이 연구는 arbutin, salicin과 같은 당이 결합된 폴리페놀과 aesculin, polydatin, caffeic acid, vanillin, zingerone 등의 당이 결합되지 않은 폴리페놀을 이용해 배당체 합성 메커니즘을 탐구하였다. 연구 결과 amylosucrase가 당 부위의 수산기에 우선적으로 당을 전이하며, 당이 없는 폴리페놀에도 배당체를 합성할 수 있음을 확인하였다. 이로부터 amylosucrase를 이용한 신규 배당체 합성시 당부위에 우선 적으로 당을 전이시키며 폴리페놀의 입체배치가 Z 이성질체 형태를 이루는 폴리페놀 구조에도 배당체 합성이 가능할 것이라는 가설을 도출하였다. 이를 통해 복합기질을 사용하는 glycosyltransferase와 특정 폴리페놀에 특이적인 당 전이 효소외에도 다양한 폴리페놀 화합물에 대한 배당체 합성에 효과적인 촉매로 amylosucrase를 제안하였다.
<h2>결과 및 고찰</h2> <p>이전의 연구 결과로부터 당 전이 능력이 우수하다고 판단된 amylosucrase를 이용하여 21 종의 천연물 유래 폴리페놀을 수용체로 하여 다양한 폴리페놀에 대한 배당체 합성 능력을 검사하였다. Aesculin을 수용체로 시간별로 전이시켜 합성된 배당체를 TLC를 통해 확인하였다. 이 효소는 카테킨을 이용한 배당체 합성 연구에서 공여체와 수용체의 비율이 1: 1인 조건에서 \( 30^{\circ} \mathrm{C}, 12 \) 시간이 최적 당 전이 조건이라고 알려져 있었지만 6시간의 전이 유도 후 얻어진 당 전이 산물은 12 시간에서 생성된 전이 산물의 양과 크게 차이가 없는 것을 확인하였다. Aesculin에 대한 전이 반응은 aesculin의 phenolring이 \( 366 \mathrm{~nm} \) 에서 형광을 나타내는 것을 통해 쉽게 aesculin과 aesculin의 전이 산물을 확인할 수 있었다. Amylosucrase에 관해 알려진 기본적인 특성은 설탕을 기질로 이용하여 arbutin, salicin 등을 수용체로 폴리페놀 중 당이 결합된 위치(sugar moiety)에 포도당 한 개 또는 두 개를 \( a-1,4- \) glucosidic linkage로 전이시켜 배당체를 합성하는 것으로 알려져 있다.</p> <p>본 연구에서는 arbutin과 salicin 등의 구조와 기본적으로 유사한 aesculin 및 polydatin과 같이 당이 결합된 폴리페놀과 당이 결합되어 있지 않은 폴리페놀인 caffeic acid, vanillin, zingerone 등을 이용하여 배당체 합성의 기전을 연구하였다. Aesculin과 arbutin 같이 포도당이 결합된 폴리페놀을 수용체로 사용하였을 경우 하나 이상의 전이 산물이 확인되었으며, vanillin과 zingerone 같이 당이 존재하지 않는 폴리페놀을 수용체로 하였을 경우에도 하나 이상의 전이 산물이 확인되었다. 이것은 amylosucrase가 일반적으로 당을 포함하는 폴리페놀의 경우에는 당 부위(sugar moiety)의 수산기(hydroxyl group)에 우선적으로 당을 전이시키는 능력이 있다는 것을 알 수 있으며, 또한 당이 존재하지 않는 폴리페놀의 경우에도 이 효소가 배당체를 합성할 수 있다는 점을 확인한 연구 결과이다. 우리의 연구 결과는 비당체인 폴리페놀로 알려진 catechin을 수용체로 이전에 배당체를 합성하였다는 연구 결과를 확인하였다. 이렇게 합성된 폴리페놀 배당체는 자연계에서 존재하지 않는 새로운 형태의 배당체를 만들 수 있고, 이러한 새로운 배당체들이 기존의 폴리페놀 화합물들이 갖는 생리활성의 특성을 보다 개선할 수 있다는 점에서 큰 의의를 갖는다고 생각된다.</p> <p>자연계에서 존재하는 당이 결합된 폴리페놀의 구조는 당과 비당체의 결합 형태가 \( \beta \) 형태의 결합 구조를 취하는 반면,이 효소를 이용하여 합성된 배당체는 폴리페놀 비당체 부분에 당이 a 형태의 결합 구조를 갖는다. a 형태로 합성된 폴리페놀 배당체는 자연계에 존재하지 않는 새로운 물질이며, 당 전이를 통해 폴리페놀의 낮은 수용성을 증가시킬 수 있다는 점과 본래의 폴리페놀이 가지는 항산화, 항암, 항염증 및 미백과 같은 생리 활성을 향상시킬 수 있을 것이라 판단 된다. Amylosucrase는 위의 다섯 종류의 폴리페놀을 제외하고 당이 존재 하지 않는 다른 폴리페놀에는 배당체를 합성하지 못하였다(data not shown). 그 중, aloin, baicalin, hesperidin, rutin, 그리고 silymarin과 같은 분자량이 큰 물질은 효소의 기질 결합부위에 수용체가 steric hindrance에 의하여 받아들이기 어렵기 때문에 배당체 합성이 어려운 것으로 생각되며, morin의 경우 저해제로 관여하여 효소의 활성을 저해하여 배당체 합성이 불가능한 것으로 판단된다. 또한 phenol ring에 수산기가 존재하지 않는 cinnamic acid와 theophylline과 같은 폴리페놀에는 당을 전이시킬 수 없었다. 그러나 수산기가 존재하고 분자량도 크지 않은 4-hydroxy-cinnamic acid, ferulicacid, 그리고 linalool과 같은 폴리페놀 경우에도 전이반응이 일어나지 않았다. 전이가 가능한 수용체와 가능하지 않은 수용체의 구조를 정리하여 본 결과 다양한 폴리페놀 화합물에 대한 전이능 분석결과를 바탕으로 amylosucrase가 배당체 합성을 위해 수용체로 이용할 수 있는 폴리페놀들의 공통적인 구조적 특징을 파악할 수 있었다. Cinnamic acid와 4-hydroxycinnamic acid를 수용체로 사용한 전이 반응의 경우, 폴리페놀 전이산물은 합성되지 않았다. 하지만 두 폴리페놀과 구조가 유사하나 phenol ring의 3 번 탄소 위치에 수산기를 하나 더 가지는 caffeic acid의 경우 당 전이 산물을 확인할 수 있었으며, 합성된 배당체는 phenol ring 의 3번 탄소 위치에 당의 전이가 이루어졌을 것이라 예측할 수 있었다. Zingerone 또한 위의 세 폴리페놀과 구조가 유사하나 phe-nol ring의 3 번 탄소 위치에 methoxy기가 존재하는 차이로 인해 4 번 탄소 위치에 당을 전이시킬 수 있었던 것으로 생각된다. Vanillin의 경우 phenol ring과 작용기의 구조적 형태가 zingerone과 유사하여 vanillin의 phenol ring의 4 번 탄소에 당이 전이되었을 것으로 생각된다. Ferulic acid는 zingerone의 구조와 거의 유사하지만 phenol ring의 탄소에 methoxy기가 Z 형태를 이루는 zingerone과 달리 E 형태의 입체배치를 형성하는 차이로 인해 당이 전이 되지 않는 것으로 판단된다.</p> <p>위의 결과를 토대로 amylosucrase를 이용한 신규 배당체 합성시 전이 가능한 폴리페놀의 수용체 구조를 정리하면 당이 존재하는 폴리페놀에는 당부위에 우선 적으로 당을 전이시키고 phenol ring에 수산기가 하나 이상 존재하며 폴리페놀의 입체배치가 Z 이성질체 형태를 이루는 폴리페놀 구조에도 효과적으로 배당체 합성이 가능할 것으로 예상된다. 현재 당을 포함하지 않는 다양한 폴리페놀에 당쇄를 부여하는 효소는 복합기질을 사용하는 glycosyltransferase와 특정 폴리페놀에 특이적인 폴리페놀 당 전이 효소외에는 알려진 것이 없다. 그러므로 이 효소는 다양한 폴리페놀 화합물에 대한 배당체 합성에 매우 효율적인 촉매로 판단된다. 앞으로 배당체 합성 수율을 보다 더 증대시킬 수 있는 방법을 개발한다면 산업화에 활용 가능성이 높은 유용한 효소로 생각된다.</p>