기능성 실험법. 중간고사

목차

문제1. 0.5N HCl 250ml 만들기의 과정을 상세히 설명하시오.

　#조건: 함량(순도) 33%, D= 1.13, 분자량 36.5 인 HCl


문제2. 황산용액 2N 100cc(ml) 만드는 과정을 자세히 설명하시오.

　#조건 : 예상문제 제시 하실 때 알려 주시지 않아서 수업 실험시의 조건을 이용 했습니다.
　　　　　- 밀도(D) = 1.84, 함량(순도) = 98%인 황산(Sulfuric acid), 분자량 =98


문제3. 2차대사산물에 대해 정의 하시오.

　1. 이차대사산물(二次代謝産物, Secondary Metabolite)
　2. 2차대사산물 개요
　3. 이차대사산물의 종류
　4. 산업적으로 이용 가능한 2차 대사산물

본문내용

법은 계대배양에 따른 소요시간이 지나치게 많이 걸린다는 단점을 안고 있다
이러한 단점은 세포괴에서 유래한 현탁배양으로부터 원형질체를 유리하여 얻어진 콜로니 수준에서 고생산세포주를 선발하면 해결될 수 있다. 그러나 식물의 종류에 따라서는 유리된 원형질체가 콜로니로 배양하는데 기술적인 어려움을 갖는 경우도 적지 않다.
2) 배양조건의 적정화
; 일반적으로 이차대사산물의 생산은 배양세포의 증가와 시간적 간격을 두고 증가한다. 세포의 증가와 완전히 연계되어 증가하는 이차대사산물이 없지 않으나 연계되어 있을 때는 이차대사산물의 생산성 증대는 세포의 증가에 의해 결정되므로 단순히 후자의 현상을 보다 적극적으로 수용하여 배양조건을 적정화하는 전략이 2단계 배양법이다. 즉 첫 번째 단계에서는 암모니움 이온(NH4+), 인산이온(PO3-) 등의 무기염의 농도를 높이고 2, 4-D와 같은 합성 옥신을 넣은 배지에서 세포의 증가를 가속화하면 세포는 탈분화된 상태를 유지하며 이차대사산물의 생산성은 낮다. 이들 세포를 무기염의 농도가 낮고 IAA(3-인돌아세트산)와 같은 천연 오옥신을 넣은 배지에 옮겨주면 세포의 증가 속도는 낮아지고 세포가 형태적 혹은 생화학적으로 분화되면서 이차대사산물의 생산성이 증가된다.
그러나 최근에는 무기염의 농도를 첫 번째와 두 번째 단계의 중간정도로 하고 NAA( -나프탈레인 아세트산)와 같이 2,4-D와 IAA의 중간 수준의 옥신의 생리학적 효능을 가진 생장조절제(합성 호르몬)를 첨가한 단일단계 배양후기에 멸균된 곰팡이 균사와 같은 유인제(elicitor)를 넣어주거나 혹은 고온, 저온, 고농도 염분 등과 같은 무생물적 스트레스(abiotic stress)를 가하여 세포양이 최대치에 이르렀을 때 동일 배양조에서 이차대사산물의 최대치를 얻는 방식이 개발되고 있다.
3) 모상근을 이용한 2차 대사산물의 생산
; 2차 대사물의 식물체내에서의 분포를 보면 많은 생약에서 볼 수 있는 바와 같이 뿌리나 잎, 꽃잎 등 식물체의 극히 한정된 부위에서만 합성, 축적되어 있는 것이 많아 형태형성 혹은 분화와 밀접한 관계가 있음을 알 수 있다. 그래서 형태적으로 분화되지 않은 캘러스세포보다는 부정아, 부정근 등을 유도하여 기관배양 을 통한 물질생산을 시도하고 있다. 예를 들면 tropane alkaloids는 뿌리를 분화하고 있는 세포주에서 잘 생산되고 아편 알칼로이드는 경엽을 분화하는 세포주에서 함량이 많아진다. 형태형성을 유도하는 것으로서 생산고가 높아지는 것에 대한 몇 가지 예가 보고되고 있는데 두 가지 문제가 있다. 하나는 부정근이나 부정아를 유도하기 위해 배지에 첨가하는 식물호르몬이 목적물의 생산량을 저하시키는 경우인데, 특히 옥신에 서는 2,4-D등이 저해적이라는 것이다. 이 점을 해결하기 위한 방법은 후술하는 Ti, Ri 플라스미드의 이용이다. 특정한 유전자(시토키닌이나 옥신등의 합성을 조절하는 유전 자)를 식물세포에 도입하는데 따라 식물세포 자신의 호르몬을 필요량만큼 생산시켜 자율적으로 부정근이나 부정아를 형성시킬 수 있다. 또 하나의 문제는 형태를 형성한 상태에서는 작은 식물체를 취급하는 것이 되기 때문에 대량배양에 있어서 산소의 보급이나 빛의 조사 등을 충분히 할 필요가 있다는 것이다. 이 점의 해결을 위해서는 식물에 적합한 배양기를 개발할 필요가 있다. 더욱이 생산성을 높이기 위해서는 유전자도입을 시도하는 것도 가능하다. 그러나 식물의 유용 2차 대사물은 일반적으로 단백질이나 펩티드가 아니고 많은 효소의 촉매에 의해 특정한 저분자물질이 변화되는 복잡한 물질이며 단지 유전자만을 도입하는 것이 좋다고는 할 수 없다. 이와 같은 유용 2차 대사물의 생산성을 유전자도입에 의해 효율화하기 위해서는 우선 근본이 되는 저분자물질을 필요량만큼 공급할 수 있도록 개량하는 것이다. 다음으로 필요한 것은 기질에서부터 목표하는 물질이 합성되는 과정을 촉매하는 효소중에 중요한 작용을 연출하는 효소 (그 효소의 작용 강도가 반응과정 전체의 강도를 결정하고 있는 효소-키 효소라 부름)의 유전자를 분리한다. 그리고 그 효소량이 늘어나도록 유전적으로 수정한 후에 개량하고 자 하는 식물세포에 도입하면 된다. 예를 들면 안토시안을 생산하려면 기질이 되는 페닐 알라닌이 항상 공급될 수 있도록 하는 것이 필요한데 들연변이에 의해 유도되는 예도 있다. 다음은 페닐알라닌으로부터 안토시안이 되는 과정을 촉매하는 효소안에 키 효소라고 생각되는 페닐알라닌, 암모니아리아제나 칼콘신타아제 등의 유전자를 분리하여 유전적 수정을 가한 후에 페닐알라닌을 대량으로 생산할 수 있는 세포에 도입하면 된다.
한편 이러한 연구의 일환으로써 배양세포보다 성장이 훨씬 빠르고 정상조직과 동일한 성분의 2차 대사산물을 함유하는 모상근을 이용하게 되면 단위시간 당 얻을 수 있는 대사산물량이 높기 때문에 최근에는 모상근을 유도하는 Agrobacterium rhizogenes를 이용하여 목적하는 식물 의 각 부위로부터 모상근을 유도, 배양함으로써 유용한 2차 대사산물을 다량, 효과적으로 얻으려는 시도가 많이 이루어지고 있다. Agrobacterium rhizogenes에 의하여 형질전환된 모상근은 유전적인 면과 생화학적인 면 모두에서 매우 안정성이 있으며 물질 함유량 및 성분이 모식물체에서 와 동일하거나 오히려 높은 경우도 있어 2차 대사산물의 획득에 좋은 재료로 활용할 수 있고 그 가능성도 높은 것으로 보여진다.
이와같은 Agrobacterium rhizogenes는 agropine형 root inducing plasmid를 가지고 있으며 이 플라스미드 상에는 TL-DNA와 TR-DNA가 존재하고 TR-DNA상에는 opine합성에 관여하는 유전자와 옥신 합성 유전자가 위치하고 있다. 또한 TL-DNA상에는 rol A-D라 불리는 4개의 기능 유전자가 존재하고 있으며 rol B, C, D 유전자 중 어느 하나가 불활성화되면 모상근이 형성되지 않는 것으로 보고되어 있다.
6. 참고문헌
- 생약학 1998. 생약학연구회. 학창사.
- 식물생리학 2001. 권덕기 외. 을유문화사
- 재배식물 생리학 2003. 편집부. 예하미디어.

키워드

2차대사산물 ,   기능성 실험법,   중간고사,   HCl 250ml 만들기