Major in Food Biotechnology, Division of Bioindustry Silla University

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1 Major in Food Biotechnology, Division of Bioindustry Silla University
Lab. Of Enzyme & Food Biotechnology Food Enzyme Technology Food Enzyme Technology 식품효소공학 Sang-Jae Lee Major in Food Biotechnology, Division of Bioindustry Silla University

2 CONTENTS 1 효소의 역사 및 특성, 필요성 효소의 발견 및 연구 캡스톤디자인 및 개강총회 장학금 설명
Silla Univ. Lab. Of Enzyme & Food Biotechnology Food Enzyme Technology CONTENTS 1 효소의 역사 및 특성, 필요성 1.1 효소의 발견 및 연구 1.2 효소의 특성 1.3 효소의 산업적 필요성 및 실제 적용을 위한 전략 1.4 연습문제 캡스톤디자인 및 개강총회 장학금 설명

3 ‘효소’라는 명칭: ‘ferment’에 그 어원.
예를들면, ‘화학적 효소(chemical ferment)’, ‘생물 효소(living ferment)’, ‘소화 효소(digestive ferment)’ 등으로 분류. 17 C말 Stahl은 “어떤 물질을 분해하는 힘을 가진 ‘fement’에 의하여 ‘발효(fermentation)’가 일어난다”고 주장 (발효라는 말은 라틴어의 끓어 오른다는 ‘fervere’로부터 온 것으로 알려짐).

4 1833년 전분에서 자당으로 전환시키는 열에 약한 물질
맥아 추출물의 알코올 침전물에서 발견 ( Payen과 Persoz). 현재 amylase로 불림, diastase라고도 명명함. Pepsin, polyphenol oxidase, peroxidase, invertase 와 같은 효소들은 19세기 중반에 알려짐. 1855년 Schoenbein은 식물내의 효소(peroxidase)가 과산화수소 존재하에서 구아검(gum guaiac) 용액을 갈색에서 푸른색으로 변하게 하는 원인이 됨을 서술. 1860년 Berthelot는 효모 내의 효소인 invertase를 발견.

5 1878년 Kuhen은 무기 및 유기발효의 명칭을 피하기 위해 enzyme이란 용어의 사용을 제안.
그리스어, in yeast(효모 안에) 1894년 Fischer는 ‘열쇠와 자물쇠 이론(lock and key theory)’ 을 발표: 효소-기질 특이성. 1913년 Michaelis와 Menten: M-M equation 제안. 1926년 Sumner에 의해 urease의 결정화에 성공. 1959년 Koshland의 유도 적합(induced fit)개념. 1960년 Sanger: ribonuclease에 대한 1차구조 결정.

6 효소의 특징 촉매작용 기질 특이성 적정 온도 적정 pH

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8 효소의 촉매 작용 효소의 촉매작용은 활성화 에너지를 낮추어주며, 무기촉매(백금)보다 효과적인 경우 그만큼 빠른 시간내에
반응이 이루어짐 ③ 생체 내에서 촉매작용을 한다. 화학반응이 일어나려면 최소한 에너지인 활성화 에너지 (activation energy)가 필요하다. 효소 자신은 반응의 전후에서 변화하지 않으면서 활성화 에너지를 낮춤으로서 생체 내 화학반응의 속도를 높여준다. 따라서 효소의 촉매작용은 활성화 에너지를 낮추어주며, 무기촉매(백금)보다도 효과적인 경우이다. 그만큼 빠른 시간안에 반응이 이루어진다

9 기질 특이성 ② 기질특이성이 있다. 효소 + 기질 ↔ 효소, 기질 복합체 ↔ 효소, 산물
  효소  +  기질  ↔  효소, 기질 복합체  ↔  효소, 산물 효소의 기질 특이성에 대하여 근본적으로 생각하면, ‘하나의 효소는 하나의 화학반응만을 촉매한다’라는 사실에 기본을 두고 있다. 즉, 하나의 효소가 촉매로 작용하는 기질에는 여러 가지의 선택적 특이성이 있다. 이것을 기질 특이성이라 한다.   ex) 절대적 특이성 이라 할 수 있는 열쇠-자물쇠 관게를 그림으로 보여주고 있다 이외에도        상대적 특이성 상대적군 특이성       광학적 특이성

10 유도 접합설(induced fit model) 의 한 예로서 베타- 아밀레이스의 작용이다
아밀로스가 두개의 포도당 단위 즉 맥아당을 끊어 주는 효과를 보여주고 있다. 베타-아밀레이스는 당화효소로서 비환원당 말단부위로부터 맥아당 단위로 끊어 주는 효소이다.

11 광학적 기질 특이성 기질 특이성중 광학적 특이성을 보여 주는 한 예이다
NAD 의 평면에 대하여 수소원자가 위쪽에 붙어 있는 것을 탈취하는 경우는 A 구룹으로 alcohol dehydrogenase, lactate dehydrogenase, malate dehydrogenase 등이 있으며 , NAD 의 평면에 대하여 수소원자가 아래쪽에 붙어 있는 것을 탈취하는 경우는 B 구룹으로 glycerol-3-phosphate dehydrogenase, glucose dehydrogenase 등으로 나뉘어 진다.

12 효소의 기질 특이성 효소의 기질 특이성 갈락토오스에 어떤 종류의 aglycone이 결합하느냐에 따라
효소의 기질 특이성이 어떻게 차이가 나는가를 보여주는 관계이다. aglycone에 따라 Km, Vmax 값이 상이하게 차이를 보여줌 aglycone의 구조 형태에 따라서 반응속도상에 차이가 발생됨을 알 수 있슴 Km값이 작으면 그만큼 효소와 기질간의 결합이 빠르게 이루어짐

13 Glycone 의 특이적 성질(알파-, 베타-형)
효소의 기질 특이성 글루코오스에 어떤 종류의 aglycone이 결합하느냐에 따라 효소의 기질 특이성이 어떻게 차이가 나는가를 보여주는 관계로 알파형이냐 베타형이냐에 따라 달라질 수도 있슴.

14 Configuration Ring의 크기
효소의 기질 특이성 기질의 configuration에 따라서 반응속도가 달라질 수 있슴 Ring의 크기나 형태에 따라서도 효소와의 결합 가능성이 달라짐

15 효소반응에 영향을 미치는 인자 최적 pH 및 최적 온도 (2) 기질 농도의 영향 (3) 효소 농도와 반응 생성물의 영향
(4) 저해제(Inhibitor)와 활성제(Activator)

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18 효소 활성도 단위 1 unit : 1분동안에 1 μmol의 기질을 전환하는 효소 활성. 1 katal(kat) : 1초 동안 기질 1 mol을 변화시키는데 필요한 효소량(1 mol/s = 1 kat)으로서, 효소활성도 1 unit = nkat 효소의 반응 회전수(turnover number): 효소 농도만이 속도 조절인자인 경우에 1개의 효소분자(또는 1개의 촉매 단위)에 의해 단위 시간당 생성물로 전환되는 기질 분자의 수

19 효소의 활성도를 측정시 갖추어야 할 조건 촉매되는 반응의 전체적인 반응식
효소의 활성도를 측정시 갖추어야 할 조건 촉매되는 반응의 전체적인 반응식 기질의 소멸 혹은 생성물의 형성을 정량하기 위한 분석법 효소가 금속이온이나 보조효소와 같은 보조 인자를 필요로 하는지의 여부 효소 활성의 기질 농도에 대한 의존성, 기질에 대한 Km 값 저장 안정성(storage stability) 및 반응중의 안정성(operational stability)을 위한 효소의 최적 pH 및 온도 범위에서 Km 값보다 훨씬 높은 포화에 가까운 기질 농도(기질농도의 약 20배 이상)에서 실시되어야 함

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22 조절 효소(Allosteric enzyme):
조절 부위에 특이적인 대사 산물이 결합하면, 효소 단백질의 입체적인 구조(conformation)가 변화하여 저해되기도 하고 촉진되기도 하면서 효소의 촉매작용 속도가 조절되는 것 동위 효소(Isozyme): 반응 특이성이라든지 기질 특이성은 동일하지만 다른 분자 구조를 가지고 있는 경우

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24 효소의 산업적 필요성 및 실제 적용을 위한 전략 STEP 2 STEP 3 STEP 4 연구 목표 설정 α-amylase 선정
전분으로부터 생산되는 물엿, 올리고당 및 포도당은 식품첨가물 및 원료로 널리 사용되는 기본적인 소재로서 주로 효소반응에 의해 생산된다. STEP 2 STEP 3 STEP 4 연구 목표 설정 α-amylase 선정 Click to add text ASADAL Click to add text ASADAL Click to add text ASADAL 효소반응 첫 단계 전분을 액화, 호화 전분을 액화시키는 고온공정( α-amylase = 액화효소)

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