벤젠은 납사분해과정에서 생성되며, 에틸벤젠, 큐멘, 페놀, 사이클로헥산, 아닐린, 아디프산, 카프로락탐, 클로로벤젠 등의 합성원료로 활용되고, 대장균의 AAA 생합성 대사경로에서는 DAHP synthase 효소가 AroF, AroG, 및 AroH 세 가지 형태로 존재합니다. 이들은 각각의 활성을 tyrosine, phenylalanine, tryptophan에 의해 피드백 억제(feedback inhibition)을 받습니다.
<h1>본 론</h1><h2>벤젠유래 화학원료물질</h2><p>납사분해과정에서 생기는 벤젠은 에틸벤젠, 큐멘, 페놀, 사이클로헥산, 아닐린, 아디프산, 카프로락탐, 클로로벤젠등의 합성원료로 사용된다. 그 중에서 \( 50 \% \) 이상은 폴리머 및 플라스틱의 원료인 스티렌(styrene)에 이용되는 에틸벤젠의 합성에 사용된다. \( 20 \% \)는 규멘을 거쳐서 페놀의 합성에 사용되며, 약 \( 15 \% \)는 나일론의 화학원료인 사이클로헥산의 합성에 사용된다. 한편, 페놀은 bisphenol-A, 페놀수지, 카프로락탐, 아닐린, 알킬페놀, 살리실산, catechol, hydroquinone, p-hydroxybenzoic acid등 범용화학, 정밀화학 및 특수화학제품의 원료물질을 생산하는데 사용되며, 합성섬유, 합성고무, 플라스틱, 제약, 살충제, 향신료, 염료, 코팅 등 다양한 분야에 광범위하게 적용된다.</p><h2>방향족화합물 생합성 대사경로</h2><p>모든 생명체에서 전체적인 방향족아미노산 생합성 대사경로는 phosphoenolpyruvate(PEP)와 erythrose 4-phosphate(E4P)의 축합반응에 의해 생성되는 3-deoxy-D-arabinoheptulosonate 7-phosphate(DAHP)로부터 시작하여 chorismic acid까지의 공통경로와 chorismic acid로부터 L-tryptophan, L-tyrosine, L-phenylalanine이 생합성되는 분지경로로 구성되어 있다. 대장균에서 AAA 생합성 대사경로의 첫단계 효소인 DAHP synthase는 효소활성이 각각 tyrosine, phenylalanine, tryptophan에 의해 feedback inhibition을 받는 AroF, AroG, 및 AroH 3가지가 존재한다. 이들 3가지 아미노산에 의해 저해를 받지 않는 변이 단백질들에 대한 연구가 많이 되었으며, 이러한 변이 유전자를 도입하여 AAA를 생산하는 응용연구가 많이 되고 있다. 분지경로의 경우 TrpE/D(anthranilate synthase), PheA(chorismate mutase/prephenate dehydratase), TyrA(chorismate mutase/prephenate dehydrogenase) 단백질이 각각 tryptophan, phenylalanine, tyrosine에 의해 feedback inhibition을 받는다. AAA 생합성경로의 유전자들은 대표적인 조절단백질인 TyrR 또는 TrpR에 의해서 transcriptional repression을 받는다. TrpR에 의해서 조절은 받는 유전자들은 aroH, trp operon, aroLM, tyrB, aroP, mtr, tyrP 등이 있으며, TyrR에 의해서 조절을 받는 유전자들은 aroF-tyrA, aroG, aroLM, tyrB, aroP, mtr, tyrP 등이 있다. 또한, trp operon과 pheA는 attenuation 기작에 의해서 추가적으로 그 유전자 발현이 조절을 받는다.</p><h2>화이트바이오텍기반 방향족화학원료 합성경로</h2><p>현재 생물학적인 공정으로 대체할 가능성이 있는 방향족화학원료로는 공통경로에서 유래되는 hydroquinone, catechol, adipic acid, shikimic acid, gallic acid, pyrogallol, vanillin과 chorismic acid 분지경로에서 유래되는 p-hydroxycinnamic acid, p-hydroxystyrene, p-hydroxybenzoic acid, salicyclic acid, p-aminobenzoic acid, indigo, indole 3-acetic acid 등이 있다. Shikimic acid의 경우 AAA 생합성 대사경로의 중간체로 직접 생산되며, catechol, vanillin, gallic acid, pyrogallol, p-hydroxycinnamic acid, p-hydroxybenzoic acid, indigo 및 indole 3-acetic acid 등은 이종 또는 동종의 유전자들을 과발현시켜 생산할 수 있으며, hydroquinone, catechol, adipic aicd의 경우 발효법과 화학적 합성법을 병행하여 이용하며, p-hydroxystyrene의 경우 발효법, 효소전환법 및 화학적 합성법을 함께 사용하여 생산될 수 있다.</p>