KR20140087798A - Process of biologically producing a styrene and derivatives thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 생물학적 방법으로 스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 화학적 및 생물학적 전환을 이용해 리그닌 분해산물을 제조하고, 생물학적인 방법으로 이로부터 스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing styrene or a derivative thereof by a biological method. The present invention also relates to a process for preparing lignin degradation products by chemical and biological conversion and for producing styrene or derivatives thereof therefrom by a biological method.
최근 석유화학 산업은 전세계적인 석유수급 불안과 석유자원 고갈에 대한 위기의식으로 국제원유 가격이 지속적으로 상승하는 상황에 처해있다. 이러한 어려움을 극복하고자 지속가능성(sustainability)이라는 원칙하에 재생산 가능한 원료로부터 화합물을 생산하는 프로세스를 개발하고자 하는 노력이 전세계적인 목표가 되고 있다. 따라서 원유에 의존하는 석유화학산업에 대한 대안으로 최근에 산업바이오 기술을 이용하여 바이오매스에서 유래한 대체 생산방법이나 대체 화합물을 생산하기 위한 전 인류적인 노력이 바이오에너지, 바이오플라스틱, 바이오화합물 등의 다양한 분야에서 가시화 되고 있다.In recent years, the petrochemical industry is in a situation where global crude oil prices are continuously rising due to global crisis of oil supply and demand and exhaustion of oil resources. To overcome these difficulties, efforts to develop processes for producing compounds from renewable raw materials under the principle of sustainability have become a global goal. Therefore, as an alternative to the petroleum-based petrochemical industry, the recent global efforts to produce alternative biomass-derived alternative compounds using industrial biotechnology have led to the development of bioenergy, bioplastics, It is becoming visible in various fields.
스티렌(styrene)은 무색의 점성이 있는 액체이며 녹는점은 -30.6 ?이고 끓는점은 145.2 ?이다. 물에 불용성이고 에탄올, 에테르, 아세톤에 가용성이며 벤젠과 석유 에테르에 매우 잘 용해된다. 스티렌은 폴리스티렌(PS), 아크릴로니트릴-부타디엔-스티렌 공중합체(ABS), 스티렌-아크릴로니트릴 레진(SAN), 스티렌-부타디엔 엘라스토머 공중합체, 불포화 폴리에스테르 레진의 생산에 사용되는 단량체이다. 이들 고분자는 플라스틱, 탄성체, 식품 포장, 가공 식품 산업에 사용된다. Styrene is a colorless, viscous liquid with a melting point of -30.6 ° and a boiling point of 145.2 °. Insoluble in water, soluble in ethanol, ether, acetone and very soluble in benzene and petroleum ether. Styrene is a monomer used in the production of polystyrene (PS), acrylonitrile-butadiene-styrene copolymer (ABS), styrene-acrylonitrile resin (SAN), styrene-butadiene elastomer copolymer and unsaturated polyester resin. These polymers are used in plastics, elastomers, food packaging, and processed food industries.
스티렌은 상업적으로 금속 산화 촉매 존재하에서 약 720℃의 고온의 증기를 사용하여 에틸벤젠을 탈수소화시켜 제조하고 있으며(WO199708034; EP905112), 에틸벤젠은 벤젠을 에틸렌과 알킬화하여 생산한다. 그러나 톨루엔을 히드로데알킬화하여 제조하는 벤젠의 제조에는 많은 에너지가 소요되며, 에탄 등의 탄화수소를 크래킹으로 제조하는 에틸렌의 제조에 크래커와 고비용의 분리 기술이 필요하다. Styrene is produced commercially by dehydrogenating ethylbenzene using high temperature steam at about 720 DEG C in the presence of a metal oxidation catalyst (WO199708034; EP905112). Ethylbenzene is produced by alkylation of benzene with ethylene. However, the production of benzene by hydrodealkylation of toluene requires a lot of energy, and cracker and high cost separation techniques are required for the production of ethylene which is produced by cracking hydrocarbons such as ethane.
따라서, 이러한 단점들을 극복하고 에너지 절감형의 공정을 개발하기 위해, 이산화탄소를 사용하는 공정(Prepr. Pap.-Am. Chem. Soc., Div. Fuel Chem. 2004, 49 (1), 114)이 보고되기도 하였다. 그러나, 이러한 공정 또한 525-575도의 증기를 사용하므로, 많은 양의 에너지가 여전히 요구된다. Thus, in order to overcome these drawbacks and to develop an energy-saving process, a process using carbon dioxide (Prepr.Pap.-Am.Chem.Soc., Div. Fuel Chem. 2004, 49 (1), 114) . However, since this process also uses 525-575 degrees of steam, a large amount of energy is still required.
이에, 기존 공정의 단점들을 극복하고, 공정의 지속가능성을 달성하기 위해서 생물공정에 기반한 스티렌 합성법이 시도되었다(Spekreijse et al., Simultaneous production of biobased styrene and acrylates using ethenolysis, Green Chem. 2012, online publication; Rebekah McKenna and David R. Nielsen, Styrene biosynthesis from glucose by engineered E. coli, Metab Eng. 2011, 13(5), 544). 그러나, 이들 방법은 세포 내의 아미노산 등을 기질로 이용하는 반응으로 포도당 등을 미생물 배양의 영양분으로 사용하기 때문에, 불안정한 곡물가격에 많은 영향을 받을 수 있고, 이는 공정의 경제성에 악영향을 줄 수 있다. 따라서, 자연에서 풍부하게 얻을 수 있는 리그닌과 같은 저가의 바이오매스를 이용하는 방법의 개발이 필요하다.In order to overcome the disadvantages of the conventional process and to achieve the sustainability of the process, a biological process based styrene synthesis method has been attempted (Spekreijse et al., Simultaneous production of biobased styrene and acrylates using ethenolysis, Green Chem. ; Rebekah McKenna and David R. Nielsen, Styrene biosynthesis from glucose by engineered E. coli , Metab Eng. 2011, 13 (5), 544). However, these methods use amino acids and the like in the cells as a substrate, and glucose and the like are used as nutrients for culturing microorganisms. Therefore, they may be affected by unstable grain prices, which may adversely affect the economical efficiency of the process. Therefore, it is necessary to develop a method using low-cost biomass such as lignin which can be obtained in abundance in nature.
바이오매스를 활용하여 생산되는 바이오 플라스틱 시장의 경우 2002년 카길-다우사에 의해 상업화된 폴리유산 (polylactic acid, PLA)이 기존의 폴리에틸렌 테레프탈레이트(polyethylene terephthalate, PET), 폴리스티렌(polystyrene) 등을 대체하면서 최근 시장이 급속히 확대되고 있다. 또한, 미국 메타볼릭스(Metabolix)사에 의해 상업화된 폴리히드록시알카노에이트 (polyhydroxyalkanoate, PHA) 계 바이오 플라스틱도 기존의 고가 의료용 고분자 시장에서 벗어나 범용 고분자 시장으로의 진출을 위한 공장건설이 진행 중에 있다. 이외에도 숙신산 (succinic acid)을 활용한 PBS(polybutylene succinate) 등도 상업화되어 사용되고 있다. 바이오 화학제품 시장의 경우 듀폰사가 2006년말 상업화한 1,3-프로판디올이 기존의 석유화학공정을 바이오매스 기반의 생물전환으로 대체한 성공적인 예이다. In the case of bioplastics produced using biomass, polylactic acid (PLA), commercialized by Cargill-Dow, in 2002, replaced polyethylene terephthalate (PET) and polystyrene Recently, the market is rapidly expanding. Also, polyhydroxyalkanoate (PHA) -based bioplastics commercialized by Metabolix in the United States has been moved from the existing high-priced medical polymer market to a factory for entering the general-purpose polymer market have. In addition, PBS (polybutylene succinate) using succinic acid has been commercialized and used. In the biochemical market, 1,3-propanediol commercialized by DuPont at the end of 2006 is a successful example of replacing existing petrochemical processes with biomass-based bioconversion.
위에서 열거한 예들에 비해, 스티렌의 경우 완전히 생물공정으로 생산하는 예는 매우 드문데, 미국 아리조나주립대학의 닐슨 교수 그룹에서 발표한 논문(Metab Eng. 2011 Sep;13(5):544-54)과 미국 농무부에서 출원한 특허(PCT/US2009/063219)가 알려져 있다. 닐슨 교수 그룹의 경우 세포 내에서 생산되는 페닐알라닌(L-phenylalanine)을 시작물질로 하여 페닐알라닌 암모니아 리아제(phenylalanine ammonia-lyase)와 트랜스 신남산 데카르복실라제(trans-cinnamic acid decarboxylase)를 사용하는 방법이고, 미국 농무부의 특허는 곰팡이류의 전세포를 사용하는 방법이다. In contrast to the examples listed above, styrene is a very rare example of complete bioprocessing, and a paper published by Nielsen's group at Arizona State University (Metab Eng. 2011 Sep; 13 (5): 544-54) And a patent filed by the United States Department of Agriculture (PCT / US2009 / 063219). In the case of the Nielsen group, phenylalanine ammonia-lyase and trans-cinnamic acid decarboxylase are used as a starting material, which is produced by intracellularly produced phenylalanine (L-phenylalanine) US Department of Agriculture patent is a way to use whole cells of fungi.
따라서, 최근의 친환경 공정 개발에 대한 사회적 요구, 공정 단순화, 경제성 제고 관점에서 새로운 스티렌 또는 이의 유도체에 대한 제조공정 개발 필요성이 강력히 대두되고 있는 실정이다.
Therefore, there is a strong need for the development of new styrene or derivatives thereof in view of the social needs, process simplification, and economic improvement of recent eco-friendly process development.
본 발명은 화학 공정에 비하여 높은 특이성을 가지는 생물학적 방법으로 스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법을 제공하는 것이다. The present invention provides a method for producing styrene or derivatives thereof by a biological method having high specificity compared to a chemical process.
또한 본 발명은 리그닌을 원료로 하여 경제적이고 효율적으로 리그닌 분해산물을 얻고 이를 기질로 하여 친환경적인 생물학적 방법으로 스티렌 또는 이의 유도체를 생산하는 방법을 제공하는 것이다.
The present invention also provides a method for producing styrene or a derivative thereof by an environmentally friendly biological method using lignin as a raw material, economically and efficiently obtaining a lignin degradation product, and using the lignin degradation product as a substrate.
본 발명의 일 구현예는 화학식 2로 표시되는, 4-히드록시기를 갖는 스티렌 또는 이의 유도체를 포함하는 기질에 상기 4-히드록시기를 제거하는 생촉매를 접촉하는 단계를 포함하는, 생물학적인 방법으로 하기 화학식 1을 갖는 스티렌 또는 그 유도체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, One embodiment of the present invention is a method for producing a styrene derivative having a 4-hydroxy group, which comprises contacting a substrate comprising styrene having 4-hydroxy group or a derivative thereof represented by the formula (2) with a biocatalyst for removing the 4-hydroxy group, 1 < / RTI > or a derivative thereof,
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[화학식 2](2)
상기 화학식 1 및 2에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이다.In the general formulas (1) and (2), X and Y may be the same or different and independently represent hydrogen, hydroxy or a C1-C4 alkoxy group.
본 발명은 또한 상기 방법은 화학식 2에서 X 및 Y가 동시에 수소가 아닌 경우에, 하기 화학식 2으로 표시되는 4-히드록시기를 갖는 스티렌 또는 이의 유도체를 포함하는 기질에, 상기 4-히드록시기를 제거하는 생촉매를 처리한 후에, 처리와 동시에, 또는 처리하기 전에, 상기 화학식 2의 방향족 카르복실산의 3위치, 5위치 또는 3위치와 5위치에서 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매를 추가로 접촉하는 단계를 포함할 수 있다. The present invention also relates to a process for preparing a styrene derivative having a 4-hydroxy group represented by the following formula (2), wherein X and Y are not simultaneously hydrogen in the formula (2) At least one substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group and a C1-C4 alkoxy group at the 3-position, the 5-position or the 3-position and the 5-position of the aromatic carboxylic acid of the above formula (2) Further comprising the step of contacting the biocatalyst to remove the biocatalyst.
또한, 상기 화학식 2로 표시되는 4-히드록시기를 갖는 스티렌 또는 이의 유도체를 포함하는 기질은, 하기 화학식 3로 표시되는, 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질에, 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매를 접촉하는 단계를 수행하여 얻어진 것일 수 있다. The substrate comprising the 4-hydroxy group-containing styrene or derivative thereof represented by the above-mentioned formula (2) can be produced by reacting a substrate containing an aromatic carboxylic acid having a 4-hydroxy group represented by the following formula (3) And then contacting the biocatalyst with the catalyst.
[화학식 3] (3)
또한, 상기 화학식 3에서 X 및 Y가 동시에 수소가 아닌 경우에, 상기 화학식 3로 표시되는 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질에, 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매를 처리한 후에, 처리와 동시에, 또는 처리하기 전에, 상기 화학식 3의 방향족 카르복실산의 3위치, 5위치 또는 3위치와 5위치에서 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매를 추가로 접촉하는 단계를 포함할 수 있다. When X and Y are not hydrogen at the same time in Formula 3, the catalyst containing the aromatic carboxylic acid having a 4-hydroxy group represented by Formula 3 may be treated with a biocatalyst to remove the carboxyl group, A biocatalyst that removes at least one substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group and a C1-C4 alkoxy group at the 3-position, 5-position, or 3-position and 5-position of the aromatic carboxylic acid of Formula 3 Further comprising a step of contacting.
본 발명은 상기 제조된 스티렌 또는 이의 유도체를 중합하여 중합체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 상기 중합체는 한 가지 단량체를 사용하는 단일중합체이거나, 상기 스티렌 또는 이의 유도체 단량체 이외에, 공단량체로서 아크릴로니트릴, 부타디엔, 아크릴산 및 메타아크릴산으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공단량체를 중합하여 공중합체(copolymer)일 수 있다. The present invention relates to a method for producing a polymer by polymerizing the styrene or derivatives thereof, wherein the polymer is a homopolymer using one monomer or, in addition to the styrene or derivative monomers thereof, acrylonitrile, Butadiene, acrylic acid, and methacrylic acid may be copolymerized with one or more comonomers selected from the group consisting of acrylic acid and methacrylic acid.
본 발명은 화학적 및/또는 생물학적 전환을 이용해 방향족 단량체를 얻고 생물학적 방법으로 스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법에 관한 것으로서, 재생가능한 리그린으로부터 스티렌 또는 이의 유도체를 친환경적이고, 높은 특이성을 가지며 경제적으로 생산할 수 있다. 본 발명은 석유화학 원료 의존도를 완전히 탈피하고 비식용자원인 바이오매스를 원료로 이용하는데 초점을 맞추어, 저가의 리그닌을 원료로 하여 화학적 또는 생물학적 분해단계 공정을 거쳐 생산된 방향족 단량체들을 기질로 생물학적 공정에 의해 스티렌 또는 유도체를 얻을 수 있다.The present invention relates to a process for obtaining aromatic monomers using chemical and / or biological conversion and for producing styrene or derivatives thereof by biological methods, which is capable of producing styrene or derivatives thereof from renewable lithines in an environmentally friendly, highly specific and economical manner . The present invention focuses on completely eliminating the dependence on petrochemical raw materials and using biomass as a raw material as a raw material, and it is a process for producing aromatic monomers produced through chemical or biological decomposition step process using low cost lignin as a raw material, , Styrene or a derivative thereof can be obtained.
이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 일 구현예는 화학식 2로 표시되는, 4-히드록시기를 갖는 스티렌 또는 이의 유도체를 포함하는 기질에 4-히드록시기를 제거하는 생촉매를 접촉하는 단계를 포함하는, 생물학적인 방법으로 하기 화학식 1을 갖는 스티렌 또는 그 유도체를 제조하는 방법에 관한 것으로서,One embodiment of the present invention is a method for preparing a biodegradable biodegradable polymer, which comprises contacting a substrate comprising styrene having a 4-hydroxy group or a derivative thereof represented by the general formula (2) with a biocatalyst which removes a 4-hydroxy group, The present invention relates to a method for producing styrene or a derivative thereof,
[화학식 1][Chemical Formula 1]
[화학식 2](2)
상기 화학식 1 및 2에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이다. 상기 C1-C4 알콕시기는 선형 또는 분지형일 수 있으며, 바람직하게는 메톡시 또는 에톡시기 일 수 있다. In the general formulas (1) and (2), X and Y may be the same or different and independently represent hydrogen, hydroxy or a C1-C4 alkoxy group. The C1-C4 alkoxy group may be linear or branched, preferably methoxy or ethoxy.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 4-히드록시기를 제거하는 생촉매를 접촉하는 단계를 포함하는 스티렌 또는 이의 유도체의 제조방법에 있어서, 상기 화학식 2에서 X 및 Y가 동시에 수소가 아닌 경우에, 하기 화학식 2으로 표시되는 4-히드록시기를 갖는 스티렌 또는 이의 유도체를 포함하는 기질에, 상기 4-히드록시기를 제거하는 생촉매를 처리한 후에, 처리와 동시에, 또는 처리하기 전에, 상기 화학식 2의 방향족 카르복실산의 3위치, 5위치 또는 3위치와 5위치에서 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매를 추가로 접촉하는 단계를 포함할 수 있다.In still another embodiment of the present invention, there is provided a process for producing styrene or a derivative thereof, comprising contacting a biocatalyst for removing the 4-hydroxy group, wherein X and Y are not simultaneously hydrogen, The method for producing a styrene derivative of the formula (2), which comprises treating a substrate comprising styrene having a 4-hydroxy group or a derivative thereof represented by the formula (2) with a biocatalyst for removing the 4-hydroxy group, And a biocatalyst that removes at least one substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group and a C1-C4 alkoxy group at the 3-position, the 5-position or the 3-position and the 5-position of the acid.
본 발명에 따라 얻어지는 화학식 1을 갖는 스티렌 또는 이의 유도체는 바람직하게는 스티렌, 3-히드록시스티렌, 3,5-디히드록시스티렌, 3-메톡시스티렌, 3,5-디메톡시스티렌 등을 포함한다.The styrene having the formula (1) or a derivative thereof obtained according to the present invention preferably includes styrene, 3-hydroxystyrene, 3,5-dihydroxystyrene, 3-methoxystyrene and 3,5-dimethoxystyrene do.
상기 화학식 2의 4-히드록시기를 갖는 스티렌 또는 이의 유도체는 4-히드록시스티렌, 3,4-디히드록시스티렌, 3-메톡시-4-히드록시스티렌, 3,5-디메톡시-4-히드록시스티렌이며, 석유화학 공정 또는 생물학적 방법으로 제조될 수 있다. 바람직하게는 상기 화학식 2의 4-히드록시기를 갖는 스티렌 또는 이의 유도체는 하기 화학식 3로 표시되는, 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질에, 카르복실기를 제거하는 생촉매를 접촉하는 단계를 수행하여 얻어진 것일 수 있다. The styrene having 4-hydroxy group or the derivative thereof represented by the above-mentioned formula (2) may be obtained by reacting 4-hydroxystyrene, 3,4-dihydroxystyrene, 3-methoxy-4-hydroxystyrene, 3,5-dimethoxy- It can be produced by petrochemical processes or biological processes. Preferably, the styrene having 4-hydroxy group of Formula 2 or a derivative thereof is a step of contacting a substrate containing an aromatic carboxylic acid having a 4-hydroxy group represented by the following Formula 3 with a biocatalyst for removing a carboxyl group . ≪ / RTI >
[화학식 3](3)
상기 화학식 3에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이다. 상기 C1-C4 알콕시기는 선형 또는 분지형일 수 있으며, 바람직하게는 메톡시 또는 에톡시기 일 수 있다. In Formula 3, X and Y may be the same or different and independently represent hydrogen, hydroxy or a C1-C4 alkoxy group. The C1-C4 alkoxy group may be linear or branched, preferably methoxy or ethoxy.
본 발명의 또 다른 구현예는 상기 화학식 3에서 X 및 Y가 동시에 수소가 아닌 경우에, 상기 화학식 3으로 표시되는 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질에, 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매를 처리한 후에, 처리와 동시에, 또는 처리하기 전에, 상기 화학식 3의 방향족 카르복실산의 3위치, 5위치 또는 3위치와 5위치에서 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매를 추가적으로 접촉하는 단계를 포함한다. In another embodiment of the present invention, when X and Y are not hydrogen at the same time in the above formula (3), the aromatic carboxylate having a 4-hydroxy group represented by the above formula (3) At least one substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group and a C1-C4 alkoxy group at the 3-position, the 5-position or the 3-position and the 5-position of the aromatic carboxylic acid of the above formula (3) Further comprising the step of contacting the biocatalyst.
상기 화학식 3의 4-히드록시기를 갖는 방향족 카르복시산, 즉 4-히드록시신남산 또는 이의 유도체, 석유화학 공정 또는 생물학적 방법으로 제조될 수 있다. Aromatic carboxylic acids having a 4-hydroxy group of the formula (3), i.e., 4-hydroxycinnamic acid or derivatives thereof, a petrochemical process or a biological process.
화학적으로는 p-히드록시벤즈알데히드와 말론산을 아닐린 촉매를 매개로 반응시켜 얻을 수 있다(XU et. al., Chemical Intermediates, 2006-10; Wang et. al., Chemical Reagents, 2009-2; Vassilev et al., Comptes rendus de l'Academie bulgare des Sciences, Tome 34, No. 7, 1981, pp. 125-28). 또는 화학식 3의 화합은 식물에서 분리하거나 리그닌을 분해하여 얻을 수 있다. 또는 페닐알라닌 히드록실라제(PAL) 또는 티로신 암모니아 리아제(TAL) 활성을 포함하는 재조합 미생물에서 글루코스로부터 생산할 수도 있다(R. Benrief et al. Phytochemistry 47:825-832 (1998), US20020187207, US20030079255). Chemically, p-hydroxybenzaldehyde and malonic acid can be obtained by reaction with aniline catalyst (Xu et al., Chemical Intermediates, 2006-10; Wang et al., Chemical Reagents, 2009-2; Vassilev et al., Comptes rendus de l'Academie bulgare des Sciences, Tome 34, No. 7, 1981, pp. 125-28). Or the compound of formula (3) can be obtained by separating from plants or lysing lignin. Or from recombinant microorganisms including phenylalanine hydroxylase (PAL) or tyrosine ammonia lyase (TAL) activity (R. Benrief et al. Phytochemistry 47: 825-832 (1998), US20020187207, US20030079255).
상기 화학식 3의 화합물의 구체적인 예는 4-히드록시신남산, 3,4-디히드록신남산, 3,4,5-트리히드록시신남산, 3-메톡시-4-히드록시신남산(Ferulic acid), 3,5-디메톡시-4-히드록시신남산 (Sinapinic acid) 등이다.Specific examples of the compound of Formula 3 include 4-hydroxycinnamic acid, 3,4-dihydroxynnamic acid, 3,4,5-trihydroxycinnamic acid, 3-methoxy-4-hydroxycinnamic acid (Ferulic acid ), 3,5-dimethoxy-4-hydroxycinnamic acid (Sinapinic acid).
일례로, 상기 화학식 3로 표시되는 4-히드록시신남산 또는 그 유도체는 리그닌을 화학적 및/또는 생물학적으로 분해한 리그닌 분해산물로서 얻을 수 있다. For example, the 4-hydroxycinnamic acid or a derivative thereof represented by the formula (3) can be obtained as a lignin degradation product obtained by chemically and / or biologically degrading lignin.
본 발명의 리그닌에는 리그닌, 리그닌 유도체, 리그닌 단편 및 리그린-함유 물질이 포함된다. 리그닌 유도체는 페놀레이션(phenolation), 아세틸레이션(acetylation) 등의 화학반응으로 리그닌이 수식된 것을 의미하며, 리그닌 단편은 리그닌 또는 리그닌 유도체가 화학적 또는 생물학적으로 분해된 것을 의미한다.The lignin of the present invention includes lignin, lignin derivatives, lignin fragments, and lignin-containing materials. The lignin derivative means that the lignin is modified by a chemical reaction such as phenolation or acetylation, and the lignin fragment means that the lignin or lignin derivative is chemically or biologically decomposed.
리그닌은 바이오리파이너리 또는 펄프 공정에서 셀룰로스와 헤미셀룰로소를 분리해 낸 후 얻을 수 있으며, 생산 방법에 따라 kraft lignin (alkaline lignin), dealkaline lignin, hydrolytic lignin, organosolv lignin, sodium lignin sulfonate 등을 예로 들 수 있고, 리그노셀룰로오스 바이오에탄올 공정의 부산물인 리그닌 또한 적용 가능하다. 바이오매스에 존재하는 리그닌은 미세섬유를 둘러싸고 있는 방향족 중합체로서, 쿠머릴 알코올(coumaryl alcohol), 코니퍼릴 알코올(coniferyl alcohol), 시나필 알코올(sinapyl alcohol) 등의 페닐프로파노이드 (phenylpropanoid) 를 구성단위로 하여 탄소-탄소 결합 또는 탄소-산소 결합으로 복잡하게 중합된 수지상 구조로 이루는 물질이다.Lignin can be obtained after separating cellulose and hemicelluloses from biorefineries or pulp processes. Examples include kraft lignin (alkaline lignin), dealkaline lignin, hydrolytic lignin, organosolv lignin and sodium lignin sulfonate And lignin, a by-product of the lignocellulosic bioethanol process, is also applicable. The lignin present in the biomass is an aromatic polymer that surrounds the microfibers and contains phenylpropanoids such as coumaryl alcohol, coniferyl alcohol, and sinapyl alcohol. Is a material composed of a dendritic structure which is complicatedly polymerized with carbon-carbon bonds or carbon-oxygen bonds as constituent units.
상기 리그닌 분해산물은 바닐린 (vanillin), 시린알데히드 (syringaldehyde), p-히드록시벤즈알데히드(p-hydroxybenzaldehyde), p-쿠마릴알데히드 (p-Coumaryl aldehyde), 시납알데히드 (Sinapaldehyde), 코니퍼릴알데히드 (Coniferyl aldehyde), 신남알데하이드 (cinnamic aldehyde) 등의 방향족 알데히드, 시나필알코올 (Sinapyl alcohol), 코니퍼릴알코올 (Coniferyl alcohol), p-쿠마릴알코올 (p-Coumaryl alcohol) 등의 monolignol 방향족 알코올, 신남산(cinnamic acid), 4-히드록시신남산(4-hydroxycinnamic acid), 페룰린산 (ferulic acid) 및 시나핀산(sinapinic acid) 등의 방향족 카르복실산을 포함하는 방향족 단량체 혼합물이 포함되어 있으며, 본 발명의 화학식 3의 화합물을 포함한다. The lignin degradation product may be selected from the group consisting of vanillin, syringaldehyde, p-hydroxybenzaldehyde, p-Coumaryl aldehyde, Sinapaldehyde, conipheryl aldehyde Monolignol aromatic alcohols such as aromatic aldehyde such as aliphatic aldehyde, coniferyl aldehyde and cinnamic aldehyde, cinnamic alcohol, coniferyl alcohol and p-coumaryl alcohol, A mixture of aromatic monomers including aromatic carboxylic acids such as cinnamic acid, 4-hydroxycinnamic acid, ferulic acid and sinapinic acid, (3) of the invention.
상기 리그닌의 분해는 고온열분해 (pyrolysis), 가스화 (gasification), 수소화분해 (hydrogenolysis), 산분해 (acidolysis), 염기분해, 화학적 산화분해 (chemical oxidation), 임계상분해 (hydrolysis under supercritical condition) 및 효소적 분해(enzymatic degradation)로 이루어지는 군에서 선택되는 방법을 수행할 수 있다. The decomposition of lignin may be carried out at high temperatures such as pyrolysis, gasification, hydrogenolysis, acidolysis, base decomposition, chemical oxidation, hydrolysis under supercritical condition, A method selected from the group consisting of enzymatic degradation can be performed.
본 발명의 일례에서, 리그닌을 산분해 또는 염기분해하는 경우, 0.1-5 %(w/v)의 H2SO4, HCl 또는 HNO3, 또는 고농도 (0.5 - 2.0 mol/L)의 NaOH, 또는 KOH 수용액 등을 처리하는 것이 바람직하다. 산 처리와 염기 처리는 약 80 내지 350 ℃에서 5 내지 120 분의 조건이 바람직하다.In one example of the present invention, 0.1 to 5% (w / v) H 2 SO 4 , HCl or HNO 3 , or high concentration (0.5 to 2.0 mol / L) of NaOH, or KOH aqueous solution or the like. The acid treatment and the base treatment are preferably carried out at about 80 to 350 DEG C for 5 to 120 minutes.
열분해법에 의한 리그닌 분해는, 고압반응기를 이용하여 350 내지 650 ℃의 고온에서 열분해 (pyrolysis)를 통해 리그닌을 분해 할 수 있고, nitrobenzene, KMnO4, H2O2, Zeolite 등 분해 작용을 돕는 촉매들을 사용하여 분해 효율을 높일 수 있다. 또한 수소화 분해법 (hydrogenolysis) 및 임계상 분해법 (hydrolysis under supercritical condition) 등의 여러 물리화학적 분해 방법을 이용할 수 있다. The decomposition of lignin by pyrolysis can be performed by decomposing lignin by pyrolysis at a high temperature of 350 to 650 ° C. by using a high pressure reactor and by using a catalyst for decomposing nitrobenzene, KMnO 4 , H 2 O 2 and zeolite It is possible to increase the decomposition efficiency. Also, various physico-chemical decomposition methods such as hydrogenolysis and hydrolysis under supercritical condition can be used.
상기 리그닌 분해 반응은 분해반응을 최적화하기 위해서 2 내지 20 bar의 산소 압력 하에서 실시하는 것이 바람직하다. 또한 상기 분해 방법들의 반응시간은 200 분 이하가 바람직하지만 적절히 조절할 수 있다. 본 발명의 화학식 3의 4-히드록시를 갖는 방향족 카르복실산을 포함하는 기질과 접촉하여 화학식 3의 카르복실기를 제거하는 활성을 가지는 생촉매로서, 화학식 2의 카르복실기를 제거할 수 있는 효소라면 어떠한 효소라도 포함한다. 상기 효소는 특별히 제한되는 것은 아니나, 상기 카르복실기를 제거하는 생촉매의 구체적인 예는 쿠마릭산 데카르복실라제 (p-coumaric acid decarboxylase, EC 4.1.1.-), 카페익산 데카르복실라제 (caffeic acid decarboxylase, EC 4.1.1.-.), 페룰릭산 데카르복실라제 (ferulic acid decarboxylase, EC 4.1.1.-.), 트랜스-신남산 데카르복실라제 (trans-cinnamic acid decaroboxylase, EC 4.1.1.-.), 페놀릭산 데카르복실라제 (phenolic acid decarboxylase, EC 4.1.1.-.), 4-히드록시벤조산 데카르복실라제 (4-hydroxybenzoate decarboxylase, EC 4.1.1.61), 아미노벤조산 데카르복실라제 (aminobenzoate decarboxylase, EC 4.1.1.24), 프로토카테추에이트 데카르복실라제 (protocatechuate decarboxylase, EC 4.1.1.63), 오셀리네이트 데카르복실라제 (Orsellinate decarboxylase, EC 4.1.1.58), 갈레이트 데카르복실라제 (Gallate decarboxylase, EC 4.1.1.59), 4,5-디히드록시프탈레이트 데카르복실라제 (4,5-Dihydroxyphthalate decarboxylase, EC 4.1.1.55), 3,4-디히드록시프탈레이트 데카르복실라제 (3,4-dihydroxyphthalate decarboxylase, EC 4.1.1.69), 3-히드록시-2-메틸피리딘-4,5-디카르복실레이트 4-데카르복실라제 (3-hydroxy-2-methylpyridine-4,5-dicarboxylate 4-decarboxylase, EC 4.1.1.51) 및 페닐포스페이트 데카르복실라제(phenylphosphate decarboxylase, EC.4.1.1-)로 이루어지는 군에서 선택된 효소, 상기 효소를 포함하는 미생물, 그 미생물 파쇄물 또는 미생물 파쇄물의 추출물일 수 있다. The lignin decomposition reaction is preferably carried out under an oxygen pressure of 2 to 20 bar in order to optimize the decomposition reaction. The reaction time of the above decomposition methods is preferably 200 minutes or less, but can be appropriately adjusted. As the biocatalyst having the activity of removing the carboxyl group of the formula (3) by contacting with the substrate containing the aromatic carboxylic acid having the 4-hydroxy group of the formula (3) of the present invention, the enzyme capable of removing the carboxyl group of the formula . The enzyme is not particularly limited, but specific examples of the biocatalyst for removing the carboxyl group include p-coumaric acid decarboxylase (EC 4.1.1.-), caffeic acid decarboxylase, EC 4.1.1.-), ferulic acid decarboxylase (EC 4.1.1.-.), Trans-cinnamic acid decaroboxylase (EC 4.1.1.-.) Phenolic acid decarboxylase (EC 4.1.1.-), 4-hydroxybenzoate decarboxylase (EC 4.1.1.61), aminobenzoate decarboxylase (EC 4.1.1.61), aminobenzoate decarboxylase 4.1.1.24), protocatechuate decarboxylase (EC 4.1.1.63), Orsellinate decarboxylase (EC 4.1.1.58), Gallate decarboxylase (EC 4.1. 1.59), 4,5-dihydroxyphthalate Dihydroxyphthalate decarboxylase (EC 4.1.1.55), 3,4-dihydroxyphthalate decarboxylase (EC 4.1.1.69), 3-hydroxy-2- (3-hydroxy-2-methylpyridine-4,5-dicarboxylate 4-decarboxylase, EC 4.1.1.51) and phenylphosphate decarboxylase .4.1.1-), the microorganism containing the enzyme, the microorganism lysate, or an extract of the microorganism lysate.
상기 효소의 예로는 상기 페놀릭산 데카르복실라제 (EC 4.1.1.-)는 서열번호 2의 아미노산 서열을 포함하는 단백질일 수 있다. 구체적으로 본 발명 효소의 일례로, GenBank No.(또는 GO No.) GO:0016831, GO:0018799, GO:0047662, GO:0050223, GO:0050159, GO:0018798, GO:0018796, GO:0047556, GO:0047431등이 포함된다.As an example of the enzyme, the phenolic acid decarboxylase (EC 4.1.1.-) may be a protein comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 2. (Or GO No.) GO: 0016831, GO: 0018799, GO: 0047662, GO: 0050223, GO: 0050159, GO: 0018798, GO: 0018796, GO: 0047556, GO: 0047431.
상기 화학식 2의 화합물 또는 화학식 3의 방향족 카르복실산의 3위치, 5위치, 또는 3위치와 5위치 모두에서, 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매는 안트라닐산 생성효소(anthranilate synthase (EC 4.1.3.27)), 아미노데옥시코리스메이트 리아제(aminodeoxychorismate lyase (EC 4.1.3.38)), 코리스메이트 리아제(chorismate lyase (EC 4.1.3.40)), 3-데히드로퀴네이트 히드로-리아제(3-dehydroquinate hydro-lyase (EC 4.2.1.10)), 3-데히드로시키메이트 히드로-리아제(3-dehydroshikimate hydro-lyase (EC 4.2.1.118)), 프레페네이트 히드로-리아제(prephenate hydro-lyase (EC 4.2.1.51)), 5-O-(1-카르복시비닐)-3-포스포시키메이트 포스페이트-리아제(5-O-(1-carboxyvinyl)-3-phosphoshikimate phosphate-lyase (EC 4.2.3.5)), 이소코리스메이트 리아제(isochorismate lyase (EC 4.2.99.21)) 및 히드록시페닐피루베이트 생성효소(hydroxyphenylpyruvate synthase (EC 5.4.99.5))로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되는 효소, 상기 효소를 생산하는 미생물, 그 미생물 파쇄물 또는 미생물 파쇄물의 추출물일 수 있다. The biocatalyst which removes at least one substituent selected from the group consisting of a hydroxyl group and a C1-C4 alkoxy group in the 3-position, the 5-position, or the 3-position and the 5-position of the compound of Formula 2 or the aromatic carboxylic acid of Formula 3, (EC 4.1.3.27)), aminodeoxychorismate lyase (EC 4.1.3.38), chorismate lyase (EC 4.1.3.40), 3-dehydrocholase Dehydroquinone hydro-lyase (EC 4.2.1.10)), 3-dehydroshikimate hydro-lyase (EC 4.2.1.118), prephenate hydro-lyase 5-O- (1-carboxyvinyl) -3-phosphoshikimate phosphate-lyase (EC 4.2.1.51), 5-O- (1-carboxyvinyl) -3-phosphosilicate phosphate-lyase EC 4.2.3.5)), isochorismate lyase (EC 4.2.99.21), and hydroxides May be a phenyl pyruvate synthase (hydroxyphenylpyruvate synthase (EC 5.4.99.5)) microorganism, lysate or extract of the microorganism microorganism debris which produces the enzyme, the enzyme is selected from the group consisting of one or more.
일례로 아미노데옥시코리스메이트 리아제(ADC Lyase)는 서열번호 4의 아미노산 서열(ADC lyase)을 포함하는 효소일 수 있다. 구체적으로 본 발명 효소의 일례로, Gene Ontology Number(GO No.) GO:004049, GO:005950, GO:004107, GO:008813, GO:0046565, GO:0043904, GO:008696, GO:004664, GO:003855, GO:004106 등이 포함된다. 상기 효소 및 이를 코딩하는 유전자는 아래와 같은 예를 들 수 있다:For example, the amino deoxycholyase (ADC Lyase) may be an enzyme comprising the amino acid sequence (ADC lyase) of SEQ ID NO: 4. Specifically, examples of the enzyme of the present invention include Gene Ontology Number (GO No.) GO: 004049, GO: 005950, GO: 004107, GO: 008813, GO: 0046565, GO: 0043904, GO: 008696, GO: 004664, GO : 003855, GO: 004106, and the like. Examples of the enzyme and the gene encoding the same include the following examples:
본 발명의 화학식 2의 4-히드록시기를 갖는 스티렌 또는 이의 유도체의 히드록시기를 제거하는 활성을 가지는 생촉매로서, 4-히드록시기를 제거할 수 있는 효소라면 어떠한 효소라도 포함한다. 상기 효소는 다음에 제한되는 것은 아니나, 바일산 7α-데히드록실라제(bile-acid 7-alpha-dehydroxylase (EC 1.17.99.5)), 4-히드록시벤조일-CoA 환원효소(4-hydroxybenzoyl-CoA reductase (EC 1.3.7.9)), 3-데히드로퀴네이트 히드로-리아제(3-dehydroquinate hydro-lyase (EC 4.2.1.10)), 알도스-2-유로스 데히드라타제(aldos-2-ulose dehydratase (EC 4.2.1.110), Biochim Biophys Acta. 2005, 1723(1-3):63-73), o-석시닐벤조에이트 합성효소(o-succinylbenzoate synthase (EC 4.2.1.113)), 3-데히드로시키메이트 히드로-리아제 (3-dehydroshikimate hydro-lyase (EC 4.2.1.118)), 프레페네이트 히드로-리아제(prephenate hydro-lyase (EC 4.2.1.51)), 아로게네이트 데히드라테아제(arogenate dehydratase (EC 4.2.1.91)), 스키탈론 7,8-히드로-리아제 (scytalone 7,8-hydro-lyase (EC 4.2.1.94)), 및 16α-히드록시프로게스테론 히드로-리아제(16α-hydroxyprogesterone hydro-lyase (EC 4.2.1.98), J Steroid Biochem Mol Biol. 1991, 38(2):257-63)로 이루어지는 군에서 하나 이상 선택되는 효소일 수 있다. As the biocatalyst having the activity of removing the hydroxyl group of the styrene having 4-hydroxy group of the formula (2) of the present invention or its derivative, any enzyme which can remove the 4-hydroxy group is included. Such enzymes include, but are not limited to, bile acid 7-alpha-dehydroxylase (EC 1.17.99.5), 4-hydroxybenzoyl-CoA reductase (EC 1.3.7.9)), 3-dehydroquinate hydro-lyase (EC 4.2.1.10), aldos-2-ulose dehydratase EC 4.2.1.110), Biochim Biophys Acta. 2005, 1723 (1-3): 63-73), o-succinylbenzoate synthase (EC 4.2.1.113) (EC 4.2.1.118), prephenate hydro-lyase (EC 4.2.1.51), arogenate dehydratase (EC 4.2.1.51), 3-dehydroshikimate hydro-lyase (EC 4.2.1.94)), and 16α-hydroxyprogesterone hydro-lyase (EC 4.2.1.94), scytallone 7,8-hydro-lyase 1.98), J Steroid Bioch em Mol Biol. 1991, 38 (2): 257-63).
예를 들면, 상기 프레페네이트 히드로-리아제는 서열번호 6의 아미노산 서열(PHA2)을 포함하는 효소일 수 있다. 구체적으로 본 발명 효소의 일례로, Gene Ontology Number(GO No.) GO:0047769, GO:0004664, GO:0046565, GO:0003855, GO:0030411, GO:0033991, GO:0043748, GO:0047455, GO:0018525, GO:0033792등이 포함된다. 상기 효소 및 이를 코딩하는 유전자는 아래와 같은 예를 들 수 있다.For example, the prefenate hydrolase may be an enzyme comprising the amino acid sequence of SEQ ID NO: 6 (PHA2). Specifically, as an example of the enzyme of the present invention, Gene Ontology Number (GO No.) GO: 0047769, GO: 0004664, GO: 0046565, GO: 0003855, GO: 0030411, GO: 0033991, GO: 0043748, GO: 0047455, GO : 0018525, and GO: 0033792. Examples of the enzyme and the gene encoding the enzyme include the following examples.
일반적으로 효소는 여러 유사한 기질에 대해 활성을 나타낼 수 있으며 알려진 기질이 아닌 기질에 대해서도 활성을 나타낼 수 있다. 또한 효소는 기질마다 활성에 있어 차이를 보이는데, 효소의 변이, 방향진화(directed evolution) 등을 유도하여 효소의 기질에 대한 활성을 증가시키거나 기질 특이성을 변경할 수도 있다. 본 발명의 일례로, 화학식 2 또는 3으로 표시되는 화합물에 대한 기질 특이성이나 효소활성을 증가시키는 방향으로 본 발명의 효소를 변이 또는 진화시켜 본 발명 생성물의 생산을 증가시킬 수 있다. In general, enzymes can exhibit activity against a variety of similar substrates and can also exhibit activity against substrates that are not known substrates. In addition, enzymes show differences in activity from substrate to substrate, which may induce enzyme mutation, directed evolution, etc., to increase enzyme activity or substrate specificity. As an example of the present invention, the enzyme of the present invention may be mutated or evolved to increase the substrate specificity or enzymatic activity of the compound represented by the general formula (2) or (3) to increase the production of the product of the present invention.
본 발명의 생촉매는 효소, 상기 효소를 포함하는 미생물, 그 미생물 파쇄물 또는 미생물 파쇄물의 추출물을 포함한다. 상기 기질과 생촉매를 접촉시키는 단계는 각 기질로부터 생성물을 제조가능한 충분한 조건하에서, 상기 효소, 효소를 포함하는 미생물, 그 미생물 파쇄물 또는 미생물 파쇄물의 추출물을, 상기 기질과 접촉하거나 상기 기질을 포함하는 배지에서 상기 미생물을 배양하는 방법으로 수행할 수 있다.The biocatalyst of the present invention includes an enzyme, a microorganism containing the enzyme, a microorganism lysate thereof, or an extract of a microorganism lysate. Contacting the substrate with the biocatalyst can be carried out by contacting the enzyme, the microorganism comprising the enzyme, the microbial debris or the microbial debris with an extract, in contact with or contacting the substrate, under conditions sufficient to produce a product from each substrate, And culturing the microorganism in a medium.
본 발명 각 단계의 생물학적 반응은 효소 또는 효소를 포함하는 미생물 등과 접촉하거나 상기 기질을 포함하는 배지에서 상기 미생물을 배양하는 것인 방법일 수 있다. 상기 효소 반응은 pH 5.0 내지 pH 10.0 범위에서 이루어질 수 있으며, 최적 pH 는 상기 범위 내에서 각 효소의 특성에 따라 달라질 수 있다. 또한 상기 효소 반응은 온도 25℃ 내지 50℃ 범위에서 이루어질 수 있으며, 최적 온도는 각 효소의 특성에 따라 달라질 수 있다. 본 발명의 일례에서는 전환온도는 30℃ 내지 37℃일 수 있다. The biological reaction of each step of the present invention may be a method of contacting the microorganism or the like containing an enzyme or an enzyme or culturing the microorganism in a medium containing the substrate. The enzyme reaction may be carried out at a pH ranging from pH 5.0 to pH 10.0, and the optimum pH may vary depending on the characteristics of each enzyme within the above ranges. Also, the enzyme reaction may be performed at a temperature ranging from 25 ° C to 50 ° C, and the optimum temperature may vary depending on the characteristics of each enzyme. In one example of the present invention, the conversion temperature may be from 30 캜 to 37 캜.
본 발명의 구현 예에 있어서, 본 발명의 각 단계를 수행하는 미생물은 재조합 또는 천연형(wild-type)일 수 있으며, 재조합 미생물은 상기 효소를 암호화하는 유전자가 재조합 방법으로 숙주세포에 도입된 것일 수 있다.In an embodiment of the present invention, the microorganism performing each step of the present invention may be a recombinant or wild-type, and the recombinant microorganism is one in which the gene encoding the enzyme is introduced into the host cell by recombinant method .
본 발명의 구체적 일례에서, 재조합 효소를 사용하는 경우는 1) 상기 효소를 코딩하는 유전자를 포함하는 발현벡터를 제조하는 과정; 2) 상기 발현벡터를 숙주세포에 형질전환하고 배양하는 과정; 3) 상기 숙주세포로부터 효소를 생산하는 과정; 및 4) 상기 효소와 기질을 반응시키는 단계를 포함한다. 상기 기질과 반응하는 효소는 정제 또는 비정제된 것일 수 있다. In a specific example of the present invention, when a recombinant enzyme is used, 1) a step of preparing an expression vector comprising a gene encoding the enzyme; 2) transforming the expression vector into a host cell and culturing it; 3) a step of producing an enzyme from the host cell; And 4) reacting the enzyme with the substrate. The enzyme that reacts with the substrate may be purified or unpurified.
상기 재조합 발현 벡터의 제조시 스티렌 및 그 유도체의 생산에 사용될 수 있는 발현벡터로는 유전자 재조합 방법에 이용되는 어떠한 벡터라도 사용될 수 있다. 구체적으로는 상기 재조합 발현 벡터로 형질전환되는 숙주세포가 대장균일 수 있으나, 재조합 발현 벡터로 형질전환되어 목적하는 유전자를 발현하고 활성이 있는 효소 단백질을 생산할 수 있는 균주라면 박테리아, 곰팡이, 또는 효모 등 어느 것이라도 사용될 수 있다. As the expression vector which can be used for production of styrene and its derivatives in the production of the recombinant expression vector, any vector used in the genetic recombination method can be used. Specifically, the host cell transformed with the recombinant expression vector may be Escherichia coli. However, if the strain is capable of producing an enzyme protein that expresses a desired gene and is active with a recombinant expression vector, it may be a bacterial strain, a fungus, or a yeast Either can be used.
본 발명에 따른 얻어진 스티렌 또는 이들의 유도체는 단독 또는 다른 공단량체와 함께 중합하여 중합체를 제조하는 데 사용되어 플라스틱, 탄성체, 식품 포장, 가공 식품 산업에 활용된다.The obtained styrene or derivatives thereof according to the present invention can be used alone or in combination with other comonomers to produce polymers to be used in plastics, elastomers, food packaging and processed food industries.
본 발명의 또 다른 일예는, 상기 방법으로 하기 화학식 2로 표시되는 4-히드록시스티렌 또는 그 유도체를 포함하는 기질로부터 하기 화학식 1의 스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 단계; 및 상기 스티렌 또는 이의 유도체를 중합하여 중합체를 제조하는 방법을 제공한다. 화학식 1 및 2에 관한 정의는 상기 기술한 바와 동일하다. 상기 화학식 1로 표시되는 스티렌 또는 이의 유도체는 (a) 상기 화학식 2의 4-히드록시기를 제거하는 생촉매와 (b) 선택적으로 화학식 2의 3위치, 5위치 또는 3위치와 5위치에서 히드록시기 및 C1-C4 알콕시기로 이루어지는 군에서 선택된 하나 이상의 치환기를 제거하는 생촉매를 접촉하여 얻을 수 있으며, 얻어진 스티렌 또는 이의 유도체를 단량체로 중합하여 중합체를 제조할 수 있다.According to another embodiment of the present invention, there is provided a process for preparing styrene or derivatives thereof, comprising: preparing styrene or derivatives thereof represented by the following formula (1) from a substrate comprising 4-hydroxystyrene or a derivative thereof represented by the following formula And a method of polymerizing the styrene or a derivative thereof to prepare a polymer. The definitions of the formulas (1) and (2) are the same as those described above. (A) a biocatalyst for removing the 4-hydroxy group of Formula 2, and (b) optionally a hydroxyl group at the 3-position, 5-position or 3-position and 5-position of Formula 2, and C1 -C4 alkoxy group, and the resulting styrene or derivative thereof may be polymerized with a monomer to prepare a polymer.
상기 중합단계는 스티렌 또는 이의 유도체를 단량체로 중합하여 단일중합체(homopolymer)를 제조할 수도 있고, 상기 스티렌 또는 이의 유도체 단량체와, 아크릴로니트릴, 부타디엔, 아크릴산 및 메타아크릴산으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 공단량체을 중합하여 공중합체(copolymer)를 제조할 수도 있다. The polymerization may be carried out by polymerizing styrene or a derivative thereof with a monomer to produce a homopolymer or by copolymerizing the styrene or derivative monomer with at least one selected from the group consisting of acrylonitrile, butadiene, acrylic acid and methacrylic acid Copolymers can also be prepared by polymerizing the comonomers.
상기 스티렌 또는 이의 유도체를 중합하는 공정의 조건은 통상의 이들 중합조건을 적용할 수 있으며 특별히 제한하지 않는다.
The conditions for the step of polymerizing the styrene or derivatives thereof are not particularly limited as long as they can be applied under ordinary polymerization conditions.
본 발명에 따른 스티렌 또는 이의 유도체를 제조하는 방법, 및 이를 활용한 중합체 제조방법은, 화학 공정에 비하여 높은 특이성을 가지는 생물학적 방법으로 스티렌 또는 이의 유도체를 얻을 수 있으며, 또한 리그닌을 원료로 하여 경제적이고 효율적으로 리그닌 분해산물을 얻고 이를 기질로 하여 친환경적이고 경제적인 방법으로 스티렌 또는 이의 유도체를 얻을 수 있다.
The method for producing styrene or a derivative thereof according to the present invention and the method for producing a polymer using the same can obtain styrene or a derivative thereof by a biological method having high specificity compared with a chemical process, Styrene or derivatives thereof can be obtained in an environmentally friendly and economical manner by obtaining lignin degradation products efficiently as a substrate.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명하면 다음과 같다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to examples. However, the following examples are for illustrative purposes only and are not intended to limit the scope of the present invention.
<방향족 단량체의 분석>≪ Analysis of aromatic monomers >
리그닌 유래 페놀성 단량체들 및 스티렌 유도체들의 정량분석은 Waters e2695 HPLC와 Waters 2489 UV/Vis (254 nm, 280 nm)검출기를 이용하여 분석하였다. 칼럼은 Xbridge C18 (4.6 x 150 mm, 5 μm)을 사용하였고, 칼럼 온도는 35℃, 이동상의 흐름속도는 1 mL/min을 사용하였다. 이동상으로는 A) 0.1% 포름산이 첨가된 5% 아세토니트릴 수용액, B) 0.1% 포름산이 첨가된 50% 아세토니트릴 수용액을 사용하였고, 기울기 조건으로 1.5 min (0% B), 9.5 min (20% B), 16.5 min (60% B), 21.5 min (76% B), 25 min (100% B), 33 min (100% B)를 사용하였고, 다음 샘플의 분석전에 평형화 시간으로 초기조건에서 6분간 유지하였다. Quantitative analysis of lignin-derived phenolic monomers and styrene derivatives was performed using a Waters e2695 HPLC and a Waters 2489 UV / Vis (254 nm, 280 nm) detector. Columns were Xbridge C18 (4.6 x 150 mm, 5 μm), column temperature was 35 ° C and flow rate of mobile phase was 1 mL / min. (0% B) and 9.5 min (20% B) in a gradient condition, using a 5% acetonitrile aqueous solution containing 0.1% formic acid and a 50% acetonitrile aqueous solution containing 0.1% formic acid. ), 16.5 min (60% B), 21.5 min (76% B), 25 min (100% B) and 33 min Respectively.
4-히드록시신남산, 페룰린산, 시나핀산 등을 포함하는 리그닌 유래 페놀성 단량체들 농도는 HPLC와 ESI-MS/MS (Waters TQD)를 이용하여 확인하였다. HPLC의 조건은 상기 HPLC 조건과 동일하게 사용하였고, Mass spectrometry의 조건은 표준용액을 이용하여 최적화하였다. 이온화 방법은 음이온화 방법을 사용하였고, capillary voltage (3 kV), cone voltage (25 V), source temperature (120 ℃), desolvation temperature (300 ℃), desolvation gas flow (600 L/hr, N2), cone gas flow (60 L/hr, N2)의 최적화된 조건을 사용하였다. 표준용액의 결과와 비교함으로써, HPLC-ESI-MS/MS에서 생성 피크를 스캔모드 (50~200, m/z)에서 분자이온과 collision energy가 주어졌을 때의 특이적인 조각 이온의 생성으로 확인하였다.
Concentrations of lignin-derived phenolic monomers including 4-hydroxycinnamic acid, ferulic acid, cinnamic acid, and the like were confirmed using HPLC and ESI-MS / MS (Waters TQD). HPLC conditions were the same as the above HPLC conditions, and mass spectrometry conditions were optimized using a standard solution. The ionization method used anionization method and the capillary voltage (3 kV), cone voltage (25 V), source temperature (120 ℃), desolvation temperature (300 ℃), desolvation gas flow (600 L / Cone gas flow (60 L / hr, N2) was used. Compared with the results of the standard solutions, the peaks generated in HPLC-ESI-MS / MS were identified by the generation of specific fragment ions when given molecular ion and collision energy in scan mode (50-200, m / z) .
실시예Example 1: One: 데히드록실화Dehydroxylation 반응에 의한 스티렌의 생산 Production of styrene by reaction
1-1: 1-1: 프레페네이트Prefenate 히드로Heathrow -- 리아제Lyase 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터 및 형질전환 미생물 제조 A recombinant expression vector containing the gene and a transgenic microorganism preparation
프레페네이트 히드로-리아제 (prephenate hydro-lyase, PHA2)를 제조하기 위하여, S. cerevisiae 균주 유래의 PHA2유전자를 클로닝하였다. 우선 S. cerevisiae ATCC 204508 로부터 게놈 DNA를 추출하였다. PHA2 유전자를 코딩하는 염기서열(Genbank Accession Number; CAA86380.1)을 기초로 하여 각각 다음의 프라이머를 고안하였다.To prepare prephenate hydrolyase (PHA2), the PHA2 gene derived from S. cerevisiae strain was cloned. First, genomic DNA was extracted from S. cerevisiae ATCC 204508. Based on the nucleotide sequence (Genbank Accession Number; CAA86380.1) encoding the PHA2 gene, the following primers were devised, respectively.
(정방향 프라이머1): 5'-AAACATATG AAAATAAAAATTTTAGTAGA -3'(서열번호 7)(Forward primer 1): 5'-AAACATATG AAAATAAAAATTTTAGTAGA -3 '(SEQ ID NO: 7)
(역방향 프라이머1): 5'-AAACTCGAG TTTGTGATAATATCTCTCAT -3'(서열번호 8)(Reverse primer 1): 5'-AAACTCGAG TTTGTGATAATATCTCTCAT -3 '(SEQ ID NO: 8)
상기 프라이머를 이용하여 S. cerevisiae ATCC 204508게놈에 대해 중합효소 연쇄반응(PCR)을 실시하여 PHA2 유전자를 증폭하였다.The primer was used to amplify the PHA2 gene by performing PCR (PCR) on S. cerevisiae ATCC 204508 genome.
PCR 조성은 주형 100 ng, 프라이머 각각 10 pmol, 2 mM dNTPs, 1X PCR 버퍼, 2U Taq 폴리머라아제를사용하였으며 반응액의 총 부피는 50 ㎕로 하였다. PCR의 DNA 증폭 반응 조건은 95℃, 5분의 프리-디네이쳐레이션(pre-denaturation)에 이어 95℃, 디네이쳐레이션 1분; 54℃ 어닐링(annealing) 30초; 72℃ 엘롱게이션(elongation) 2분을 25 사이클로 하였으며, 최종 신장을 위하여 72℃에서 5분간 포스트-폴리머라이제이션(post-polymerization)을 하였다. For PCR, 100 ng of template, 10 pmol of each primer, 2 mM dNTPs, 1X PCR buffer and 2U Taq polymerase were used, and the total volume of reaction solution was 50 μl. The DNA amplification reaction conditions of the PCR were pre-denaturation at 95 ° C for 5 minutes followed by 95 ° C, denaturation 1 minute; 54 占 폚 annealing 30 seconds; 72 ° C elongation 2 minutes was made 25 cycles and post-polymerization was carried out at 72 ° C for 5 minutes for final elongation.
증폭된 유전자는 각각 NdeI /XhoI 제한효소로 동시에 절단한 후, T4 DNA 리가아제를 이용하여 NdeI/XhoI 제한효소로 절단된 플라스미드 벡터 pET28a(Novagen사)에 삽입하여 pET28a/PHA2 벡터를 제작하였다. PCR및 클로닝 결과는 1.5% 아가로오즈 전기영동으로 판정하였다.The amplified genes were simultaneously digested with NdeI / XhoI restriction enzymes and inserted into a plasmid vector pET28a (Novagen) digested with NdeI / XhoI restriction enzyme using T4 DNA ligase to prepare pET28a / PHA2 vector. PCR and cloning results were determined by 1.5% agarose electrophoresis.
상기와 같은 방법으로 얻은 재조합 발현 벡터는 통상적인 형질전환방법에 의하여 대장균 BL21(DE3) 균주에 형질전환하였다. 또한, 상기 형질전환된 미생물은 15% 글리세롤 용액을 첨가하여 초저온냉동고에 보관하여 추후 효소 생산을 위한 배양을 실시할 수 있도록 하였다.
The recombinant expression vector thus obtained was transformed into Escherichia coli BL21 (DE3) by a conventional transformation method. In addition, the transformed microorganism was stored in an ultra-low temperature freezer after addition of 15% glycerol solution so that it could be cultured for enzyme production later.
1-2: 1-2: 프레페네이트Prefenate 히드로Heathrow -- 리아제Lyase 효소의 제조 Production of enzymes
프레페네이트 히드로-리아제를 대량 생산하기 위하여, 냉동 보관된 단계 1의 재조합 대장균 BL21(DE3) 균주를 LB 배지 5 ㎖이 들어있는 시험관(test tube)에 접종하고 600 ㎚에서 흡광도가 2.0이 될 때까지 37℃의 진탕 배양기로 종균 배양을 실시하였다. 그 다음 상기 종균 배양된 배양액을 LB 배지 100 ㎖이 들어있는 300 ㎖ 플라스크에 첨가하여 본 배양을 실시하였다. 또한, 600 ㎚에서의 흡광도가 0.6이 될 때, 1 mM IPTG를 첨가하여 효소의 대량 발현을 유도하였다. 상기 과정 중의 교반속도는 250 rpm, 배양 온도는 30℃가 유지하도록 조절하고, IPTG를 첨가한 후에 같은 조건으로 10시간 동안 배양하였다.For mass production of prephenate hydrolase, recombinant E. coli BL21 (DE3) strain of cryopreserved Stage 1 was inoculated into a test tube containing 5 ml of LB medium and when the absorbance at 600 nm was 2.0 Lt; RTI ID = 0.0 > 37 C < / RTI > Then, the culture medium of the seed culture was added to a 300 ml flask containing 100 ml of LB medium, and the culture was carried out. When the absorbance at 600 nm was 0.6, 1 mM IPTG was added to induce a large-scale expression of the enzyme. The agitation speed was 250 rpm, the incubation temperature was kept at 30 ° C, and IPTG was added, followed by culturing for 10 hours under the same conditions.
또한, 상기 형질전환된 균주의 배양액을 4,000×g로 4℃에서 30분 동안 원심분리하고, PBS완충용액으로 두 번 세척한 다음 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)을 첨가하여 상기 세포 용액을 초음파 파쇄기로 파쇄하였다. 상기 세포 파쇄물은 다시 13,000×g로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고 세포 펠렛은 제거한 다음 세포 상등액만을 얻어 Ni-NTA His-Tag 크로마토그래피로 효소를 정제하였다. 정제한 효소는 원심분리필터(10 kDa)를 사용하여 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)으로 교환한 후 농축하여 단백질 정량법 (Bradford 분석법)을 통해 농도를 측정한 후, 최종적으로 5mg/mL 농도로 제조하였고, 이를 효소 반응에 사용하였다. 단백질은 12% 폴리아크릴아미드젤 을 사용한 전기영동법으로 분석하였다.
The culture of the transformed strain was centrifuged at 4,000 × g for 30 minutes at 4 ° C., washed twice with PBS buffer, and then added with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) The solution was disrupted with an ultrasonic disrupter. The cell lysate was centrifuged again at 13,000 x g for 20 minutes at 4 ° C, and the cell pellet was removed. The cell supernatant was removed and the enzyme was purified by Ni-NTA His-Tag chromatography. The purified enzyme was exchanged with a 50 mM Tris-HCl buffer solution (pH 7.5) using a centrifugal filter (10 kDa), concentrated, and the concentration was measured by protein assay (Bradford assay) mL, and used for the enzyme reaction. Proteins were analyzed by electrophoresis using 12% polyacrylamide gel.
1-3: 스티렌 및 그 유도체의 생산1-3: Production of styrene and its derivatives
실시예 1-2에서 정제된 5mg/L 농도의 프레페네이트 히드로-리아제 50 μL 와 20 mM 농도의 4-히드록시스티렌(Sigma사) 10 μL를 10 mM PBS 버퍼 용액 140 μL에 첨가한 반응 혼합물 0.2 mL을 37℃ 항온조에서 5시간 반응시켰다. 반응 종료 후 시료에 1.8 mL메탄올을 첨가한 후 주사기 필터 (0.22 μm)를 이용하여 불순물을 제거하여 분석시료를 제조하였다. 기질인4-히드록시스티렌의 감소와 스티렌의 생성 농도를 HPLC로 확인하여 분석하였다 (표 4). 50 μL of a 5 mg / L prefenate hydro-lyase purified in Example 1-2 and 10 μL of 20 mM 4-hydroxystyrene (Sigma) were added to 140 μL of a 10 mM PBS buffer solution to prepare a reaction mixture 0.2 mL was reacted in a 37 ° C thermostat for 5 hours. After completion of the reaction, 1.8 mL of methanol was added to the sample, and impurities were removed using a syringe filter (0.22 μm) to prepare an analytical sample. The reduction of the substrate 4-hydroxystyrene and the concentration of styrene were analyzed by HPLC (Table 4).
또한, 기질인 4-히드록시스티렌 대신에, 4-히드록시-3-메톡시스티렌을 기질로 사용하여 위와 같은 조건에서 효소 반응을 수행하였다 (표4).Further, instead of 4-hydroxystyrene as a substrate, 4-hydroxy-3-methoxystyrene was used as a substrate to carry out the enzymatic reaction under the above conditions (Table 4).
상기에서 보는 바와 같이, 프레페네이트 히드로-리아제에 의하여 p-히드록시스티렌이 스티렌으로, 4-히드록시-3-메톡시스티렌이 3-메톡시스티렌으로 각각 데히드록실화됨을 알 수 있다.
As seen from the above, it can be seen that p-hydroxystyrene is dehydroxylated by prephenate hydro-lyase and 4-hydroxy-3-methoxy styrene is dehydroxylated by 3-methoxystyrene.
실시예Example 2: 2:
2-1. 2-1. ADCADC LyaseLyase 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터 및 형질전환 미생물 제조 A recombinant expression vector containing the gene and a transgenic microorganism preparation
아미노데옥시코리스메이트 리아제(aminodeoxychorismate lyase, ADC lyase)를 제조하기 위하여, S. cerevisiae 균주로부터 유래한 ADC lyase유전자를 클로닝하였다. 우선 S. cerevisiae KCCM 50712로부터 게놈 DNA를 추출하였다. S. cerevisiae KCCM 50712의 ADC lyase를 코딩하는 염기서열 (Genbank Accession Number; DAA10190.1)을 기초로 하여 각각 다음의 프라이머를 고안하였다.In order to prepare aminodeoxychorismate lyase (ADC lyase), ADC lyase gene derived from S. cerevisiae strain was cloned. First, genomic DNA was extracted from S. cerevisiae KCCM 50712. Based on the nucleotide sequence (Genbank Accession Number; DAA10190.1) coding for the ADC lyase of S. cerevisiae KCCM 50712, the following primers were devised, respectively.
(정방향 프라이머 2)(Forward primer 2)
5'-AAACATATGTCACTAATGGACAATTGGAA-3'(서열번호 9)5'-AAACATATGTCACTAATGGACAATTGGAA-3 '(SEQ ID NO: 9)
(역방향 프라이머 2)(Reverse primer 2)
5'-AAACTCGAGATATTTTGTCTTCACTGTTC-3'(서열번호 10)5'-AAACTCGAGATATTTTTCTTCACTGTTC-3 '(SEQ ID NO: 10)
상기 프라이머를 이용하여 S. cerevisiae KCCM 50712게놈에 대해 중합효소 연쇄반응(PCR)을 실시하여 ADC lyase 유전자의 염기서열을 증폭하였다.PCR was performed on S. cerevisiae KCCM 50712 genome using the above primers to amplify the base sequence of the ADC lyase gene.
PCR 조성은 주형 100 ng, 프라이머 각각 10 pmol, 2.5 mM dNTPs, 1X PCR 버퍼, 2.5U Taq 폴리머라아제를사용하였으며 반응액의 총 부피는 50 ㎕로 하였다. PCR의 DNA 증폭 반응 조건은 94℃, 5분의 프리-디네이쳐레이션(pre-denaturation)에 이어 94℃, 디네이쳐레이션 1분; 55℃ 어닐링(annealing) 30초; 72℃ 엘롱게이션(elongation) 3분을 30 사이클로 하였으며, 최종 신장을 위하여 72℃에서 5분간 포스트-폴리머라이제이션(post-polymerization)을 하였다. For PCR, 100 ng of template, 10 pmol of each primer, 2.5 mM dNTPs, 1X PCR buffer, and 2.5 U Taq polymerase were used, and the total volume of the reaction solution was 50 μl. The DNA amplification reaction conditions of the PCR were 95 ° C pre-denaturation at 94 ° C followed by 94 ° C, denaturation 1 min; 55 占 폚 annealing 30 seconds; Elongation at 72 ° C for 3 minutes was 30 cycles and post-polymerization was performed at 72 ° C for 5 minutes for final elongation.
증폭된 유전자는 각각 NdeI /XhoI 제한효소로 절단한 후, T4 DNA 리가아제를 이용하여 같은 제한효소로 절단된 플라스미드 벡터 pET28a(Novagen 사)에 삽입하여 pET28a/ADCL 벡터를 제작하였다. PCR및 클로닝 결과는 1.2% 아가로오즈 전기영동으로 판정하였다.The amplified genes were digested with NdeI / XhoI restriction enzymes and inserted into a plasmid vector pET28a (Novagen) digested with the same restriction enzymes using T4 DNA ligase to construct a pET28a / ADCL vector. PCR and cloning results were determined by 1.2% agarose electrophoresis.
상기와 같이 얻은 재조합 발현 벡터는 통상적인 형질전환방법에 의하여 대장균 BL21(DE3) 균주에 형질전환하였다. 또한, 상기 형질전환된 미생물은 15% 글리세롤 용액을 첨가하여 냉동 보관하여 추후 효소 생산을 위한 배양을 실시할 수 있도록 하였다.
The recombinant expression vector thus obtained was transformed into Escherichia coli BL21 (DE3) by a conventional transformation method. In addition, the transformed microorganism was added with a 15% glycerol solution and stored in a freezer for subsequent cultivation for enzyme production.
2-2: 2-2: ADCADC lyaselyase 의 제조Manufacturing
ADC lyase를 대량 생산하기 위하여, 냉동 보관된 단계 1의 재조합 대장균 BL21(DE3) 균주를 LB 배지 5 ㎖이 들어있는 시험관(test tube)에 접종하고 600 ㎚에서 흡광도가 2.5이 될 때까지 37℃의 진탕 배양기로 종균 배양을 실시하였다. 그 다음 상기 종균 배양된 배양액을 LB 배지 100 ㎖이 들어있는 300 ㎖ 플라스크에 첨가하여 본 배양을 실시하였다. 또한, 600 ㎚에서의 흡광도가 0.6이 될 때, 0.5 mM IPTG를 첨가하여 효소의 대량 발현을 유도하였다. 상기 과정 중의 교반속도는 250 rpm, 배양 온도는 33℃가 유지하도록 조절하고, IPTG를 첨가한 후에 같은 조건으로 6시간 동안 배양하였다.In order to mass-produce ADC lyase, the cryopreserved step 1 recombinant E. coli BL21 (DE3) strain was inoculated into a test tube containing 5 ml of LB medium and incubated at 37 ° C until the absorbance at 2.5 The seed culture was carried out with a shaking incubator. Then, the culture medium of the seed culture was added to a 300 ml flask containing 100 ml of LB medium, and the culture was carried out. Also, when the absorbance at 600 nm was 0.6, 0.5 mM IPTG was added to induce the large-scale expression of the enzyme. The agitation speed was 250 rpm and the incubation temperature was maintained at 33 ° C. After adding IPTG, the cells were incubated for 6 hours under the same conditions.
또한, 상기 형질전환된 균주의 배양액을 4,000×g로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고, PBS완충용액으로 두 번 세척한 다음 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)을 첨가하여 상기 세포 용액을 초음파 파쇄기로 파쇄하였다. 상기 세포 파쇄물은 다시 13,000×g로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고 세포 펠렛은 제거한 다음 세포 상등액만을 얻어 Ni-NTA His-Tag 크로마토그래피로 효소를 정제하였다. 정제한 효소는 원심분리필터(10 kDa)를 사용하여 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)으로 교환한 후 농축하여 단백질 정량법 (Bradford 분석법)을 통해 농도를 측정한 후, 최종적으로 5mg/mL 농도로 제조하였고, 이를 반응에 사용하였다.
The culture of the transformed strain was centrifuged at 4,000 x g for 20 minutes at 4 ° C, washed twice with PBS buffer, and then added with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) The solution was disrupted with an ultrasonic disrupter. The cell lysate was centrifuged again at 13,000 x g for 20 minutes at 4 ° C, and the cell pellet was removed. The cell supernatant was removed and the enzyme was purified by Ni-NTA His-Tag chromatography. The purified enzyme was exchanged with a 50 mM Tris-HCl buffer solution (pH 7.5) using a centrifugal filter (10 kDa), concentrated, and the concentration was measured by protein assay (Bradford assay) mL and used for the reaction.
2-3: 다단계 효소반응을 통한 스티렌 제조2-3: Preparation of styrene by multistage enzymatic reaction
4-히드록시-3-메톡시스티렌의 메톡시기와 히드록시기를 제거하기 위하여, 데히드록실화와 데메톡실화 효소반응을 수행하였다. 데히드록실라제로는 실시예 1-2에서 제조한 프레페네이트 히드로-리아제(ADC lyase), 데메톡실라제로는 실시예 2-2에서 제조한 아미노데옥시코리스메이트 리아제(aminodeoxychorismate lyase, ADC lyase) 효소를 사용하였다. 재조합 효소는 상기 실시예1-2과 실시예 2-2에서 기술한 대장균에서의 효소발현법을 사용하여 최종적으로 5mg/L 농도의 정제한 효소를 반응에 사용하였다. In order to remove the methoxy group and the hydroxyl group of 4-hydroxy-3-methoxystyrene, dehydroxylation and demethoxylation reaction were carried out. As the dehydroxylase, the prephenate hydrolyzate (ADC lyase) prepared in Example 1-2 and the aminodeoxychorismate lyase (ADC lyase) prepared in Example 2-2 were used as the demethoxylase, Enzyme was used. The recombinant enzyme was used for the reaction, and finally purified enzyme having a concentration of 5 mg / L was used for the reaction using the enzyme expression method in E. coli described in Example 1-2 and Example 2-2.
프레페네이트 히드로-리아제와 아미노데옥시코리스메이트 리아제를 각각 50 μL 와 50 mM 농도의 4-히드록시-3-메톡시스티렌 50 μL, 1 mM EDTA, 20 mM 2-mercaptoethanol 을 포함한 반응 혼합물 0.5 mL을 37℃ 항온조에서 5시간 반응시킨다. 반응 종료 후 시료에 4.5 mL 메탄올을 첨가하여 희석한 후 주사기 필터 (0.22 μm)를 이용하여 불순물을 제거하여 분석시료를 제조하였다. 기질인 4-히드록시-3-메톡시스티렌의 감소와 스티렌의 생성 농도를 HPLC로 확인하여 분석하였다(표 5). 50 μL of 50 μL of 4-hydroxy-3-methoxystyrene, 1 mM of EDTA, and 20 mM of 2-mercaptoethanol were added to 0.5 mL of the reaction mixture containing 50 μL and 50 mM of the prefenate hydrolase and the amino deoxycholate ligase, Were reacted in a 37 ° C thermostatic chamber for 5 hours. After completion of the reaction, 4.5 mL of methanol was added to the sample to dilute the sample, and then the impurity was removed using a syringe filter (0.22 μm) to prepare an analytical sample. The reduction of the substrate 4-hydroxy-3-methoxystyrene and the concentration of styrene were determined by HPLC (Table 5).
상기에서 보는 바와 같이, 프레페네이트 히드로-리아제와 아미노데옥시코리스메이트 리아제에 의하여 4-히드록시-3-메톡시스티렌이 스티렌으로 전환됨을 알 수 있다.
As can be seen from the above, it can be seen that 4-hydroxy-3-methoxystyrene is converted to styrene by the presence of prephenate hydrolase and aminodeoxycholymitlase.
실시예Example 3: 스티렌 생산 3: Production of styrene
3-1: 3-1: 페놀릭산Phenolic acid 데카르복실라제Decarboxylase 유전자를 포함하는 재조합 발현벡터 및 형질전환 미생물 제조 A recombinant expression vector containing the gene and a transgenic microorganism preparation
페놀릭산 데카르복실라제 (Phenolic acid decarboxylase, PADC)를 제조하기 위하여, Bacillus subtilis (strain 168) 균주로부터 유래한 padC유전자를 클로닝하였다. 우선 B. subtilis ATCC 6051 로부터 게놈 DNA를 추출하였다. padC유전자를 코딩하는 염기서열(Genbank Accession Number; AAC46254.1.)을 기초로 하여 각각 다음의 프라이머를 고안하였다.In order to prepare phenolic acid decarboxylase (PADC), the padC gene derived from Bacillus subtilis strain 168 was cloned. First, genomic DNA was extracted from B. subtilis ATCC 6051. The following primers were devised on the basis of the base sequence coding for the pad C gene (Genbank Accession Number; AAC46254.1.).
(정방향 프라이머3): (Forward primer 3):
5'-AAACATATGGAAAACTTTATCGGAAGCCA-3'(서열번호 11)5'-AAACATATGGAAAACTTTATCGGAAGCCA-3 '(SEQ ID NO: 11)
(역방향 프라이머3): (Reverse primer 3):
5'-AAACTCGAGTAATCTTCCCGCGCGAATAT-3'(서열번호 12)5'-AAACTCGAGTAATCTTCCCGCGCGAATAT-3 '(SEQ ID NO: 12)
상기 프라이머를 이용하여 B. subtilis게놈 DNA로부터 중합효소 연쇄반응(PCR)을 실시하여 padC유전자를 증폭하였다.The primer was used to amplify the pad C gene by PCR (PCR) from B. subtilis genomic DNA.
PCR 조성은 주형 100 ng, 프라이머 각각 10 pmol, 2.5 mM dNTPs, 1X PCR 버퍼, 2.5U Taq 폴리머라아제를사용하였으며 반응액의 총 부피는 50 ㎕로 하였다. PCR의 DNA 증폭 반응 조건은 94℃, 5분의 프리-디네이쳐레이션(pre-denaturation)에 이어 94℃, 디네이쳐레이션 1분; 55℃ 어닐링(annealing) 30초; 72℃ 엘롱게이션(elongation) 1분을 30 사이클로 하였으며, 최종 신장을 위하여 72℃에서 5분간 포스트-폴리머라이제이션(post-polymerization)을 하였다. For PCR, 100 ng of template, 10 pmol of each primer, 2.5 mM dNTPs, 1X PCR buffer, and 2.5 U Taq polymerase were used, and the total volume of the reaction solution was 50 μl. The DNA amplification reaction conditions of the PCR were 95 ° C pre-denaturation at 94 ° C followed by 94 ° C, denaturation 1 min; 55 占 폚 annealing 30 seconds; 72 ° C elongation for 1 minute was 30 cycles and post-polymerization was carried out at 72 ° C for 5 minutes for final elongation.
증폭된 유전자는 각각 NdeI /XhoI 제한효소로 절단한 후, T4 DNA 리가아제를 이용하여 같은 제한효소로 절단된 플라스미드 벡터 pET28a(Novagen 사)에 삽입하여 pET28a/PADC 벡터를 제작하였다. PCR및 클로닝 결과는 1.2% 아가로오즈 전기영동으로 판정하였다.The amplified genes were digested with NdeI / XhoI restriction enzymes and inserted into plasmid vector pET28a (Novagen), which was digested with the same restriction enzymes using T4 DNA ligase, to construct a pET28a / PADC vector. PCR and cloning results were determined by 1.2% agarose electrophoresis.
상기와 같이 얻은 재조합 발현 벡터는 통상적인 형질전환방법에 의하여 대장균 BL21(DE3) 균주에 형질전환하였다. 또한, 상기 형질전환된 미생물은 15% 글리세롤 용액을 첨가하여 냉동 보관하여 추후 효소 생산을 위한 배양을 실시할 수 있도록 하였다.
The recombinant expression vector thus obtained was transformed into Escherichia coli BL21 (DE3) by a conventional transformation method. In addition, the transformed microorganism was added with a 15% glycerol solution and stored in a freezer for subsequent cultivation for enzyme production.
3-2: 3-2: 페놀릭산Phenolic acid 데카르복실라제의Decarboxylase 생산 production
페놀릭산 데카르복실라제 효소를 대량 생산하기 위하여, 냉동 보관된 재조합 대장균 BL21(DE3) 균주를 LB 배지 5 ㎖이 들어있는 시험관(test tube)에 접종하고 600 ㎚에서 흡광도가 2.5이 될 때까지 37℃의 진탕 배양기로 종균 배양을 실시하였다. 그 다음 상기 종균 배양된 배양액을 LB 배지 100 ㎖이 들어있는 300 ㎖ 플라스크에 첨가하여 본 배양을 실시하였다. 또한, 600 ㎚에서의 흡광도가 0.6이 될 때, 0.5 mM IPTG를 첨가하여 효소의 대량 발현을 유도하였다. 상기 과정 중의 교반속도는 250 rpm, 배양 온도는 30℃가 유지하도록 조절하고, IPTG를 첨가한 후에 같은 조건으로 6시간 동안 배양하였다.In order to mass-produce the phenolic acid decarboxylase enzyme, the frozen recombinant Escherichia coli BL21 (DE3) strain was inoculated into a test tube containing 5 ml of LB medium and incubated at 37 째 C until the absorbance was 2.5 at 600 nm Lt; / RTI > culture medium. Then, the culture medium of the seed culture was added to a 300 ml flask containing 100 ml of LB medium, and the culture was carried out. Also, when the absorbance at 600 nm was 0.6, 0.5 mM IPTG was added to induce the large-scale expression of the enzyme. The agitation speed was 250 rpm and the incubation temperature was maintained at 30 ° C. After adding IPTG, the cells were incubated for 6 hours under the same conditions.
또한, 상기 형질전환된 균주의 배양액을 4,000pm로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고, PBS완충용액으로 두 번 세척한 다음 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)을 첨가하여 상기 세포 용액을 초음파 파쇄기로 파쇄하였다. 상기 세포 파쇄물은 다시 13,000rpm으로 4℃에서 20분 동안 원심분리하고 세포 펠렛은 제거한 다음 세포 상등액만을 얻어 Ni-NTA His-Tag 크로마토그래피로 효소를 정제하였다. 정제한 효소는 원심분리필터(10 kDa)를 사용하여 50 mM 트리스-염화수소 완충용액 (pH7.5)으로 교환한 후 농축하여 단백질 정량법 (Bradford 분석법)을 통해 농도를 측정한 후, 최종적으로 5mg/mL 농도로 제조하였고, 이를 효소반응에 사용하였다.
The culture of the transformed strain was centrifuged at 4,000 rpm for 20 minutes at 4 ° C, washed twice with PBS buffer, and then added with 50 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) Was crushed by an ultrasonic crusher. The cell lysate was further centrifuged at 13,000 rpm for 20 minutes at 4 ° C. Cell pellet was removed, and the cell supernatant was obtained, and the enzyme was purified by Ni-NTA His-Tag chromatography. The purified enzyme was exchanged with a 50 mM Tris-HCl buffer solution (pH 7.5) using a centrifugal filter (10 kDa), concentrated, and the concentration was measured by protein assay (Bradford assay) mL, and used for the enzyme reaction.
3-3: 4-3-3: 4- 히드록시스티렌Hydroxystyrene 의 생산 Production of
10 mM PBS 버퍼용액 170 μL에 5mg/L 농도의 실시예 3-2에서 정제한 페놀릭산 데카르복실라제 20 μL 와 20 mM의 4-히드록시신남산(Sigma사) 10 μL을 혼합하여 37℃ 항온조에서 3시간 반응시켰다. 반응 종료 후 시료에 9배 부피의 메탄올을 첨가하여 추출한 후 주사기 필터 (0.22 마이크로미터)를 이용하여 불순물을 제거하여 분석샘플을 준비한 후 4-히드록시스티렌의 생성과 농도는 HPLC로 확인하여 분석하였다 (표 6). 20 μL of phenolic acid decarboxylase purified in Example 3-2 at a concentration of 5 mg / L and 10 μL of 4-hydroxycinnamic acid (Sigma) of 20 mM were mixed in 170 μL of a 10 mM PBS buffer solution, For 3 hours. After completion of the reaction, 9-fold volume of methanol was added to the sample for extraction, and impurities were removed using a syringe filter (0.22 micrometer) to prepare analytical samples. The production and concentration of 4-hydroxystyrene were confirmed by HPLC (Table 6).
또한, 기질인 4-히드록시신남산 대신에 페룰린산(Sigma사)에 대해서도 상기와 같이 동일한 방법으로 효소반응을 수행하고 분석결과를 표 6에 제시하였다. In addition, enzyme reaction was carried out for ferulic acid (Sigma) instead of 4-hydroxycinnamic acid, which is a substrate, and the results of the analysis are shown in Table 6.
상기에서 보는 바와 같이, PADC에 의하여 4-히드록시신남산이 4-히드록시스티렌으로, 페룰린산이 3-메톡시-4-히드록시스티렌으로 전환됨을 알 수 있다.
As can be seen from the above, PADC shows that 4-hydroxycinnamic acid is converted to 4-hydroxystyrene and ferulic acid is converted to 3-methoxy-4-hydroxystyrene.
실시예Example 4: 4: 리그린으로부터From Lee Green 스티렌 제조 Styrene manufacture
4-1: 리그닌의 알칼리 산화 분해4-1: Alkali oxidation decomposition of lignin
실험실용 고압반응기 (450 mL, Parr 4562)를 이용하여 리그닌 분해 반응을 실시하였다. 크라프트 리그닌 10.0 g을 미리 준비된 200 mL 4M NaOH 수용액에 첨가하여 반응초기 리그닌 함유량을 5.0 %(w/v)으로 하여 반응물을 준비하였다. 촉매로 1 g의 H2O2을 첨가하였다. 반응물을 내부 부피가 450 mL인 스테인리스스틸 재질의 고압반응기에 충진 후 밀봉하고 500 rpm 속도로 교반을 시작하였다. 반응기 내부로 연결된 샘플링 라인을 통해 반응물에 약 7 bar의 산소가스로 2분간 충진시킨 후 반응기의 가열을 시작하고, 반응기 내부 온도가 170 ℃에 도달했을 때부터 120분간 반응을 지속하였다. 반응 온도는 냉각수관을 통해 PID 콘트롤러로 조절하였다. 본 반응 시작으로부터 120분 경과 후 샘플링 라인을 통해 시료 채취 후 반응을 종결시켰다. The lignin decomposition reaction was carried out using a laboratory high-pressure reactor (450 mL, Parr 4562). 10.0 g of kraft lignin was added to a previously prepared 200 mL of 4M NaOH aqueous solution to prepare a reaction product having an initial lignin content of 5.0% (w / v). 1 g of H 2 O 2 was added as a catalyst. The reaction was packed in a stainless steel high pressure reactor having an internal volume of 450 mL, sealed, and stirred at 500 rpm. The reactor was filled with oxygen gas at about 7 bar for 2 minutes through a sampling line connected to the inside of the reactor, heating of the reactor was started, and the reaction was continued for 120 minutes from the time when the internal temperature of the reactor reached 170 ° C. The reaction temperature was controlled by a PID controller through a cooling water tube. After 120 minutes from the start of the present reaction, the sample was sampled through the sampling line and the reaction was terminated.
상기 채취한 리그닌의 알칼리 분해산물 시료 2mL에 6M HCl을 첨가하여 pH2.0이 되도록 하였다. pH가 적정 된 상기 시료에 최종 부피가 10mL이 되도록 증류수를 첨가하여 희석한 후, 리그닌을 필터(10 kDa MWCO)로 제거하였다. 상기 리그린이 제거된 시료 1mL에 9배 부피의 메탄올을 첨가하여 추출한 후, 주사기 필터 (0.22 O)W를 이용하여 불순물을 제거하여 리그닌 분해산물을 정제하였다. 이후 HPLC로 분석하여 표 7과 같은 조성을 얻었다. 6 ml of HCl was added to 2 ml of the alkaline decomposition product of the lignin thus obtained to obtain a pH of 2.0. The diluted sample was diluted with distilled water to a final volume of 10 mL, and the lignin was removed with a filter (10 kDa MWCO). Methanol in 9 times volume was added to 1 mL of the sample from which the re-greens were removed, and the impurity was removed using a syringe filter (0.22 O) W to purify the lignin degradation product. Then, it was analyzed by HPLC and the composition as shown in Table 7 was obtained.
4-2: 리그닌으로부터 4-2: From lignin 히드록시스티렌Hydroxystyrene 생산 production
상기 실시예 4-1에서 얻은 리그닌 분해 산물에 10M HCl를 소량 첨가하여 pH 7.5로 적정 한 후 10kDa MWCO 필터로 여과하여 그 여과액을 반응물로 준비하였다. 상기 실시예 3과 실시예 2에서 얻은 페놀릭산 데카르복실라제 및 아미노데옥시코리스메이트 리아제를 포함하는 효소용액 각 100 μL과 리그닌 분해물 200 μL를 혼합하여 37℃ 항온조에서 5시간 반응시켰다. 반응 종료 후 반응액을 13,000g로 4oC에서 20분 동안 원심분리하고 상등액을 획득한 후 360 μL 메탄올을 첨가하여 희석한 후 주사기 필터 (0.22μm)를 이용하여 불순물을 제거하여 분석시료를 준비하였다. 4-히드록시스티렌의 생성농도는 HPLC를 수행하여 분석하였으며 반응 전후의 시료 분석 결과를 표 8에 나타냈다. A small amount of 10 M HCl was added to the lignin degradation product obtained in Example 4-1, and the solution was titrated to pH 7.5. The solution was filtered with a 10 kDa MWCO filter, and the filtrate was prepared as a reaction product. 100 μL each of the enzyme solution containing the phenolic acid decarboxylase and amino deoxycholymitlia obtained in Example 3 and Example 2 and 200 μL of the lignin degradation product were mixed and reacted at 37 ° C. for 5 hours in a thermostat. After completion of the reaction, the reaction mixture was centrifuged at 13,000 g for 20 minutes at 4 ° C, and the supernatant was obtained. After diluting with 360 μL of methanol, impurities were removed using a syringe filter (0.22 μm) Respectively. The production concentration of 4-hydroxystyrene was analyzed by HPLC, and the results of analysis of the sample before and after the reaction are shown in Table 8.
4-히드록시신남산, 페룰린산, 시나핀산이 포함된 리그닌 분해산물에 페놀릭산 데카르복실라제 및 아미노데옥시코리스메이트 리아제를 이용한 효소반응을 통해 페룰린산과 시나핀산의 메톡시기사 제거되어 4-히드록시신남산으로 전환되며 페놀릭산 데카르복실라제에 의해 카르복실기가 제거되어 결과적으로 2.4 mM 4-히드록시스티렌이 생성됨을 확인하였다.
Lignin degradation products containing 4-hydroxycinnamic acid, ferulic acid, and cinnamic acid were removed by enzymatic reaction using phenolic acid decarboxylase and aminodeoxycholyzmatease to remove methionine from ferulic acid and cinnamic acid to form 4- Hydroxycinnamic acid and the carboxyl group was removed by phenolic acid decarboxylase, resulting in the production of 2.4 mM 4-hydroxystyrene.
4-3: 4-3: 히드록시스티렌으로부터From hydroxystyrene 스티렌의 생산 Production of styrene
실시예 1-2에서 정제된 5mg/L 농도의 프레페네이트 히드로-리아제 50 μL 를 상기 실시예 4-2에서 얻은 4-히드록시스티렌이 포함된 효소전환산물 250 μL에 첨가하여 37℃ 항온조에서 5시간 반응시켰다. 반응 종료 후 시료에 2.7 mL메탄올을 첨가한 후 주사기 필터 (0.22 μm)를 이용하여 불순물을 제거하여 분석시료를 제조하였다. 4-히드록시스티렌의 감소와 스티렌의 생성 농도를 HPLC로 확인하여 분석하였다 (표 9). 50 μL of the 5 mg / L prefenate hydrolyzate purified in Example 1-2 was added to 250 μL of the 4-hydroxystyrene-containing enzyme conversion product obtained in Example 4-2, and the mixture was incubated at 37 ° C. in a thermostatic chamber And reacted for 5 hours. After completion of the reaction, 2.7 mL of methanol was added to the sample, and impurities were removed using a syringe filter (0.22 μm) to prepare an analytical sample. The decrease of 4-hydroxystyrene and the concentration of styrene were analyzed by HPLC (Table 9).
상기에서 보는 바와 같이, 리그닌 분해산물의 효소전환을 통해 생성된 4-히드록시스티렌으로부터 추가로 데히드록실화 효소반응에 의해 스티렌이 합성됨을 확인하였다.
As shown above, it was confirmed that styrene was synthesized from 4-hydroxystyrene produced through enzyme conversion of lignin degradation product by further dehydroxylation enzyme reaction.
<110> SAMSUNG PETROCHEMICAL CO., LTD. <120> PROCESS OF BIOLOGICALLY PRODUCING A STYRENE AND DERIVATIVES THEREOF <130> dpp20129170kr <160> 12 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 486 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> phenolic acid decarboxylase <400> 1 atggaaaact ttatcggaag ccacatgatt tatacgtatg aaaacggatg ggaatacgag 60 atttatatta aaaacgacca tacaattgat tatagaattc atagcggaat ggttgccgga 120 cgctgggttc gagatcagga agtgaatatt gtcaaactga cagaaggcgt atataaagtg 180 tcttggacag agccgactgg cacggatgtt tcattaaact ttatgccaaa tgaaaaacgc 240 atgcatggca ttattttctt cccgaaatgg gtgcatgaac atcctgaaat tacggtttgc 300 taccaaaatg accacattga tttgatgaaa gaatcccgcg aaaaatatga aacgtatcca 360 aaatacgttg tacctgaatt tgcggaaatt acatttctga aaaatgaagg agtcgacaac 420 gaagaagtga tttcgaaggc tccttatgag ggaatgacag acgatattcg cgcgggaaga 480 ttataa 486 <210> 2 <211> 161 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> phenolic acid decarboxylase <400> 2 Met Glu Asn Phe Ile Gly Ser His Met Ile Tyr Thr Tyr Glu Asn Gly 1 5 10 15 Trp Glu Tyr Glu Ile Tyr Ile Lys Asn Asp His Thr Ile Asp Tyr Arg 20 25 30 Ile His Ser Gly Met Val Ala Gly Arg Trp Val Arg Asp Gln Glu Val 35 40 45 Asn Ile Val Lys Leu Thr Glu Gly Val Tyr Lys Val Ser Trp Thr Glu 50 55 60 Pro Thr Gly Thr Asp Val Ser Leu Asn Phe Met Pro Asn Glu Lys Arg 65 70 75 80 Met His Gly Ile Ile Phe Phe Pro Lys Trp Val His Glu His Pro Glu 85 90 95 Ile Thr Val Cys Tyr Gln Asn Asp His Ile Asp Leu Met Lys Glu Ser 100 105 110 Arg Glu Lys Tyr Glu Thr Tyr Pro Lys Tyr Val Val Pro Glu Phe Ala 115 120 125 Glu Ile Thr Phe Leu Lys Asn Glu Gly Val Asp Asn Glu Glu Val Ile 130 135 140 Ser Lys Ala Pro Tyr Glu Gly Met Thr Asp Asp Ile Arg Ala Gly Arg 145 150 155 160 Leu <210> 3 <211> 1125 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> aminodeoxychorismate lyase, ADC lyase, DAA10190.1 <400> 3 atgtcactaa tggacaattg gaagactgat atggaaagtt acgatgaagg aggcctagtt 60 gctaatccga acttcgaggt tctggccact ttcaggtacg accctggttt tgcacgccag 120 tcagcgtcaa agaaagagat ctttgaaact ccagaccctc 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145 150 155 160 Gly Asn Ser Glu Tyr His Glu Lys Ile Gln Lys Met Ile Asn Glu Arg 165 170 175 Gln Cys Tyr Lys Met Arg Val Leu Val Ser Lys Thr Gly Asp Ile Arg 180 185 190 Ile Glu Ala Ile Pro Met Pro Met Glu Pro Ile Leu Lys Leu Thr Thr 195 200 205 Asp Tyr Asp Ser Val Ser Thr Tyr Phe Ile Lys Thr Met Leu Asn Gly 210 215 220 Phe Leu Ile Asp Ser Thr Ile Asn Trp Asp Val Val Val Ser Ser Glu 225 230 235 240 Pro Leu Asn Ala Ser Ala Phe Thr Ser Phe Lys Thr Thr Ser Arg Asp 245 250 255 His Tyr Ala Arg Ala Arg Val Arg Met Gln Thr Ala Ile Asn Asn Leu 260 265 270 Arg Gly Ser Glu Pro Thr Ser Ser Val Ser Gln Cys Glu Ile Leu Phe 275 280 285 Ser Asn Lys Ser Gly Leu Leu Met Glu Gly Ser Ile Thr Asn Val Ala 290 295 300 Val Ile Gln Lys Asp Pro Asn Gly Ser Lys Lys Tyr Val Thr Pro Arg 305 310 315 320 Leu Ala Thr Gly Cys Leu Cys Gly Thr Met Arg His Tyr Leu Leu Arg 325 330 335 Leu Gly Leu Ile Glu Glu Gly Asp Ile Asp Ile Gly Ser Leu Thr Val 340 345 350 Gly Asn Glu Val Leu Leu Phe Asn Gly Val Met Gly Cys Ile Lys Gly 355 360 365 Thr Val Lys Thr Lys Tyr 370 <210> 5 <211> 1107 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> prephenate hydro-lyase, PHA2, CAA86380.1 <400> 5 atgaaaataa aaattttagt agatgaatat aatacgcaga aagaacaggc taaaaaagta 60 cgaaaagcaa cttcattata tttccgcatt catccttcaa ttatggccag caagactttg 120 agggttcttt ttctgggtcc caaaggtacg tattcccatc aagctgcatt acaacaattt 180 caatcaacat ctgatgttga gtacctccca gcagcctcta tcccccaatg ttttaaccaa 240 ttggagaacg acactagtat agattattca gtggtaccgt tggaaaattc caccaatgga 300 caagtagttt tttcctatga tctcttgcgt gataggatga tcaaaaaagc cctatcctta 360 cctgctccag cagatactaa tagaattaca ccagatatag aagttatagc ggagcaatat 420 gtacccatta cccattgtct aatcagccca atccaactac caaatggtat tgcatccctt 480 ggaaattttg aagaagtcat aatacactca catccgcaag tatggggcca ggttgaatgt 540 tacttaaggt ccatggcaga aaaatttccg caggtcacct ttataagatt ggattgttct 600 tccacatctg aatcagtgaa ccaatgcatt cggtcatcaa cggccgattg cgacaacatt 660 ctgcatttag ccattgctag tgaaacagct gcccaattgc ataaggcgta catcattgaa 720 cattcgataa atgataagct aggaaataca acaagatttt tagtattgaa gagaagggag 780 aacgcaggcg acaatgaagt agaagacact ggattactac gggttaacct actcaccttt 840 actactcgtc aagatgaccc tggttctttg gtagatgttt tgaacatact aaaaatccat 900 tcactcaaca tgtgttctat aaactctaga ccattccatt tggacgaaca tgatagaaac 960 tggcgatatt tatttttcat tgaatattac accgagaaga ataccccaaa gaataaagaa 1020 aaattctatg aagatatcag cgacaaaagt aaacagtggt gcctgtgggg tacattcccc 1080 agaaatgaga gatattatca caaataa 1107 <210> 6 <211> 368 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> prephenate hydro-lyase, PHA2, CAA86380.1 <400> 6 Met Lys Ile Lys Ile Leu Val Asp Glu Tyr Asn Thr Gln Lys Glu Gln 1 5 10 15 Ala Lys Lys Val Arg Lys Ala Thr Ser Leu Tyr Phe Arg Ile His Pro 20 25 30 Ser Ile Met Ala Ser Lys Thr Leu Arg Val Leu Phe Leu Gly Pro Lys 35 40 45 Gly Thr Tyr Ser His Gln Ala Ala Leu Gln Gln Phe Gln Ser Thr Ser 50 55 60 Asp Val Glu Tyr Leu Pro Ala Ala Ser Ile Pro Gln Cys Phe Asn Gln 65 70 75 80 Leu Glu Asn Asp Thr Ser Ile Asp Tyr Ser Val Val Pro Leu Glu Asn 85 90 95 Ser Thr Asn Gly Gln Val Val Phe Ser Tyr Asp Leu Leu Arg Asp Arg 100 105 110 Met Ile Lys Lys Ala Leu Ser Leu Pro Ala Pro Ala Asp Thr Asn Arg 115 120 125 Ile Thr Pro Asp Ile Glu Val Ile Ala Glu Gln Tyr Val Pro Ile Thr 130 135 140 His Cys Leu Ile Ser Pro Ile Gln Leu Pro Asn Gly Ile Ala Ser Leu 145 150 155 160 Gly Asn Phe Glu Glu Val Ile Ile His Ser His Pro Gln Val Trp Gly 165 170 175 Gln Val Glu Cys Tyr Leu Arg Ser Met Ala Glu Lys Phe Pro Gln Val 180 185 190 Thr Phe Ile Arg Leu Asp Cys Ser Ser Thr Ser Glu Ser Val Asn Gln 195 200 205 Cys Ile Arg Ser Ser Thr Ala Asp Cys Asp Asn Ile Leu His Leu Ala 210 215 220 Ile Ala Ser Glu Thr Ala Ala Gln Leu His Lys Ala Tyr Ile Ile Glu 225 230 235 240 His Ser Ile Asn Asp Lys Leu Gly Asn Thr Thr Arg Phe Leu Val Leu 245 250 255 Lys Arg Arg Glu Asn Ala Gly Asp Asn Glu Val Glu Asp Thr Gly Leu 260 265 270 Leu Arg Val Asn Leu Leu Thr Phe Thr Thr Arg Gln Asp Asp Pro Gly 275 280 285 Ser Leu Val Asp Val Leu Asn Ile Leu Lys Ile His Ser Leu Asn Met 290 295 300 Cys Ser Ile Asn Ser Arg Pro Phe His Leu Asp Glu His Asp Arg Asn 305 310 315 320 Trp Arg Tyr Leu Phe Phe Ile Glu Tyr Tyr Thr Glu Lys Asn Thr Pro 325 330 335 Lys Asn Lys Glu Lys Phe Tyr Glu Asp Ile Ser Asp Lys Ser Lys Gln 340 345 350 Trp Cys Leu Trp Gly Thr Phe Pro Arg Asn Glu Arg Tyr Tyr His Lys 355 360 365 <210> 7 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer 1 <400> 7 aaacatatga aaataaaaat tttagtaga 29 <210> 8 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer 1 <400> 8 aaactcgagt ttgtgataat atctctcat 29 <210> 9 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer 2 <400> 9 aaacatatgt cactaatgga caattggaa 29 <210> 10 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer 2 <400> 10 aaactcgaga tattttgtct tcactgttc 29 <210> 11 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer 3 <400> 11 aaacatatgg aaaactttat cggaagcca 29 <210> 12 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer 2 <400> 12 aaactcgagt aatcttcccg cgcgaatat 29 <110> SAMSUNG PETROCHEMICAL CO., LTD. <120> PROCESS OF BIOLOGICALLY PRODUCING A STYRENE AND DERIVATIVES THEREOF <130> dpp20129170kr <160> 12 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 486 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> phenolic acid decarboxylase <400> 1 atggaaaact ttatcggaag ccacatgatt tatacgtatg aaaacggatg ggaatacgag 60 atttatatta aaaacgacca tacaattgat tatagaattc atagcggaat ggttgccgga 120 cgctgggttc gagatcagga agtgaatatt gtcaaactga cagaaggcgt atataaagtg 180 tcttggacag agccgactgg cacggatgtt tcattaaact ttatgccaaa tgaaaaacgc 240 atgcatggca ttattttctt cccgaaatgg gtgcatgaac atcctgaaat tacggtttgc 300 taccaaaatg accacattga tttgatgaaa gaatcccgcg aaaaatatga aacgtatcca 360 aaatacgttg tacctgaatt tgcggaaatt acatttctga aaaatgaagg agtcgacaac 420 gaagaagtga tttcgaaggc tccttatgag ggaatgacag acgatattcg cgcgggaaga 480 ttataa 486 <210> 2 <211> 161 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> phenolic acid decarboxylase 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accctggttt tgcacgccag 120 tcagcgtcaa agaaagagat ctttgaaact ccagaccctc gattaggttt gagagacgaa 180 gatattaggc agcagataat taatgaggat tactcaagtt atttacgagt aagggaggtt 240 aattccggcg gtgaccttct cgaaaatatt cagcatcctg atgcttggaa gcatgattgc 300 aagaccattg tgtgccagcg tgtagaagat atgctacaag tcatttatga acgatttttt 360 ttattagatg aacaatacca aagaataaga atagcattat catactttaa aattgacttc 420 agcacgtctc tgaatgattt attgaagtta ttggttgaaa acttgattaa ttgtaaagaa 480 ggaaattcag agtatcacga aaaaattcaa aaaatgatca acgaaaggca atgctataaa 540 atgcgggtac ttgtctctaa gacaggagat atacgaattg aggcaattcc aatgcctatg 600 gagcctatcc taaaattaac aaccgattat gacagtgttt ccacatactt catcaaaacg 660 atgctcaatg gatttttaat tgatagcaca ataaattggg atgttgttgt ttcatctgaa 720 ccattgaacg catcagcttt caccagtttt aaaaccactt caagagatca ttacgctagg 780 gcgagagttc gcatgcaaac tgctataaat aacttaagag gttcagaacc tacttcttct 840 gtctcgcaat gcgaaatttt attttccaac aaatctggcc tgctgatgga aggttcaata 900 acaaacgtgg ctgtaattca aaaagatcct aacggttcta aaaagtatgt gacaccaaga 960 ttagcaactg gatgtttgtg cggaacaatg cgtcattatt tattgcggct cggccttatt 1020 gaagagggag atatagatat aggaagcctt accgttggca acgaagtttt gcttttcaat 1080 ggcgtcatgg gatgcataaa gggaacagtg aagacaaaat attga 1125 <210> 4 <211> 374 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> aminodeoxychorismate lyase, ADC lyase, DAA10190.1 <400> 4 Met Ser Leu Met Asp Asn Trp Lys Thr Asp Met Glu Ser Tyr Asp Glu 1 5 10 15 Gly Gly Leu Val Ala Asn Pro Asn Phe Glu Val Leu Ala Thr Phe Arg 20 25 30 Tyr Asp Pro Gly Phe Ala Arg Gln Ser Ala Ser Lys Lys Glu Ile Phe 35 40 45 Glu Thr Pro Asp Pro Arg Leu Gly Leu Arg Asp Glu Asp Ile Arg Gln 50 55 60 Gln Ile Ile Asn Glu Asp Tyr Ser Ser Tyr Leu Arg Val Val Glu Val 65 70 75 80 Asn Ser Gly Gly Asp Leu Leu Glu Asn Ile Gln His Pro Asp Ala Trp 85 90 95 Lys His Asp Cys Lys Thr Ile Val Cys Gln Arg Val Glu Asp Met Leu 100 105 110 Gln Val Ile Tyr Glu Arg Phe Leu Leu Asp Glu Gln Tyr Gln Arg 115 120 125 Ile Arg Ile Ala Leu Ser Tyr Phe Lys Ile Asp Phe Ser Thr Ser Leu 130 135 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ctgcatttag ccattgctag tgaaacagct gcccaattgc ataaggcgta catcattgaa 720 cattcgataa atgataagct aggaaataca acaagatttt tagtattgaa gagaagggag 780 aacgcaggcg acaatgaagt agaagacact ggattactac gggttaacct actcaccttt 840 actactcgtc aagatgaccc tggttctttg gtagatgttt tgaacatact aaaaatccat 900 tcactcaaca tgtgttctat aaactctaga ccattccatt tggacgaaca tgatagaaac 960 tggcgatatt tatttttcat tgaatattac accgagaaga ataccccaaa gaataaagaa 1020 aaattctatg aagatatcag cgacaaaagt aaacagtggt gcctgtgggg tacattcccc 1080 agaaatgaga gatattatca caaataa 1107 <210> 6 <211> 368 <212> PRT <213> Artificial Sequence <220> <223> Prephenate hydro-lyase, PHA2, CAA86380.1 <400> 6 Met Lys Ile Lys Ile Leu Val Asp Glu Tyr Asn Thr Gln Lys Glu Gln 1 5 10 15 Ala Lys Lys Val Arg Lys Ala Thr Ser Leu Tyr Phe Arg Ile His Pro 20 25 30 Ser Ile Met Ala Ser Lys Thr Leu Arg Val Leu Phe Leu Gly Pro Lys 35 40 45 Gly Thr Tyr Ser His Gln Ala Ala Leu Gln Gln Phe Gln Ser Thr Ser 50 55 60 Asp Val Glu Tyr Leu Pro Ala Ala Ser Ile Pro Gln Cys Phe Asn Gln 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Ser Leu Val Asp Val Leu Asn Ile Leu Lys Ile His Ser Leu Asn Met 290 295 300 Cys Ser Ile Asn Ser Arg Pro Phe His Leu Asp Glu His Asp Arg Asn 305 310 315 320 Trp Arg Tyr Leu Phe Phe Ile Glu Tyr Tyr Thr Glu Lys Asn Thr Pro 325 330 335 Lys Asn Lys Glu Lys Phe Tyr Glu Asp Ile Ser Asp Lys Ser Lys Gln 340 345 350 Trp Cys Leu Trp Gly Thr Phe Pro Arg Asn Glu Arg Tyr Tyr His Lys 355 360 365 <210> 7 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer 1 <400> 7 aaacatatga aaataaaaat tttagtaga 29 <210> 8 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer 1 <400> 8 aaactcgagt ttgtgataat atctctcat 29 <210> 9 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer 2 <400> 9 aaacatatgt cactaatgga caattggaa 29 <210> 10 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer 2 <400> 10 aaactcgaga tattttgtct tcactgttc 29 <210> 11 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> forward primer 3 <400> 11 aaacatatgg aaaactttat cggaagcca 29 <210> 12 <211> 29 <212> DNA <213> Artificial Sequence <220> <223> reverse primer 2 <400> 12 aaactcgagt aatcttcccg cgcgaatat 29
Claims (15)
[화학식 1]
[화학식 2]
상기 화학식 1 및 2에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이다.A step of contacting the substrate comprising styrene having a 4-hydroxy group or a derivative thereof represented by the general formula (2) with a biocatalyst for removing the 4-hydroxy group, by a biological method, styrene or a derivative thereof ≪ / RTI >
[Chemical Formula 1]
(2)
In the general formulas (1) and (2), X and Y may be the same or different and independently represent hydrogen, hydroxy or a C1-C4 alkoxy group.
[화학식 3]
상기 화학식 3에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이다.The substrate according to claim 1, wherein the substrate comprising the styrene having 4-hydroxy group or the derivative thereof represented by Formula 2 is a substrate having an aromatic carboxylic acid having 4-hydroxy group, represented by Formula 3, Contacting the biocatalyst to remove the biocatalyst.
(3)
In Formula 3, X and Y may be the same or different and independently represent hydrogen, hydroxy or a C1-C4 alkoxy group.
[화학식 1]
상기 화학식에서, X 및 Y는 같거나 다를 수 있으며, 독립적으로 수소, 히드록시 또는 C1-C4 알콕시기이며,
상기 스티렌 또는 그 유도체를 중합하여 폴리머를 제조하는 방법. A process according to any one of claims 1 to 4, which comprises the steps of: preparing styrene or a derivative thereof having the following formula (1); And
[Chemical Formula 1]
In the above formulas, X and Y, which may be the same or different, are independently hydrogen, a hydroxy or a C1-C4 alkoxy group,
Wherein the styrene or a derivative thereof is polymerized to produce a polymer.
14. The method according to claim 13, wherein the polymerization step comprises polymerizing the styrene or a derivative monomer thereof and at least one comonomer selected from the group consisting of acrylonitrile, butadiene, acrylic acid and methacrylic acid to produce a copolymer .
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