, 70.95, 68.99, 68.85, 68.72, 66.22, 58.41(sugar ring); 20.81, 20.74, 20.64, 20.61, 20.56, 20.52, 20.16 (CH3CO). EISMS: Calcd for C35H43NO22+Na+:852.7. Found:852.7.1 H NMR (? ppm, CDCl 3 , 400 MHz): 8.30 (m,2H), 7.12 (m, 2H) (C 6 H 4 NO 2 ); 5.47 (t, 1H, J 3' ,4' 10.0 Hz, H-3), 5.31 (t, 1H, J 3 ,4 8.8 Hz, H-3), 5.26 (t, 1H, J2,3 9.2Hz, H-2), 5.17 (d, 1H, J 1 ,2 7.6 Hz, H-1), 5.00 (t, 1H, J 4 ,5 10.0 Hz, H-4), 4.97 (d, 1H, J 1' ,2' 3.2 Hz, H-1'), 4.88 (dt, 1H, J 4' ,5'a = J 4' ,5'b 6.0 Hz, H-4'), 4.78 (dd, 1H, J 2 ' ,3' 10.0 Hz, H-2'), 3.97 (m, 1H, H-5), 3.78 (dd, 1H, J 5 ,6a 8.0 Hz, & J 6a ,6b 10.4 Hz, H-6a), 3.64(dd, 1H, J 5'a ,5'b 10.8 Hz, H-5'a), 3.45(dd, 1H, J 4' ,5'b 6.0 Hz, H-5'b), 3.43 (dd , 1H, J 5 ,6b 2.4 Hz, H-6b); 2.08-1.73 (6s, 18H, CH 3 CO). 13 CNMR (?ppm, CDCl 3 , 100 MHz): 170.16, 170.06, 170.03, 169.70, 169.40, 169.19 (CH3CO); 161.24, 143.32, 126.22 (2C), 116.50 (2C) (C 6 H 4 NO 2 ); 98.14, 95.69, 73.36, 72.41, 70.97, 70.95, 68.99, 68.85, 68.72, 66.22, 58.41 (sugar ring); 20.81, 20.74, 20.64, 20.61, 20.56, 20.52, 20.16 (CH 3 CO). EISMS: Calcd for C35H43NO22+Na + :852.7. Found:852.7.

7-2 4- Nitrophenyl [(2,3,4- tri - O - acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)- O -2,3,4-tri-O-acetyl-β-D- mannopyranoside.(상기 실시예 5-2 반응산물) 7-2 4- Nitrophenyl [( 2,3,4- tri - O - acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)- O - 2,3,4-tri- O -acetyl-β-D -mannopyranoside. (Reaction product of Example 5-2)

1H NMR (CDCl3, 400 MHz): d 8.32 (m, 2 H, Ar-H), 7.16 (m, 2 H, Ar-H), 5.71 (dd, 1 H, J2 ,3 2.0 Hz, H-3), 5.52 (t, 1H, J3' ,4' 10.0 Hz, H-3'), 5.35 (d, 1H, J1 ,2 0.8 Hz, H-1), 5.20 (t, 1H, J3 ,4 9.0 Hz, H-4), 5.17 (dd, 1H, H-3), 5.02 (d, 1H, J1' ,2' 3.6 Hz, H-1'), 4.90 (ddd, 1H, H-4'), 4.81 (dd, 1H, J2' ,3' 10.4 Hz, H-2'), 3.96 (m, 1H, H-5), 3.91 (dd, 1H, J5 ,6a 8.4 Hz, H-6a), 3.68 (dd, 1H, J4',5'a 5.6 Hz & J5'a ,5'b 10.8 Hz, H-5'a), 3.51 (t, 1H,J4' ,5'b = J5'a ,5'b 10.8 Hz, H-5'b), 3.46 (dd, 1H, J5 ,6b 1.2 Hz, J6a ,6b 10.0 Hz, H-6), 2.25 (s, 3H, CH 3CO), 2.11 (s, 3H, CH 3CO), 2.10 (s,3H,CH 3CO), 2.09 (s, 3H, CH 3CO), 2.03 (s, 3H, CH 3CO), 1.74 (s, 3H, CH 3CO). 13CNMR (CDCl3, 100MHz): d 170.42, 170.39, 170.23, 170.06, 169.95, 169.89 (CH3 CO); 161.36, 143.48, 126.43 (2C), 116.63 (2C) (Ar-C); 96.29 (C-1), 95.84 (C-1'), 74.13 (C-5), 71.28 (C-2'), 70.85 (C-3), 69.16, 69.13 (C-3' & 4'), 68.69 (C-2), 66.68 (C-6), 66.24 (C-4), 58.70 (C-5'); 21.00, 20.97 (2C), 20.87, 20.73, 20.37 (CH3CO). EISMS: Calcd for C35H43NO22+Na+:852.7. Found:852.7. 1 H NMR (CDCl 3 , 400 MHz): d 8.32 (m, 2 H, Ar-H), 7.16 (m, 2 H, Ar-H), 5.71 (dd, 1 H, J 2 ,3 2.0 Hz, H-3), 5.52 (t, 1H, J 3' ,4' 10.0 Hz, H-3'), 5.35 (d, 1H, J 1 ,2 0.8 Hz, H-1), 5.20 (t, 1H, J 3 ,4 9.0 Hz, H-4), 5.17 (dd, 1H, H-3), 5.02 (d, 1H, J 1' ,2' 3.6 Hz, H-1'), 4.90 (ddd, 1H, H-4'), 4.81 (dd, 1H, J 2' ,3' 10.4 Hz, H-2'), 3.96 (m, 1H, H-5), 3.91 (dd, 1H, J 5 ,6a 8.4 Hz , H-6a), 3.68 (dd, 1H, J 4',5'a 5.6 Hz & J 5'a ,5'b 10.8 Hz, H-5'a), 3.51 (t, 1H,J 4' , 5'b = J 5'a ,5'b 10.8 Hz, H-5'b), 3.46 (dd, 1H, J 5 ,6b 1.2 Hz, J 6a ,6b 10.0 Hz, H-6), 2.25 (s , 3H, C H 3 CO), 2.11 (s, 3H, C H 3 CO), 2.10 (s,3H, C H 3 CO), 2.09 (s, 3H, C H 3 CO), 2.03 (s, 3H , C H 3 CO), 1.74 (s, 3H, C H 3 CO). 13 CNMR (CDCl 3, 100MHz) : d 170.42, 170.39, 170.23, 170.06, 169.95, 169.89 (CH 3 C O); 161.36, 143.48, 126.43 (2C), 116.63 (2C) (Ar-C); 96.29 (C-1), 95.84 (C-1'), 74.13 (C-5), 71.28 (C-2'), 70.85 (C-3), 69.16, 69.13 (C-3'&4'), 68.69 (C-2), 66.68 (C-6), 66.24 (C-4), 58.70 (C-5'); 21.00, 20.97 (2C), 20.87, 20.73, 20.37 ( C H 3 CO). EISMS: Calcd for C 35 H 43 NO 22 +Na + :852.7. Found:852.7.

7-3 4- Nitrophenyl [(2,3,4- tri - O - acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)-2-deoxy-2-azido-O-3,4-di-O-acetyl-β-D- glucopyranoside (상기 실시예 5-3 반응산물) 7-3 4- Nitrophenyl [( 2,3,4- tri - O - acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)-2- deoxy-2-azido- O -3,4-di- O -acetyl-β-D-glucopyranoside (reaction product of Example 5-3)

1H NMR (δppm, CDCl3, 400 MHz):d 8.35 (m, 2 H, Ar-H), 7.21 (m, 2 H, Ar-H), 5.51 (t, 1 H, J2' ,3' = J3' ,4' 10.0 Hz, H-3'), 5.13 (dd, 1H, J2 ,3 9.6 Hz, J3 ,4 10.0 Hz, H-3), 5.06 (d, 1H, J1 ,2 8.4 Hz, H-1), 5.01 (d, 1H, J1' ,2' 3.2 Hz, H-1'), 4.95 (t, 1H, J4 ,5 9.6 Hz, H-4), 4.90 (dd, 1H, H-4'), 4.80 (dd, 1H, H-2'), 3.96 (m, 1H, H-5), 3.83 (dd, 1H, J2 ,3 10.0 Hz, H-2), 3.80 (dd, 1H, J5 ,6a 8.0 Hz, J6a ,6b 10.4 Hz, H-6a), 3.69 (dd, 1H, J5'a ,5'b 10.4 Hz, H-5'a), 3.47 (t, 2H, J5 ,6b 10.4 Hz, J4' ,5'b 10.4 Hz, H-6b & H-5'b), 2.12 (s, 3H, CH 3CO), 2.09 (s+s, 6H, CH 3CO), 2.07 (s, 3H, CH 3CO), 1.77 (s, 3H, CH 3CO). 13C NMR (CDCl3, 100MHz): d 170.43, 170.28, 169.98 (2 C), 169.83 (CH3 CO); 161.25, 143.78, 126.56 (2C), 116.94 (2C) (Ar-C); 99.81 (C-1), 95.90 (C-1'), 73.62 (C-5), 72.32 (C-3), 71.21 (C-2'), 69.19, 69.12, 68.95 (C-3', 4' & 4), 66.40 (C-6), 63.73 (C-2), 58.68 (C-5'); 20.99, 20.91, 20.86 (2C), 20.44 (CH3CO). 1 H NMR (δppm, CDCl 3 , 400 MHz): d 8.35 (m, 2 H, Ar-H), 7.21 (m, 2 H, Ar-H), 5.51 (t, 1 H, J 2' ,3 ' = J 3' ,4' 10.0 Hz, H-3'), 5.13 (dd, 1H, J 2 ,3 9.6 Hz, J 3 ,4 10.0 Hz, H-3), 5.06 (d, 1H, J 1 ,2 8.4 Hz, H-1), 5.01 (d, 1H, J 1' ,2' 3.2 Hz, H-1'), 4.95 (t, 1H, J 4 ,5 9.6 Hz, H-4), 4.90 (dd, 1H, H-4'), 4.80 (dd, 1H, H-2'), 3.96 (m, 1H, H-5), 3.83 (dd, 1H, J 2 ,3 10.0 Hz, H-2 ), 3.80 (dd, 1H, J 5 ,6a 8.0 Hz, J 6a ,6b 10.4 Hz, H-6a), 3.69 (dd, 1H, J 5'a ,5'b 10.4 Hz, H-5'a) , 3.47 (t, 2H, J 5 ,6b 10.4 Hz, J 4' ,5'b 10.4 Hz, H-6b &H-5'b), 2.12 (s, 3H, C H 3 CO), 2.09 (s +s, 6H, C H 3 CO), 2.07 (s, 3H, C H 3 CO), 1.77 (s, 3H, C H 3 CO). 13 C NMR (CDCl 3 , 100 MHz): d 170.43, 170.28, 169.98 (2 C), 169.83 (CH 3 C O); 161.25, 143.78, 126.56 (2C), 116.94 (2C) (Ar-C); 99.81 (C-1), 95.90 (C-1'), 73.62 (C-5), 72.32 (C-3), 71.21 (C-2'), 69.19, 69.12, 68.95 (C-3', 4') & 4), 66.40 (C-6), 63.73 (C-2), 58.68 (C-5'); 20.99, 20.91, 20.86 (2C), 20.44 ( C H 3 CO).

7-4 4- Nitrophenyl [(2,3,4- tri -O- acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)-O-2,3,4-tri-O-acetyl-β-D-glucopyranosyl-(1→4)-O-2,3,6-tri-O-acetyl-β-D-glucopyranoside (상기 실시예 5-4 반응산물) 7-4 4- Nitrophenyl [( 2,3,4- tri -O- acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)-O- 2,3,4-tri-O-acetyl-β-D -glucopyranosyl-(1→4)-O-2,3,6-tri-O-acetyl-β-D-glucopyranoside (reaction product of Example 5-4)

1H NMR (δppm, CDCl3, 400MHz): 8.18 (m, 2H), 7.01 (m, 2H) (C6 H 4NO2); 5.43 (t, 1H, J3 ",4" 9.6 Hz, H-3"), 5.29 (t, 1H, J3' ,4' 9.2 Hz, H-4'), 5.17 (d, 1H, J1 ,2 7.6 Hz, H-1), 5.14 (m, 2H, H-2 & H-3'), 5.03 (d, 1H, J1 ",2" 4.0 Hz, H-1"), 4.98 (m, 2H, H-4"& H-3), 4.86 (dd, 1H, J2' ,3' 9.6 Hz, H-2'), 4.78 (dd, 1H, J2 ",3" 10.4 Hz, H-2"), 4.57 (d, 1H, J1' ,2' 7.6 Hz, H-1'), 4.52 (dd, 1H, J5 ,6a 2.0 Hz & J6a ,6b 12.0 Hz, H-6a), 4.11 (dd, 1H, J5 ,6b 6.0 Hz, H-6b),3.93~3.82 (m, 3H, H-5, H-5' & H-5"), 3.74 ~ 3.58 (m, 4H, H-4, H-5", H-6'a & H-6'b), 2.10 ~ 1.97 (8s, 27H, CH 3CO).13CNMR (d ppm, CDCl3, 100MHz): 170.25, 170.16 (2C), 169.93, 169.89, 169.52, 169.40 (2C), 169.09 (CH3 CO); 161.13, 143.24, 125.78 (2C), 116.55 (2C) (C 6H4NO2); 99.97, 97.80, 96.22, 77.20, 75.25, 73.17, 73.11, 72.71, 72.33, 71.68, 71.12, 70.93 (2C), 69.27, 69.03, 68.93, 67.29 (sugar ring); 20.79, 20.73, 20.69 (2C), 20.65 (2C), 20.57, 20.52 (2C) (CH3CO). 1 H NMR (?ppm, CDCl 3 , 400 MHz): 8.18 (m, 2H), 7.01 (m, 2H) (C 6 H 4 NO 2 ); 5.43 (t, 1H, J 3 ",4" 9.6 Hz, H-3"), 5.29 (t, 1H, J 3' ,4' 9.2 Hz, H-4'), 5.17 (d, 1H, J 1 ,2 7.6 Hz, H-1), 5.14 (m, 2H, H-2 &H-3'), 5.03 (d, 1H, J 1 ",2" 4.0 Hz, H-1"), 4.98 (m , 2H, H-4"& H-3), 4.86 (dd, 1H, J 2' ,3' 9.6 Hz, H-2'), 4.78 (dd, 1H, J 2 ",3" 10.4 Hz, H -2"), 4.57 (d, 1H, J 1' ,2' 7.6 Hz, H-1'), 4.52 (dd, 1H, J 5 ,6a 2.0 Hz & J 6a ,6b 12.0 Hz, H-6a) , 4.11 (dd, 1H, J 5 ,6b 6.0 Hz, H-6b),3.93~3.82 (m, 3H, H-5, H-5'&H-5"), 3.74 ~ 3.58 (m, 4H, H-4, H-5", H-6'a &H-6'b), 2.10-1.97 (8s, 27H, C H 3 CO). 13 CNMR (d ppm, CDCl 3 , 100MHz): 170.25, 170.16 (2C), 169.93, 169.89, 169.52, 169.40 (2C), 169.09 (CH 3 C O); 161.13, 143.24, 125.78 (2C), 116.55 (2C) ( C 6 H 4 NO 2 ); 99.97, 97.80, 96.22, 77.20, 75.25, 73.17, 73.11, 72.71, 72.33, 71.68, 71.12, 70.93 (2C), 69.27, 69.03, 68.93, 67.29 (sugar ring); 20.79, 20.73, 20.69 (2C), 20.65 (2C), 20.57, 20.52 (2C) ( C H 3 CO).

7-5 2,4- Dinitrophenyl [(2,3,4- tri -O- acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)-O-2,3,4-tri-O-acetyl-β-D-glucopyranosyl-(1→4)-2-deoxy-2-fluoro-O-3,6-di-O-acetyl-β-D-glucopyranoside (상기 실시예 5-5 반응산물) 7-5 2,4- Dinitrophenyl [( 2,3,4- tri -O- acetyl -α-D- xylopyranosyl )-(1→6)- O-2,3,4-tri-O-acetyl-β -D-glucopyranosyl-(1→4)-2-deoxy-2-fluoro-O-3,6-di-O-acetyl-β-D-glucopyranoside (reaction product of Example 5-5)

1H NMR (δppm, 600 MHz, CDCl3):2.01, 2.04, 2.05, 2.06, 2.07, 2.08, 2.10, 2.17 (s, 24 H, 8 CH3CO); 3.56 (dd, 1 H, J5 ,6 2.7,J6'a ,6'b 11.1 Hz, H6'), 3.69 (ddd, 1 H, J5' ,6' 2.4, J5' ,6' 5.4, J4' ,5' 10.2 Hz, H5), 3.74 (dd, 1 H, J5' ,6' 5.5, J6'a ,6'b 10.8 Hz, H6'), 3.77 (dd, 1 H, J4 ",5" 6.0, J5 "a,5"b 11.1 Hz, H5"), 3.86 (dd, 1 H, J4 ",5" 6.0, J5 "a,5"b 10.2 Hz, H5"), 3.95 (ddd, 1 H, J5 ,6 2.4, J5 ,6 5.4, J4 ,5 9.6 Hz, H5), 4.03 (t, 1 H, J3 ,4 = J4 ,5 9.6 Hz, H4), 4.12 (dd, 1 H, J5 ,6 4.8, J6a ,6b 12.6 Hz, H6), 4.59 (dd, 1 H, J5 ,6 2.1, J6a ,6b 12.3 Hz, H6), 4.62 (d, 1 H, J1' ,2' 7.8 Hz, H1'), 4.69 (dt, 1 H, J2 ,F 49.2, J1 ,2 = J2 ,3 7.5 Hz, H2), 4.82 (dd, 1 H, J1",2" 3.6, J2 ",3" 10.2 Hz, H2"), 4.89 (dd, 1 H, J1' ,2' 7.8, J2' ,3' 9.6 Hz, H2'), 5.00 (t, 1 H, J3' ,4' = J4' ,5' 10.2 Hz, H4'), 5.00 (sixt, 1 H, J4 ",5" = J4 ",5" 6.3, J3 ",4" 9.9 Hz, H4"), 5.07 (d, 1 H, J1 ",2" 3.0 Hz, H1"), 5.20 (t, 1 H, J2' ,3' = J3' ,4' 9.6 Hz, H3'), 5.44 (t, 1 H, J2 ,3 = J3 ,4 9.6 Hz, H3), 5.46 (dd, 1 H, J1 ,2 7.8, J1 ,F 2.4 Hz, H1), 5.48 (t, 1 H, J2 ",3" = J3 ",4" 9.9 Hz, H3"), 7.39 (d, 1 H, J 9.6 Hz, DNP), 8.44 (dd, 1H, J 2.4, J 9.0 Hz, DNP), 8.75 (d, 1H, J 3.0 Hz, DNP). 13CNMR (150MHz, CDCl3): 20.78, 20.86, 20.89, 20.95, 21.11,(8 CH3CO); 59.09, 61.60, (C6, C6'); 67.15 (C5"), 69.09, 69.21, 69.38, 71.14, 71.90, 72.91, 73.47, 73.52, (C4, C5, C2', C3', C4', C5', C2", C3", C4"); 71.58 (C3, J3 ,F 20.9 Hz), 88.62 (C2, J2 ,F 191 Hz), 96.39 (C1"),98.11 (C1, J1 ,F 25.8 Hz), 99.97 (C1'), 117.69, 121.86, 128.87, 140.21, 142.25, 153.61 (DNP); 169.29, 169.49, 169.67, 170.16, 170.24, 170.43 (8 CH3CO) 1 H NMR (?ppm, 600 MHz, CDCl 3 ): 2.01, 2.04, 2.05, 2.06, 2.07, 2.08, 2.10, 2.17 (s, 24 H, 8 CH3CO); 3.56 (dd, 1 H, J 5 ,6 2.7,J 6'a ,6'b 11.1 Hz, H6'), 3.69 (ddd, 1 H, J 5' ,6' 2.4, J 5' ,6' 5.4 , J 4' ,5' 10.2 Hz, H5), 3.74 (dd, 1 H, J 5' ,6' 5.5, J 6'a ,6'b 10.8 Hz, H6'), 3.77 (dd, 1 H, J 4 ",5" 6.0, J 5 "a,5"b 11.1 Hz, H5"), 3.86 (dd, 1 H, J 4 ",5" 6.0, J 5 "a,5"b 10.2 Hz, H5 "), 3.95 (ddd, 1 H, J 5 ,6 2.4, J 5 ,6 5.4, J 4 ,5 9.6 Hz, H5), 4.03 (t, 1 H, J 3 ,4 = J 4 ,5 9.6 Hz , H4), 4.12 (dd, 1 H, J 5 ,6 4.8, J 6a ,6b 12.6 Hz, H6), 4.59 (dd, 1 H, J 5 ,6 2.1, J 6a ,6b 12.3 Hz, H6), 4.62 (d, 1 H, J 1' ,2' 7.8 Hz, H1'), 4.69 (dt, 1 H, J 2 ,F 49.2, J 1 ,2 = J 2 ,3 7.5 Hz, H2), 4.82 ( dd, 1 H, J 1",2" 3.6, J 2 ",3" 10.2 Hz, H2"), 4.89 (dd, 1 H, J 1' ,2' 7.8, J 2' ,3' 9.6 Hz, H2'), 5.00 (t, 1 H, J 3' ,4' = J 4' ,5' 10.2 Hz, H4'), 5.00 (sixt, 1 H, J 4 ",5" = J 4 ",5 " 6.3, J 3 ",4" 9.9 Hz, H4"), 5.07 (d, 1 H, J 1 ",2" 3.0 Hz, H1"), 5.20 (t, 1 H, J 2' ,3' = J 3' ,4' 9.6 Hz, H3'), 5.44 (t, 1 H, J 2 ,3 = J 3 ,4 9.6 Hz, H3), 5.46 (dd, 1 H, J 1 ,2 7.8, J 1 ,F 2.4 Hz, H1), 5.48 (t, 1 H, J 2 ",3" = J 3 ",4" 9.9 Hz, H3"), 7.39 (d, 1 H, J 9.6 Hz, DNP), 8.44 (dd, 1H, J 2.4, J 9.0 Hz, DNP), 8.75 (d, 1H, J 3.0 Hz, DNP). 13 CNMR (150 MHz, CDCl 3 ): 20.78, 20.86, 20.89, 20.95, 21.11, (8 CH3CO); 59.09, 61.60, (C6, C6'); 67.15 (C5"), 69.09, 69.21, 69.38, 71.14, 71.90, 72.91, 73.47, 73.52, (C4, C5, C2', C3', C4', C5', C2", C3", C4"); 71.58 (C3, J 3 ,F 20.9 Hz), 88.62 (C2, J 2 ,F 191 Hz), 96.39 (C1"), 98.11 (C1, J 1 ,F 25.8 Hz), 99.97 (C1'), 117.69, 121.86, 128.87, 140.21, 142.25, 153.61 (DNP); 169.29, 169.49, 169.67, 170.16, 170.24, 170.43 (8 CH3CO)

실시예Example 8: 8: YicIYicI 양자공여/수용체 Quantum donor/receptor 촉매기의Catalytic 무작위 돌연변이 Random mutation

*8-1. YicI 양자공여체 돌연변이체 라이브러리( YicI - D482X ) 제작 * 8-1. YicI proton donor mutant library ( YicI - D482X ) construction

상기 YicI 효소의 양자공여체 촉매기인 Asp482를 임의의 아미노산으로 치환하기 YicID482X-F (5-GTA CAC TGG GGT GGC NNN TGT TAC GC TAA CTA C-3, N은 임의의 염기서열, 서열번호 12)를 제작하였으며, 상기 프라이머는 하기 표 6과 같다.YicID482X-F (5-GTA CAC TGG GGT GGC NNN TGT TAC GC TAA CTA C-3, N is an arbitrary nucleotide sequence, SEQ ID NO: 12) to replace Asp482, the proton donor catalyst group of the YicI enzyme, with an arbitrary amino acid And, the primers are shown in Table 6 below.

서열order 서열번호Sequence number YicID482X-FYicID482X-F 5-GTA CAC TGG GGT GGC NNN TGT TAC GC TAA CTA C-35-GTA CAC TGG GGT GGC NNN TGT TAC GC TAA CTA C-3 1212

*상기 실시예 1-2의 재조합 벡터 pETYicI6xH에 대해 상기 YicID482X-F를 정방향 프라이머로 사용하여 상기 실시예 3-1의 방법으로 YicI 효소의 양자공여/수용체 촉매기가 임의의 아미노산으로 치환된 YicI 돌연변이체들 (YicI-D482X, X는 임의의 아미노산을 의미함)의 유전자들을 획득하였다. 상기 PCR의 조건은 상기 표 2에 기재된 바와 같다.* YicI mutant in which the proton donation/receptor catalyst group of the YicI enzyme was substituted with an arbitrary amino acid by the method of Example 3-1 using the YicID482X-F for the recombinant vector pETYicI6xH of Example 1-2 as a forward primer. (YicI-D482X, X means any amino acid) of the genes were obtained. The conditions of the PCR are as described in Table 2 above.

상기 YicI-D482X를 암호화하는 유전자들을 함유하는 PCR 산물을 상기 실시예 3-1과 동일한 방법으로 재조합 벡터 라이브러리인 pETYicI-D482X6xH를 제조하였으며, 상기 실시예 1-2에 따라 형질전환체를 제조하였다. The PCR product containing the genes encoding YicI-D482X was prepared in the same manner as in Example 3-1 to prepare a recombinant vector library pETYicI-D482X6xH, and a transformant was prepared according to Example 1-2.

8-2. 8-2. 당전이Party transfer 활성을 가지는 Active YicIYicI 양자 공여/수용체의 선발 Quantum donor/receptor selection

상기 제조한 pETYicI-D482X6xH 벡터 라이브러리를 상기 실시예 1-2의 방법으로 형질전환 후, 형질전화체 98개를 각각 20 μg/mL 가나마이신이 들어있는 0.2 mL LB 배지에 접종하였다. 상기 실시예 1-3의 방법으로 YicI 변이체들을 생산한 후, lysozyme을 최종농도 1 mg/mL가 되도록 첨가하여 세포를 파괴하여 조효소액을 제조하였다. 각 조효소액을 0.1 mL의 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) 완충용액에 녹인 0.2 mmole 알파-자일로실 플로라이드와 0.1 mmole의 4-나이트로페닐-베타-글루코사이드 기질 용액과 1:1로 섞은 후, 37℃에서 12시간 반응을 진행하였고, 박막크로마토그래피(thin layer chromatography)방법을 통해 반응액을 분석하였다. 그림 9은 98개 조효소액 중 18개의 결과를 보여주는 TLC 데이터이다. 당전이 활성을 보이는 16개의 시료로부터 QUAGEN 플라스미드 분리 키드를 사용하여 YicI 변이효소를 암호화하는 유전자를 함유한 플라스미드 벡터를 분리하고, 염기서열을 결정하였다. 그 결과 형질전환체 A4, A7, C3, C6, C10, E10, E12, F1은 YicI의 양자 공여/수용체 촉매기인 아스파테이트가 알라닌으로, 형질전환체 C9, E2, E3, G1, H1은 세린으로, 형질전환체 E4, F6, F8은 글리신으로 치환되었음을 확인하였다. 상기 18개 돌연변이체가 가지는 돌연변이 아미노산을 표 7에 정리하였다. After transforming the prepared pETYicI-D482X6xH vector library by the method of Example 1-2, 98 transformants were inoculated into 0.2 mL LB medium containing 20 μg/mL kanamycin, respectively. After producing YicI mutants by the method of Example 1-3, lysozyme was added to a final concentration of 1 mg/mL to destroy cells to prepare a crude enzyme solution. Each crude enzyme solution was mixed 1:1 with 0.2 mmole alpha-xylosyl fluoride dissolved in 0.1 mL of 50 mM sodium phosphate (pH 7.0) buffer solution and 0.1 mmole of 4-nitrophenyl-beta-glucoside substrate solution. , The reaction was performed at 37°C for 12 hours, and the reaction solution was analyzed through thin layer chromatography. Figure 9 is TLC data showing the results of 18 out of 98 crude enzyme solutions. A plasmid vector containing a gene encoding a YicI mutase was isolated from 16 samples showing glucose transfer activity, and the nucleotide sequence was determined. As a result, transformants A4, A7, C3, C6, C10, E10, E12, and F1 are aspartate, which is the proton donor/receptor catalytic group of YicI, as alanine, and transformants C9, E2, E3, G1, and H1 as serine. , It was confirmed that transformants E4, F6, and F8 were substituted with glycine. The mutant amino acids of the 18 mutants are summarized in Table 7.

돌연변이효소Mutant enzyme A4A4 A5A5 A7A7 C3C3 C6C6 C9C9 C10C10 D2D2 E2E2 E3E3 E4E4 E10E10 E12E12 F1F1 F6F6 F8F8 G1G1 H4H4 양자 공여/수용체 촉매기 위치 아미노산 잔기Proton donor/receptor catalytic group position amino acid residue AA DD AA AA AA SS AA DD SS SS GG AA AA AA GG GG SS SS

상기 표 7에 나타낸 바와 같이 YicI 양자 공여/수용체 촉매기인 482번째 아스파테이드 잔기가 알라닌, 또는 세린, 또는 글리신으로 돌연변이된 효소들은 알파-자일로실 플로라이드를 당공여체로 사용하여 당전이 산물을 합성함을 알 수 있다.As shown in Table 7, the enzymes in which the 482th aspartide residue, which is the YicI proton donation/receptor catalyst group, is mutated to alanine, serine, or glycine, uses alpha-xylosyl fluoride as a sugar donor to obtain a sugar transfer product. It can be seen that it is synthesized.

실시예 9: Bacillus halodurans 알파- 자일로시데이즈 변이체의 제조 및 당전이 활성 검출 Example 9: Bacillus Days when a xylene - halodurans Alpha Preparation of variants and detection of glucose transfer activity

9-1. 9-1. BacillusBacillus haloduranshalodurans 알파- Alpha- 자일로시데이즈Xylosids 변이체Variant ( ( BHaXBHaX -- D481AD481A ) 제작) Production

B. halodurans C-125를 상기 실시예 1-1의 방법으로 배양 후, 염색체 DNA를 분리하였다. 상기 B. halodurans 알파-자일로시다아제(이하 BHaX)를 암호화하는 유전자를 분리하기 위해 정방향 프라이머 BHaXTOP (5'-TAG GGA ACA ACA TAT GAA ATT TTC AGA TGG-3' 서열번호 13) 및 역방향 프라이머 BHaXEND (5'-AAC CCT CGA GGA CGC CTA GGT GGA CAA CCA-3', 서열번호 14)를 각각 제작하였으며, 상기 표 2의 방법으로 PCR을 수행하여 BHaX 유전자를 분리하였다. 상기 프라이머 서열은 하기 표 8과 같다. After culturing B. halodurans C-125 by the method of Example 1-1, chromosomal DNA was isolated. To isolate the gene encoding the B. halodurans alpha-xylosidase (hereinafter BHaX), the forward primer BHaXTOP (5'-TAG GGA ACA ACA TAT GAA ATT TTC AGA TGG-3' SEQ ID NO: 13) and reverse primer BHaXEND (5'-AAC CCT CGA GGA CGC CTA GGT GGA CAA CCA-3', SEQ ID NO: 14) was prepared, respectively, and PCR was performed according to the method of Table 2 to isolate the BHaX gene. The primer sequence is shown in Table 8 below.

서열order 서열번호Sequence number 정방향 프라이머
BHaXTOP
Forward primer
BHaXTOP
5'-TAGGGAACAACATATGAAATTTTCAGATGG-3'5'-TAGGGAACAACATATGAAATTTTCAGATGG-3' 1313
역방향 프라이머
BHaXEND
Reverse primer
BHaXEND
5'-AACCCTCGAGGACGCCTAGGTGGACAACCA-3'5'-AACCCTCGAGGACGCCTAGGTGGACAACCA-3' 1414

B. halodurans C-125 균주 염색체 DNA에 대해 상기 정방향 프라이머 및 역방향 프라이머를 이용하여 상기 실시예 1에서와 같이 PCR을 실시하여 PCR 산물을 획득하였다. B. halodurans C-125 strain chromosomal DNA was subjected to PCR as in Example 1 using the forward and reverse primers to obtain a PCR product.

상기 BHaX 효소의 양자공여/수용체 촉매기인 Asp481를 알라닌으로 치환하기 위해 BHaXD481A-F (5'-CCTGTTCACTGGGGTGGAGCTTGTGCCGCAACT-3' 서열번호 15)를 제작하였으며, 상기 프라이머는 하기 표 9과 같다. BHaXD481A-F (5'-CCTGTTCACTGGGGTGGAGCTTGTGCCGCAACT-3' SEQ ID NO: 15) was prepared to replace Asp481, which is a proton donation/receptor catalyst group of the BHaX enzyme, with alanine, and the primers are shown in Table 9 below.

서열order 서열번호Sequence number 정방향 프라이머 BHaXD481A-FForward primer BHaXD481A-F 5'-CCTGTTCACTGGGGTGGAGCTTGTGCCGCAACT-3'5'-CCTGTTCACTGGGGTGGAGCTTGTGCCGCAACT-3' 1515

상기 실시예 3-1에서 YicID482A-F 프라이머를 BHaXD481A-F로 대체하고 상기 실시예 3-1과 동일한 방법으로 BHaX의 양자 공여/수용체인 아스파테이트가 알라닌으로 치환된 변이효소를 암호화하는 유전자를 포함한 pETBHaXD481A6xH를 제작하였다. In Example 3-1, YicID482A-F primer was replaced with BHaXD481A-F, and in the same manner as in Example 3-1, aspartate, which is a proton donor/acceptor of BHaX, contains a gene encoding a mutant enzyme substituted with alanine. pETBHaXD481A6xH was prepared.

9-2. 9-2. BHaXBHaX -- D481AD481A 의 생산 및 Production of and 당전이Party transfer 반응 reaction

상기 제조한 pETBHaXD481A6xH 벡터를 상기 실시예 1-3의 방법으로 형질전환 후, 실시예 1-4의 방법에 따라 정제하였다. 정제된 BHaXD481A를 이용하여 상기 실시예 5-1에서와 같이 당전이 반응을 수행하였으며, 반응산물을 PE-Sciex API 300 triple quadrupole mass spectrometer (Sciex, 캐나다)를 이용하여 분석하였고, 그림 10은 반응산물의 스펙트럼이다. 분석결과 상기 실시예 5-1에서 YicI-D482A에 의해 합성된 당전이 산물과 동일한 분자량 (분자량 = 433)을 가지는 산물이 소디움 염 (M + Na+, 분자량 = 433 + 23), 포타슘 염 (M + K+, 분자량 = 433 + 39), 및 이량체의 소디움 염 (2M + Na+, 분자량 = 433 x 2 + 23) 형태로 검출되었다. 따라서 BHaX의 양자 공여/수용체 촉매기에 대한 돌연변이를 통해 BHaXD481A 변이효소 역시 상기 YicI-D482A와 동일한 당전이 활성을 가짐을 확인하였다. The prepared pETBHaXD481A6xH vector was transformed by the method of Example 1-3, and then purified according to the method of Example 1-4. The sugar transfer reaction was performed as in Example 5-1 using the purified BHaXD481A, and the reaction product was analyzed using a PE-Sciex API 300 triple quadrupole mass spectrometer (Sciex, Canada), and Figure 10 shows the reaction product. Is the spectrum of. As a result of the analysis, the product having the same molecular weight (molecular weight = 433) as the glycotransfer product synthesized by YicI-D482A in Example 5-1 was sodium salt (M + Na + , molecular weight = 433 + 23), potassium salt (M + K + , molecular weight = 433 + 39), and the sodium salt of the dimer (2M + Na + , molecular weight = 433 x 2 + 23). Therefore, it was confirmed that the BHaXD481A mutant enzyme also has the same glycotransfer activity as the YicI-D482A through the mutation of the proton donor/receptor catalytic group of BHaX.

<110> KOREA UNIVERSITY RESEARCH AND BUSINESS FOUNDATION <120> A Chimeric protein, A Preparation method thereof, A Nanosenser fixed with the same and An application thereof <150> KR10-2009-0019355 <151> 2009-03-06 <160> 16 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 catatgcatc accatcacca tcacgacatt gacccgtata aagaa 45 <210> 2 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 cccactccct ccgccaccgt cttccaaatt acttcccacc ca 42 <210> 3 <211> 36 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 3 ctcgagagta ccgcctcccc cactccctcc gccacc 36 <210> 4 <211> 39 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 4 ggatccggat ccggtggcgg agggtctggg ggaggcggt 39 <210> 5 <211> 48 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 5 ggcggagggt ctgggggagg cggttccagg ggattagtag tcagctat 48 <210> 6 <211> 30 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 6 aagcttttaa acaacagtag tttccggaag 30 <210> 7 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 7 ctcgaggcac cgaaagctga taac 24 <210> 8 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 8 gaattcgtca gcttttggtg cttg 24 <210> 9 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 9 gaattcgcac cgaaagctga taac 24 <210> 10 <211> 24 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 10 ggatccgtca gcttttggtg cttg 24 <210> 11 <211> 189 <212> DNA <213> SPAB <400> 11 gcaccgaaag ctgataacaa attcaacaaa gaacaacaaa atgctttcta tgaaatctta 60 catttaccta acttaaatga agaacaacgc aatggtttca tccaaagctt aaaagatgac 120 ccaagccaaa gcgctaacct tttagcagaa gctaaaaagc taaatgatgc acaagcacca 180 aaagctgac 189 <210> 12 <211> 234 <212> DNA <213> HBV capsid protein <400> 12 atggacattg acccgtataa agaatttgga gcttctgtgg agttactctc ttttttgcct 60 tctgacttct ttccttctat tcgagatctc ctcgacaccg cctctgctct gtatcgggag 120 gccttagagt ctccggaaca ttgttcacct caccatacag cactcaggca agctattctg 180 tgttggggtg agttgatgaa tctggccacc tgggtgggaa gtaatttgga agac 234 <210> 13 <211> 78 <212> PRT <213> HBV capsid protein <400> 13 Met Asp Ile Asp Pro Tyr Lys Glu Phe Gly Ala Ser Val Glu Leu Leu 1 5 10 15 Ser Phe Leu Pro Ser Asp Phe Phe Pro Ser Ile Arg Asp Leu Leu Asp 20 25 30 Thr Ala Ser Ala Leu Tyr Arg Glu Ala Leu Glu Ser Pro Glu His Cys 35 40 45 Ser Pro His His Thr Ala Leu Arg Gln Ala Ile Leu Cys Trp Gly Glu 50 55 60 Leu Met Asn Leu Ala Thr Trp Val Gly Ser Asn Leu Glu Asp 65 70 75 <210> 14 <211> 207 <212> DNA <213> HBV capsid protein <400> 14 tccagggaat tagtagtcag ctatgtcaac gttaatatgg gcctaaaaat cagacaacta 60 ttgtggtttc acatttcctg tcttactttt ggaagagaaa ctgttcttga gtatttggtg 120 tcttttggag tgtggattcg cactcctccc gcttacagac caccaaatgc ccctatctta 180 tcaacacttc cggaaactac tgttgtt 207 <210> 15 <211> 69 <212> PRT <213> HBV capsid protein <400> 15 Ser Arg Glu Leu Val Val Ser Tyr Val Asn Val Asn Met Gly Leu Lys 1 5 10 15 Ile Arg Gln Leu Leu Trp Phe His Ile Ser Cys Leu Thr Phe Gly Arg 20 25 30 Glu Thr Val Leu Glu Tyr Leu Val Ser Phe Gly Val Trp Ile Arg Thr 35 40 45 Pro Pro Ala Tyr Arg Pro Pro Asn Ala Pro Ile Leu Ser Thr Leu Pro 50 55 60 Glu Thr Thr Val Val 65 <210> 16 <211> 63 <212> PRT <213> Protein A <400> 16 Ala Pro Lys Ala Asp Asn Lys Phe Asn Lys Glu Gln Gln Asn Ala Phe 1 5 10 15 Tyr Glu Ile Leu His Leu Pro Asn Leu Asn Glu Glu Gln Arg Asn Gly 20 25 30 Phe Ile Gln Ser Leu Lys Asp Asp Pro Ser Gln Ser Ala Asn Leu Leu 35 40 45 Ala Glu Ala Lys Lys Leu Asn Asp Ala Gln Ala Pro Lys Ala Asp 50 55 60 <110> KOREA UNIVERSITY RESEARCH AND BUSINESS FOUNDATION <120> A Chimeric protein, A Preparation method thereof, A Nanosenser fixed with the same and An application thereof <150> KR10-2009-0019355 <151> 2009-03-06 <160> 16 <170> KopatentIn 1.71 <210> 1 <211> 45 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 1 catatgcatc accatcacca tcacgacatt gacccgtata aagaa 45 <210> 2 <211> 42 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> primer <400> 2 cccactccct ccgccaccgt cttccaaatt 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Ala Asp 50 55 60

Claims (7)

서열번호 1의 482번째의 아미노산 잔기를 아스파테이트에서 세린으로 돌연변이시킨 가수분해활성은 제거되고 당전이 활성이 유지된 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소.An alpha-xylosidase mutant enzyme in which the hydrolysis activity of 482 amino acid residues of SEQ ID NO: 1 is mutated from aspartate to serine is eliminated and the sugar transfer activity is maintained. 알파-자일로시데이즈의 양자공여체 촉매 아미노산 잔기를 특정위치변이법, 무작위변이법, 또는 천연적인 미생물 유전체의 변이 중에서 선택된 방법을 통해 돌연변이시킨 제 1항의 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소의 제조 방법.A method for preparing the alpha-xyloxidase mutant enzyme of claim 1, wherein the quantum donor-catalyzed amino acid residues of alpha-xyloxidase are mutated by a method selected from specific positional variation, random variation, or mutation of a natural microbial genome. . 제 2항에 있어서, 상기 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소는 재조합 미생물을 이용하여 생산되는 것을 특징으로 제 1항의 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소의 제조 방법.3. The method of claim 2, wherein the alpha-xyloidase mutant enzyme is produced using recombinant microorganisms. 제 1항의 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소를 당전이 반응 촉매제로 사용하고, 당공여체를 포함하는 당전이 방법.The method of claim 1, wherein the alpha-xylosidase mutant enzyme of claim 1 is used as a sugar transfer reaction catalyst and comprises a sugar donor. 제 4항에 있어서, 상기 당공여체는 알파-자일로실 플로라이드인 것을 특징으로 하는 당전이 방법.5. The method according to claim 4, wherein said sugar donor is alpha-xylyl fluoride. 제 4항에 있어서, 상기 방법은 상기 당수용체로 포도당, 만노오스(mannose), 4-니트로페닐 베타 글루코사이드, 4-니트로페닐 베타 만노코사이드, 4-니트로페닐 2-데옥시 2-아지도-베타 글루코사이드, 4-니트로페닐 베타 셀로바이오사이드, 및 4-니트로페닐 2-데옥시 2-플로로-베타 셀로바이오사이드로 구성된 군으로부터 선택된 화합물을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 당전이 방법.The method of claim 4, wherein the sugar receptor is glucose, mannose, 4-nitrophenyl beta glucoside, 4-nitrophenyl beta mannocoside, 4-nitrophenyl 2-deoxy 2-azido-beta The method of claim 1 further comprising a compound selected from the group consisting of glucoside, 4-nitrophenyl beta cellobioside, and 4-nitrophenyl 2-deoxy 2-fluoro-beta cellobioside. 제 4항에 있어서, 상기 알파-자일로시데이즈 돌연변이 효소는 담체에 고정화되거나 세포 표면에 발현시킨 후 얻어지는 것을 특징으로 하는 당전이 방법.5. The method of claim 4, wherein said alpha-xylosidase mutant enzyme is obtained after immobilization on a carrier or expression on a cell surface.
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