무세포 단백질합성 시스템 기반의 epoxide hydrolase는 광학활성 의약품 합성에 사용되는 고부가가치 중간체인 광학활성 에폭사이드를 diol로 분해-제거하는 생촉매로써 개발되는 광학활성 에폭사이드 제조기술에 중요한 역할을 한다. EH는 NADH등의 공동 인자를 요구하지 않으며, 안정된 구조를 갖고 있어 상업적으로 유용하게 활용될 수 있다.
<h1>무세포 단백질합성 시스템 기반의 epoxide hydrolase 발현 및 활성 분석</h1> <p>광학활성 에폭사이드(enantiopure epoxidc)는 광학활성 의약품 합성에 사용되는 고부가가치 중간체이다. 라세믹 에폭사이드의 \( (R) \)-과 (S)-이성질체에 대한 입체가수분해 할성 차이를 이용하여 톡성 이성질체만을 diol로 분해 - 제거함으로써 광학적으로 순수한 에폭사이드를 제조할 수 있다. 이러한 동력학 분할 (kinetic resolution) 방법은 저가의 라세믹 기질로부터 고부가가치 광학활성 에폭사이드를 제조할 수 있어, 산업화 가능성이 높은 기술이다. 유기합성적 동력학 분할법은 적용되는 기질이 제한적이며, 중금속 촉매 등을 사용하는 등 환경오염적 특성이 많아 이에 대한 대안으로 생촉매를 이용한 광학활성 에폭사이드 제조기술 개발이 활발히 진행되고 있다</p> <p>Epoxide hydrolase \( ( \mathrm { EH } ) \) 는 에폭사이드를 입체선택적으로 가수분해하는 효소로, \( \mathrm { NADH } \) 등의 cofactor를 \( \mathrm { R } \) 요구하지 않으며, whole-cell biocatalyst로 사용할 수 있으며, 안정된 구조를 가지고 있어 상업적 유용성이 높은 효소이다. 최근에 EH롤 이용하여 광학활성 styrene oxide, p-nitrostyrenc oxide, 3-hlorostyrene oxide 등을 고순도로 제조하는 기술이 개발되고 있으며, 다양한 기질에 대하여 활성이 있는 신규 \( \mathrm { EH } \) 생촉매들도 활발히 개발 중에 있다.</p> <p>유전자 library로부터 특정 효소 활성을 검색하기 위해서는 유전자를 단백절로 발현하여 그 특성을 평가해야 한다. Esdieridia coli 등 살아있는 미생물 숙주를 이용하여 후보 유전자들을 발현하는 경우, \( \mathrm { DNA } \) 를 숙주 세포에 형질 전환시킨 다음 세포를 배양하고, 배양된 세포로부터 목적 단백질을 분리하고, 분리된 단백질의 활성을 평가하는 등 여러 단계가 요구되므로 발현된 단백질의 특성 확인까지 시간이 오래 걸려 대용량의 유전자 library를 검색하기에는 효율직인 방법이 되지 못한다. 이러한 문제를 극복하기 위하여, 리보좀 등의 protein synthesis machinery를 추출한 cocktail 용액을 이용하여 in vitro에서 단백질을 합성하는 무세포 단백질 합성법(cell-free protein synthesis system)이 개발되었다, 무세포 단백질 합성법에서는 숙주세포 자체에 의한 외래단백질 발현을 저해하는 현상이 없으며, 반응조건을 조절하여 단백질 생산랑을 용이하게 변화시킬 수 있으며, 단백질 분해효소가 없으므로 발현된 단백질의 안정성을 높일 수 있으며, 무엇보다도 신속하게 유전자발현이 가능하다는 장점이 있다. 따라서 무세포 단백질 합성법은 후보 유전자를 신속하게 발현시킬 수 있으므로 신규 유전자 기능 규명에 효율적으로 사용될 수 있다. 그러나 광학활성 요소의 경우 무세포 단백질 발현환경에서 입체선택성을 주는 기질 binding site의 3차원 구조가 변경되어 입체선택성을 잃어버릴 수도 있다.</p>