효소 화학변형을 통한 나노바이오촉매의 개발

Abstract

널리 알려진 것처럼 합성화학, 제약, 의학 분야에서 광학적으로 순수한 화합물을 얻기위해 효소를 촉매로 사용하고 있다. 효소는 유기용매에서 화학선택성, 입체선택성 및 자리선택성 등이 우수하다. 그러나 유기용매에서 여러 요인에 의해 낮은 촉매활성을 보이는 심각한 문제점을 안고 있다. 따라서 본 연구는 유기용매에서 효소의 촉매능을 향상시키는 방법을 개발하는 것에 중점을 두었다. 효소가 우수한 촉매능을 보이려면, 유기용매에서 뭉치지 않고 잘 분산되어야 한다. 본 연구에서는 효소의 분산을 증가시키기 위해 효소표면을 친수성과 소수성을 함께 갖고 있는 분자로 코팅시키는 전략을 세우고 이온성 액체와 이온성 표면활성제를 합성하고, 효소활성 증가효과를 조사하였다.이온성 액체 [cmvim][BF4]으로 코팅된 효소는 톨루엔서 분산이 잘 되었으며 그로 인해서 코팅이 안된 효소보다 활성이36배 증가하였다. 이온성 덴드론으로 코팅된 효소는 36-100배 높은 활성을 보였다.코팅된 BCL의 입자크기를 조사히기 위해 TEM, SEM 또는 AFM 분석과 DLS 측정 실험을 수행하였다. 톨루엔 상에서 1세대 나프탈렌 덴드론 효소의 입자의 크기는 직경 5-100 나노미터, DLS 실험에서는 1-2 마이크로미터 사이의 크기로 나타났다.BCL 효소들을 Fe3O4 나노입자와 혼합하였을 경우, 재사용이 가능하였으며 효소 활성이 20% 정도 감소하였다.이온성 표면활성제로 코팅된 효소의 유용성을 보여주기 위해 알파-아릴프로파아질 알코올의 DKR을 수행하였다. 알파-아릴프로파아질 알코올에 대한 DKR을 60℃에서 48시간 동안 수행한 결과, 수율 89% 이상, 광학순도 90% 이상의 알파-아릴프로파아질 아세테이트가 얻어졌다.DKR 생성물인 (R) 이성질체는 테트라뷰틸암모늄플루오라이드로 아세틸렌기에 붙어있는 트리메틸실릴기를 선택적으로 제거하여 (S)-알파-아릴프로파아질 아세테이트로 전환되었으며, 탈아세틸화는 THF와 인산염 완충용액의 혼합용매에서 LPS-C를 사용한 가수분해에 의해 이루어졌고, 탈아세틸화와 탈TMS화 반응은 광학순도의 손실없이 메탄올에서 탄산칼륨에 의해 동시에 달성되었다. DKR에서 관찰된 입체선택성을 Kazlauskas rule 로는 설명할 수 없었기 때문에 아래 그림과 같이 효소활성자리 모델을 갖고 설명하였다. 즉, TMS의 입체장애로 인해 배향A가 상대적으로 배향B보다 선호된다.