논문 요약

본 연구에서는 glycerol 활용에서 가장 효율적인 bacteria로 알려진 Klebsiella pneumoniae의 glycerol dehydrogenase(KpGlyDH)의 생화학적 특성에 대해서 조사하였다. KpGlyDH는 glycerol의 dihydroxyacetone(DHA)로의 산화반응을 촉매하는데, 이는 glycerol metabolism pathway의 첫 단계이다. 특히, DHA는 상업적으로 가치 있는 화학 물질과 다양한 약물의 합성을 위한 precursor로서 활용가치가 높다. 따라서, KpGlyDH는 이와 관련해서 DHA 합성과 관련된 산업에 활용될 수 있다. 본 연구에서는 KpGlyDH를 과량 발현하여 정제한 후, 그 효소활성 과 관련된 특성들을 조사한 바, 최적 pH 및 온도, cofactor 선호도를 확인하였으며, glycerol을 포함한 여러 polyol substrate들에 대한 기질특이성을 조사하였다. 결과적으로 KpGlyDH는 그 활성이 pH 8.6과 10.0에서 최대였으며, NAD+에 대해 전적인 선호도를 보여 NADP+에 대해서는 활성이 거의 측정되지 않았다. 기질 특이성에 대해서는 glycerol에 대해 가장 높은 k_cat/K_m, value를 보였는데, 이는 racemic 2,3-butanediol의 3배 정도이며 ethylene glycol의 32배 정도였다. KpGlyDH는 size-exclusion chromatography analysis에 의해 8-mer와 16-mer 사이의 평형으로 존재하는 것으로 확인하였다. Circular dichroism spectroscopy를 사용한 thermal denaturation experiment에서는 KpGlyDH는 상당 수준의 열안정성을 보였으며 그 T_m이 83.4℃로 측정되었다. 이 연구에서 밝혀진 KpGlyDH의 생화학 및 분자적 특성들은 glycerol metabolism에 대한 향후 연구와 산업응용분야에서의 응용 연구에 기초 기반을 제공할 것이다.

교신저자

제1저자

연구실 소개

숭실대학교 구조생화학 연구실에서는 X-선 결정학을 이용하여 단백질 분자들의 삼차원 구조를 규명하고 생화학적, 생물리학적 분석들을 통해 그 구조-기능 상관관계를 해석하는 연구를 하고 있다. 사람의 몸 속에는 수 만개의 다양한 단백질들이 각기 다른 기능을 수행하면서 복잡다단한 생명현상을 만들고 있다. 본 연구실에서는 그 중에서도 암, 면역질환, 염증질환 등과 관련이 깊은 일군의 생체신호전달 단백질들의 구조와 기능을 생화학적 수준에서 규명하고자 노력하고 있다. 특히, 세포죽음과 단백질 분해 과정에 관여하는 APIP, FAF1, p97, Ufd1, Npl4 등의 단백질들을 집중적으로 연구하고 있다. 이로부터 얻어질 기초연구 결과들은 관련된 중요 질병들에 대한 새로운 치료 전략을 발굴하는데 중요한 정보가 될 것이다. 또한 본 논문과 관련하여, 산업적으로 활용가능성이 높은 몇 가지의 oxidoreductase 들의 생화학적 및 구조적 특성 연구를 진행하고 있다.

연구 분야

- Cell death 관련 단백질들의 구조적, 생화학적 특성 연구
- p97-Ufd1-Npl4 복합체의 구성원리 및 상호작용에 대한 구조적 기반 연구
- VCPMTase 등을 포함하는 새로운 클래스의 methyltransferase 연구
- 산업적 활용 가능한 oxidoreductase 특성 및 구조 연구