토양 미생물 Sinorhizobium meliloti 1021에서 유래한 SmMDH는 D-mannitol, D-fructose, D-sorbitol을 기질로 사용하는 \( \mathrm { NAD } ^ { + } / \mathrm { NADH } \)-의존형 MDH (EC 1.1.1.67) 효소로 확인되었다. 이는 탄수화물 대사경로 규명과 mannitol의 효소적 생산방법 개발에 학문적 기초를 제공할 수 있을 것으로 기대된다.
<p>기질에 대한 특이성을 확인하기 위하여 다양한 당알콜(D-mannitol, D-sorbitol, D-xylitol), 육탄당(D-glucose, D-fructose, D-galactose), 오탄당(D-arabinose, D-xylose) 기질에 대한 반응산물을 분석하였다. 결과적으로 D-mannitol과 D-fructose 사이의 상호 전환반응이 관찰되었으며, D-sorbitol을 L-sorbose로 전환하는 반응의 경우 D-mannitol과 비교하여 약 \( 85 \% \) 수준의 상대활성을 보였으나, 그 외의 기질에는 작용하지 않음을 확인하였다. 반면에 SmMDH와 \( 42.7 \% \)의 서열 상동성을 가지는 P. fluorescens MDH의 경우에 D-sorbitol 산화반응이 D-mannitol에 비해 더 높은 것으로 보고되었다. 따라서, SmMDH 효소는 D-mannitol, D-fructose, D-sorbitol을 기질로 이용하는 \( \mathrm { NAD } ^ { + } / \mathrm { NADH } \)-의존형 MDH (EC 1.1.1.67) 효소로 판단하였다.</p> <p>이상의 결과를 종합하여 토양 미생물 Sinorhizobium meliloti 1021에서 유래한 SmMDH는 전형적인 LDR 계열의 \( \mathrm { NAD } ^ { + } / \mathrm { NADH } \)-의존형 MDH임을 확인하였다. 이러한 SmMDH에 대한 연구 결과는 향후 식물 내 공생균의 탄수화물 대사경로 규명에 활용될 수 있으며, 산업적으로 활용 가치가 높은 mannitol의 효율적이고 경제적인 효소적 생산방법 개발에 학문적 기초를 제공할 수 있을 것으로 기대한다.</p> <h1>요 약</h1> <p>Sinorhizobium meliloti 1021 (KCTC 2353) 유전체로부터 mannitol dehydrogenase (SmMDH)로 추정되는 유전자를 클로닝하고, 대장균에서 대량 발현하였다. 이 유전자는 494개의 아미노산(약 \( 54 \mathrm { ~kDa } ) \)을 암호화하는 \( 1,485 \mathrm { ~bp } \) 의 염기로 구성되며, 기존에 보고된 long-chain dehydrogenase/reductase 계열 MDH 효소들과 약 \( 35-55 \% \) 의 아미노산 서열상동성을 나타내었다. 재조합 SmMDH의 최적 반응온도는 \( 40 ^ {\circ } \mathrm { C } \)이며, \( \mathrm { pH~ } 7.0 \)의 조건에서 최대의 D-fructose 환원활성, 그리고 \( \mathrm { pH~ } 9.0 \)에서 최대의 D-mannitol 산화활성을 보였다. 특히, 이 효소는 \( \mathrm { NAD } ^ { + } / \mathrm { NADH } \) 조효소의 존재 하에서 산화·환원 활성을 나타내며, \( \mathrm { NADP } ^ { + } / \mathrm { NADPH } \)는 조효소로 이용하지 못하였다. 결론적으로 SmMDH는 전형적인 \( \mathrm { NAD } ^ { + } / \mathrm { NADH } \)-의존형 mannitol dehydrogenase (EC 1.1.1.67)임을확인하였다.</p>