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한국응용생명화학회(구 한국농화학회)> Journal of Applied Biological Chemistry> 식물에 의한 납, 카드뮴 흡수 기작에 미치는 자유이온 및 유기산-중금속 복합체의 영향

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식물에 의한 납, 카드뮴 흡수 기작에 미치는 자유이온 및 유기산-중금속 복합체의 영향

Effects of free metal ions and organo-metal complexes on the absorption of lead and cadmium by plants

이미나 ( Mina Lee ) , 서병환 ( Byounghwan Seo ) , 김권래 ( Kwon-rae Kim )
  • : 한국응용생명화학회
  • : Journal of Applied Biological Chemistry 64권2호
  • : 연속간행물
  • : 2021년 06월
  • : 159-164(6pages)
Journal of Applied Biological Chemistry

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목차

서 론
재료 및 방법
결 과
고 찰
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토양 중 중금속은 자유이온, 유기산-중금속 복합체를 포함한 다양한 화학종으로 존재한다. 이 중 중금속 자유이온 비율은 식물체의 중금속 흡수와 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 중금속 자유이온과 유기산-중금속 복합체 존재 비율이 식물의 납, 카드뮴 흡수에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위하여 수행되었다. 이를 위해 순환식 양액재배 장치에서 28일간 키운 상추를 48시간 동안 납과 카드뮴 용액에 침지시키는 실험을 진행하였다. 침지 전 시트르산, 옥살산, 아세트산, 휴믹산을 이용해 납과 카드뮴 용액의 중금속 자유이온과 유기산-중금속 복합체의 비율이 100:0, 90:10, 70:30, 60:40이 되도록 조절하였다. 침지 후 상추 뿌리와 잎의 납, 카드뮴 농도를 분석한 결과, 용액 중 중금속 자유이온의 비율과 식물이 흡수한 납, 카드뮴 농도는 상관관계를 보이지 않았다. 반면에 처리한 유기산의 종류와 중금속 종류에 따른 차이가 더 큰 것으로 나타났다. 시트르산은 납 흡수는 증가시켰지만 카드뮴 흡수는 감소시켰다. 시트르산은 다른 유기산보다 상추의 납 흡수율을 높였는데 이는 시트르산이 분자량이 크기 때문에 중금속 이온과 복합체를 형성할 수 있는 용량이 더 크기 때문인 것으로 보인다. 그러므로 본 연구 결과는 식물에 의한 중금속 흡수가 단순히 자유이온의 양에 따라 달라지기 보다는 존재하는 유기산의 분자량에 의한 결합용량 차이가 중금속 종류에 따라 달리 작용하여 결정된다는 것을 보여준다.
Heavy metals exist in soils in various chemical forms including free metal ions and organo-metal complexes. The ratio of free metal ions has been known to be highly associated with the plant absorption of heavy metals. This study aims to understand the effect of free ions and organo-metal complexes on the absorption of lead (Pb) and cadmium (Cd) by plants. For this, lettuce grown in a hydroponic system for 28 days was consequently grown another 48 hours using Pb and Cd solutions. The ratios of free ion to organo-metal complexes in the solutions were adjusted at 100:0, 90:10, 70:30, 60:40 by four different organic acids (citric, oxalic, acetic, and humic acid). After that, the concentration of Pb and Cd in lettuce were analyzed. The Pb and Cd absorption by lettuce was more relied on the types of organic acids treated and the type of metals rather than the ratio of free metal ions. For example, citric acid increased the Pb absorption while it decreased the Cd absorption by lettuce. There was no significant relationship between free metal ion ratios and both Pb and Cd uptake by lettuce. It could be explained that citric acid, a relatively higher molecular weight organic acid, has higher ion binding capacity, so it forms organo-Pb complex easily due to the higher affinity of Pb on the binding site in comparison with Cd. Consequently, this complexation would assist Pb uptake by lettuce.

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간행물정보

  • : 농학분야  > 농화학
  • : KCI등재
  • : SCOPUS
  • : 계간
  • : 1976-0442
  • : 2234-7941
  • : 학술지
  • : 연속간행물
  • : 1999-2021
  • : 1433


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64권3호(2021년 09월) 수록논문
최근 권호 논문
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1고함량 사포나린 함유 보리 어린 순 재배를 위한 식물공장내 인공광 조건 및 사포나린 추출 분석법 최적화

저자 : 오경열 ( Kyeong-yeol Oh ) , 송영훈 ( Yeong Hun Song ) , 이득영 ( Duek-yeong Lee ) , 이태근 ( Tae-geun Lee ) , 김진효 ( Jin-hyo Kim )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 197-399 (203 pages)

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본 연구에서는 보리 어린 순의 기능성 성분인 saponarin의 정량적 추출을 위한 최적의 추출 분석 조건을 methanol, ethanol, acetonitrile 및 water를 대상으로 반응표면분석법을 통해 실시하였다. 이를 통해 용매의 농도, 추출 시간에 따른 saponarin과 색소 추출율을 확인한 결과, 53.7% methanol 수용액에서 3.9 h 동안 진탕추출하는 것이 높은 saponarin 추출율을 유지하면서, 불필요한 색소의 추출을 최소화하는 최적 추출조건으로 확인되었다. 보리 어린 순의 재배에 필요한 인공광의 saponarin 생성 영향 평가를 광 주기, 광량, 광질을 달리한 조건에서 시험한 결과, saponarin 고함유 보리 어린 순의 인공광 최적 재배 조건은 8 h day-1의 광 주기에서 6500K LED와 적색보광을 통한 총 광량 220-320 μmol m-2 s-1 에서 가장 효과적임을 확인 할 수 있었고, 청색광이 saponarin 생합성에 주요 인자로 작용함을 확인할 수 있었다.


Saponarin is a crucial component of barley sprout, and the production and quantitative analysis are issued to date. In this study, the optimal saponarin extraction conditions were presented on the subject of acetonitrile, ethanol, methanol, and water for the quantitative analysis in barley sprout through the extraction efficiency compared with the solvent concentration and extraction time using the reaction surface methodology. The optimal extraction time and solvent condition for saponarin were 3.9 h and 53.7% of aqueous methanol, respectively. In addition, the effect of LED artificial light on the saponarin production in barley sprouts was evaluated by the light cycle, light quantity, and light quality. The optimal cultivation conditions under artificial light for the growth of barley sprout and saponarin production were most effectively achieved on 220-320 μmol m-2 s-1 of the light quantity with 8 h day-1 of a daylight cycle under 6500K LED combined with red light. Furthermore, blue light was evaluated as the main factor in the biosynthesis of saponarin.

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2Molecular characterization and biological changes caused by Agrobacterium-mediated infiltration of PgTRX1

저자 : Seung Hyuk Choi , Ji Won Seo , Jae Geun Lee , Chang Yeon Yu , Eun Soo Seong

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 205-415 (211 pages)

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In order to test the functionality of Panax ginseng thioredoxin 1 (PgTRX1) isolated from fermented wild ginseng roots, a transient effect on physiological activity were performed over a short time frame using the Agrobacterium infiltration technique. The PgTRX1 gene isolated from fermented wild ginseng was confirmed to have a size of 579 bp, and the expression of PgTRX1 was the highest in the sample after 6 h of fermentation. As a result of constructing this gene and confirming the infiltration reaction mediated by Agrobacterium in tobacco leaves, it was found that the expression of the NbHSR203j gene was also induced as PgTRX1 expression increased. As a result of measuring the biological activity of the infiltration samples, the total phenol content increased by 35.45±1.84 to 49.01±1.84 μg GAE/mL compared to the control, and the total flavonoid amount of 9.52±0.41 to 9.82±0.25 μg QE/mL was slightly high. From these results, Agrobacterium-mediated PgTRX1 appears to be related to the hypersensitive response induction mechanism of plants and the production of secondary metabolites such as phenolic substances.

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3Characterization of the recombinant cellulase A from Thermotoga maritima

저자 : Chung Ho Kim

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 213-428 (216 pages)

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A gene encoding thermostable cellulase A (TmCelA) was isolated from Thermotoga maritima. The open reading frame of TmCelA gene was 774 bp long which predicted to encode 257 amino acid residues with a molecular weight of 29,732 Da. To examine the biochemical properties, the TmCelA was overexpressed in E. coli BL21, and expressed protein was purified. The optimum temperature of recombinant TmCelA was 90-95 ℃, and the optimum pH of recombinant TmCelA was approximately pH 5.0. Recombinant TmCelA was stable at temperature below 90 ℃.

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4Rhodobacter sphaeroides에서 5-aminolevulinic acid 생산에 대한 850 nm 근적외선 발광다이오드 조사 효과

저자 : 모상준 ( Sangjoon Mo )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 217-439 (223 pages)

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광감각제를 이용한 광역학 치료는 필요한 특정 부위에만 빛을 조사하여 치료 효과를 나타내는 부작용이 적은 방법이다. 5-aminolevulinic acid (ALA)는 다양한 생물체에서 합성되는 대표적 광감제로 암진단과 치료를 포함하는 다양한 분야에서 사용되고 있다. 본 연구에서는 다양한 파장의 LED, 유기산 전구체 및 glucose 농도 변화를 통한 Rhodobacter sphaeroides의 최적 성장 조건과 ALA 생산 조건을 확립하기 위한 실험을 진행하였다. 백열등과 동일한 광도 아래에서 Rhodobacter sphaeroides에 850 nm LED 빛을 조사하면 대조군 대비 균주의 성장과 ALA의 생산 농도를 각각 1.5배 및 1.8배 증가시킬 수 있고, 전구체로 pyruvic acid를 첨가한 경우 850 nm 파장의 LED만 조사한 경우 보다 ALA의 생산 농도를 약 2.8배 증가 시켰으며 동일 배양 조건에 40 mM glucose를 첨가하여 배양한 결과 Rhodobacter sphaeroides의 성장은 850 nm 파장의 LED 조사와 pyruvic acid를 첨가한 것에 비해 약 2.9배, ALA의 생산 농도는 약 3.4배 (20 mM) 증가되었다. 건조체 질량당 ALA의 생산은 20 mM과 40 mM glucose에서 대조군 대비 각각 약 1.4배 높은 결과를 나타냈다. 결론적으로 다양한 파장의 LED 중 850 nm 파장의 LED가 Rhodobacter sphaeroides의 성장률 및 ALA의 생산을 최대로 높였으며, 5 mM pyruvic acid와 40 mM glucose의 농도에서 최적의 Rhodobacter sphaeroides 성장과 ALA 생산을 확인하였다.


5-aminolevulinic acid (ALA) is a representative photosensitizer used in numerous fields including cancer diagnosis and treatment. In this study, experiments were conducted to optimize the growth of Rhodobacter sphaeroides and production of ALA through LED irradiation of various wavelengths, addition of organic acid precursors of ALA, and changes in glucose concentration. After 72 h cultivation, the 850 nm wavelength LED irradiated at the same light intensity as the incandescent lamp increased the growth of R. sphaeroides and the production of ALA about 1.5- and 1.8-fold as compared with the control, respectively (p <0.0001 and p <0.0001). As a result of culturing R. sphaeroides by irradiating an LED with a wavelength of 850 nm after adding organic acid to the final concentration of 5 mM in culture medium, the production of ALA was increased about 2.8- fold in medium supplemented with pyruvic acid compared with the control (p <0.0001). In addition, the growth of the strain and the production of ALA were increased about 2.9- and 3.4-fold in medium supplemented with 40 mM glucose compared to the control which added only 5 mM pyruvic acid, respectively (p <0.0001 and p <0.0001). The yield of ALA per cell dry mass was about 1.4 folds higher than that of the control in 20 and 40 mM glucose, respectively (p <0.001). In conclusion, the growth of R. sphaeroides and production of ALA were increased by 850 nm wavelength LED irradiation. It also optimized the growth of R. sphaeroides and production of ALA through organic acid addition and glucose concentration changes.

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5Cytochrome P450 and the glycosyltransferase genes are necessary for product release from epipyrone polyketide synthase in Epicoccum nigrum

저자 : Eun Ha Choi , Si-hyung Park , Hyung-jin Kwon

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 225-459 (235 pages)

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The epipyrone (EPN) biosynthetic gene cluster of Epicoccum nigrum is composed of epnC, epnB, and epnA, which encode cytochrome P450 oxidase, glycosyltransferase, and highly reducing polyketide synthase, respectively. Gene inactivation mutants for epnA, epnB, and epnC were previously generated, and it was found that all of them were incapable of producing EPN and any of its related compounds. It was also reported that epnB inactivation abolished epnA transcription, generating ΔepnAB. This study shows that the introduction of native epnC readily restored EPN production in ΔepnC, suggesting that epnC is essential for polyketide release from EpnA and implies that EpnC works during the polyketide chain assembly of EpnA. Introduction of epnC promoter-epnA restored EPN production in ΔepnA. The ΔepnB genotype was prepared by introducing the epnA expression vector into ΔepnAB, and it was found that the resulting recombinant strain did not produce any EPN-related compounds. A canonical epnB inactivation strain was also generated by deleting its 5′-end. At the deletion point, an Aspergllus nidulans gpdA promoter was inserted to ensure the transcription of epnA, which is located downstream of epnB. Examination of the metabolite profile of the resulting ΔepnB mutant via LC-mass spectrometry verified that no EPN-related compound was produced in this strain. This substantiates that C-glycosylation by EpnB is a prerequisite for the release of EpnA-tethered product. In conclusion, it is proposed that cytochrome P450 oxidase and glycosyltransferase work in concert with polyketide synthase to generate EPN without the occurrence of any free intermediates.

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6Protective effects of Camellia sinensis fruit and fruit peels against oxidative DNA damage

저자 : Joung-jwa Ahn , Tae-won Jang , Jae-ho Park

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 237-480 (244 pages)

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Camellia sinensis, Green tea, contains phenolic compounds that act to scavenge reactive oxygen species (ROS), such as catechin, epicatechin, etc. In contrast with the tea leaf, the bioactivity of its fruit and the fruit peels remains still unclear. This study focused on the effects of fruit and fruit peels of C. sinensis (FC and PC) against oxidative DNA damage in NIH/3T3 cells. The scavenging effects of FC and PC on ROS were assessed using 1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl or 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline- 6-sulfonic acid radicals. The measurement of ROS in cellular levels was conducted by DCFDA reagent and the protein expression of γ-H2AX, H2AX, cleaved caspase-3, p53, and, pp53 was analyzed by immunoblotting. The gene expressions of p53 and H2AX were assessed using polymerase chain reaction techniques. The major metabolites of FC and PC were quantitatively measured analyzed and the amounts of phenolic compounds and flavonoids in PC were greater than those in FC. Further, PC suppressed ROS production, which protects the oxidative stress-induced DNA damage through reducing H2AX, p53, and caspase-3 phosphorylation. These results refer that the protective effects of FC and PC are mediated by inhibition of p53 signaling pathways, probably via the bioactivity of phenolic compounds. Thus, FC and PC can serve as a potential antioxidant in DNA damage-associated diseases.

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7UPLC-QTOF-MS분석를 이용한 국내산 더덕 주산지의 표지물질 선정

저자 : 안영민 ( Young Min An ) , 장현재 ( Hyun-jae Jang ) , 김두영 ( Doo-young Kim ) , 백남인 ( Nam-in Baek ) , 오세량 ( Sei-ryang Oh ) , 이대영 ( Dae Young Lee ) , 류형원 ( Hyung Won Ryu )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 245-495 (251 pages)

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더덕(Codonopsis lanceolata)은 주로 한국, 중국 등 동아시아 지역에 재배되고 있으며, 더덕의 뿌리는 기침, 기관지염, 천식, 결핵, 소화 불량의 증상을 치료하기 위한 기능성 식품 및 전통 의학으로 사용되어져 왔다. 보고된 바에 의하면 phenylpropanoids, polyacetylenes, saponins, flavonoids와 같은 다양한 식물 천연물 성분들이 항비만, 항염, 항암, 항산화, 항미생물 활성과 같은 약리학적 작용에 관여한다고 보고되어 있다. MS기반 대사체학 분석을 이용한 주산지의 마커 성분을 선정하는 것은 다른 지역에서 재배된 약용 식물의 안전성뿐만 아니라 화학적 조성과 생물학적 효능의 변화와도 관련이 있기 때문에 부작용 없이 더덕의 유익한 효과만을 보장하는데 중요하다. 본 연구에서는 국내산 더덕의 주산지 특성을 구별하기 위해 UPLC-QTOF-MS를 기반으로 하는 대사체 프로파일링과 다변량 통계분석 기법인 PCA 분석을 수행하여 판별모델을 확립하였다. 그 결과 인제(강원도), 횡성(강원도), 무주(전라북도)의 3개 그룹이 PCA와 loading plot 분석결과 tangshenoside I, lancemaside A, lancemaside G는 더덕 주산지를 구별하기 위한 잠재적 대사체 마커들로 제안하였다.


Codonopsis lanceolata (Deoduk) was grown in East Asia, including Korea, China, Japan, and Russia, and the roots of C. lanceolata have been used as functional foods and traditional medicine to treat symptoms of cough, bronchitis, asthma, tuberculosis, and dyspepsia. The phytochemicals of C. lanceolata have been reported such as phenylpropanoids, polyacetylenes, saponins, and flavonoids that are involved in pharmacological effects such as anti-obesity, anti-inflammation, anti-tumor, antioxidant, and anti-microbial activities. Selecting marker substances of the main producing area by MS-based metabolomics analysis is important to ensure the beneficial effect of C. lanceolata without side-effects because differences in cultivated areas of plants were related not only to the safety of medicinal plants but also to changes in chemical composition and biological efficacy. In our present study, ultra-performance liquid chromatography quadrupole time-of-flight mass spectrometry combined with multivariate statistical analysis was applied to recognize the main producing area of C. lanceolata in South Korea. As a result of Principal Component Analysis and loading plot analysis of three groups, Inje (Kangwon-do), Hoengseong (Kangwon-do), and Muju (Jeonlabuk-do), several secondary metabolites of C. lanceolata including tangshenoside I, lancemaside A, and lancemaside G, were suggested as potential marker substances to distinguish the place of main producing area of C. lanceolata.

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8식물공장에서 생산된 새싹인삼의 크기에 따른 진세노사이드 함량 및 항산화 활성 비교

저자 : 황승하 ( Seung Ha Hwang ) , 김수철 ( Su Cheol Kim ) , 성진아 ( Jin A Seong ) , 이희율 ( Hee Yul Lee ) , 조두용 ( Du Yong Cho ) , 김민주 ( Min Ju Kim ) , 정재각 ( Jea Gack Jung ) , 정은혜 ( Eun Hye Jeong ) , 손기호 ( Ki-ho Son ) , 조계만 ( Kye Man Cho )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 253-513 (261 pages)

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본 연구에서는 식물공장을 통해 생산된 새싹인삼을 크기에 따라 분류하고 이를 지상부와 지하부로 나누어 진세노사이드 함량과 항산화 활성을 비교하였다. 지상부의 경우 총 phenolic 함량은 중간 크기인 M에서 5.16 GAE mg/g로 가장 높았으며 가장 큰 크기인 L에서 2.23 GAE mg/g으로 가장 낮은 함량을 보였다. 지하부 역시 M 크기에서 가장 높은 함량을 보였으나, 큰 차이를 보이지 않았다. 한편, 총 flavonoid 함량 역시 지상부(5.16 RE mg/g) 와 지하부(1.28 RE mg/g) 모두 M 크기에서 높은 함량을 보였다. 지상부의 주요 진세노사이드는 Re(20.33-24.15 mg/g) > Rd (11.36-27.42 mg/g) > Rg1 (4.48-5.54 mg/g) 순 있었고 지하부는 Rb1 (5.09-8.61 mg/g) > Re (4.48- 5.54 mg/g) > Rc (3.11-4.11 mg/g) 순 있었다. M 크기의 경우 Re와 Rd는 각각 지상부에서 24.15 mg/g과 27.42 mg/g 및 지하부에서 5.20 mg/g과 1.43 mg으로 약 4배와 19배 높은 함량을 보였다. 지상부에는 F3 및 Rh1이 검출되었으나, 지하부에서는 검출되지 않았다. DPPH (74.95%)와 ABTS (94.47%), hydroxyl (70.39%) 라디칼 소거 활성 및 FRAP (2.169) 활성은 다른 크기들보다 M 크기에서 가장 높은 활성을 보였다.


In this study, the ginseng sprout has produced through smart farm was classified according to its size and divided into above-ground (AG) and below-ground (BG) parts to compare ginsenoside contents and antioxidant activity. In the case of the AG part, the total phenolic contents were the highest at 5.16 mg/ g in medium (M) size and the lowest at 2.23 mg/g in largest (L) size. The BG part also showed the highest content in the M size, but there was no significant difference. Also, the total flavonoid contents were also high in the M size in both the AG (5.16 mg/ g) and BG (1.28 mg/g) parts. The major ginsenosides in the AG part were Re (20.33-24.15 mg/g) > Rd (11.36-27.42 mg/g) > Rg1 (4.48-5.54 mg/g) and the main ginsenosides in the BG part were Rb1 (5.09-8.61 mg/g) > Re (4.48-5.54 mg/g) > Rc (3.11-4.11 mg/ g) in orders. In the case of M size, Re and Rd were approximately 4- and 19-folds higher at 24.15 mg/g and at 27.42 mg/g in the AG part and 5.20 mg/g and 1.43 mg in the BG part, respectively. In addition, F3 and Rh1 were detected in the AG part, but not in the BG part. 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (74.95%), 2,4,6-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulphnoic acid) diammonium salt (94.47%), and hydroxyl (70.39%) radical scavenging activities and FRAP (2.169) assay were the highest in M size than other sizes.

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9The hyaluronan synthesis inhibitor 7-hydroxy-4-methylcoumarin inhibits LPS-induced inflammatory response in RAW 264.7 macrophage cells

저자 : Gwan Bo Kim , Chang-gu Hyun

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 263-530 (268 pages)

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7-Hydroxy-4-methylcoumarin (7H-4MC) inhibits hyaluronan production in multiple cell lines and tissue types both in vitro and in vivo. It is a commercially available drug approved for human use, called hymecromone, in European and Asian countries to prevent biliary spasms. Nevertheless, as the pharmacological efficacy of 7H-4MC has not yet been reported in macrophages, this study investigated its anti-inflammatory effects and mechanism of action using lipopolysaccharide (LPS)-induced RAW 264.7 macrophages. LPS-induced RAW 264.7 cells were treated with various concentrations of 7H-4MC (62.5, 125, 250, and 500 μM). The application of 7H-4MC significantly reduced nitric oxide and prostaglandin E2 production without cytotoxic effects. Additionally, 7H-4MC strongly decreased the expression of inducible nitric oxide synthase and cyclooxygenase. Furthermore, 7H-4MC reduced the production of proinflammatory cytokines, such as tumor necrosis factor-α, interleukin (IL)-1β, and IL-6. Finally, 7H-4MC exerted its potent anti-inflammatory actions via the upregulation of IκB-α production, which led to the inhibition of nuclear factor-κB (NF-κB) activity. These results, obtained in macrophage cell lines, suggest that 7H-4MC prevents inflammatory diseases via the NF-κB signaling pathway and that its use could be beneficial for human health. Ultimately, this is the first report describing the anti-inflammatory activity of 7H-4MC in a macrophage cell line.

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10Anti-adipocyte differentiation activity and flavonoid content determination by HPLC/UV analysis of tree sprouts

저자 : Juree Kim , Taewon Jang , Ji Hyun Kim , Hanna Shin , Jaeho Park , Sanghyun Lee

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 3호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 269-543 (275 pages)

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The in vitro anti-obesity activity of 12 species of tree sprouts in differentiated 3T3-L1 cells and the mechanisms underlying their activity were evaluated. (+)-Catechin and quercetin concentrations in the sprouts were analyzed by HPLC/ UV at 270 and 254 nm, respectively. Euonymus alatus (EAT) and Fraxinus mandschuria (FMS) extracts at doses of 50 and 100 μg/ mL inhibited the accumulation of lipid droplets in differentiated 3T3-L1 cells. Moreover, EAT and FMS downregulated the expression of the CCAAT/enhancer-binding protein-α, adipogenesisrelated proteins peroxisome proliferator-activated receptor-γ, and adipocyte P-2α in differentiated 3T3-L1 cells. Tree sprouts with an abundant flavonoid content exerted the highest anti-obesity activity. Concentrations of total flavonoids were the highest in FMS (24.281 mg/g DW) sprouts. These findings could be used to develop health-promoting functional foods or supplements derived from tree sprouts.

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1Neuroprotective effects of Paeonia lactiflora and its active compound paeoniflorin against Aβ25-35-induced neurotoxicity in SH-SY5Y cells

저자 : Mi Na Nam , Ji-hyun Kim , Ah Young Lee , Eun Ju Cho

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 106-113 (8 pages)

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Excessive accumulation of the amyloid beta (Aβ) peptide has been implicated in the pathogenesis of Alzheimer's disease (AD). Paeonia lactiflora (PL) has been used in treatments of several conditions such as inflammation, arthritis, and cognitive impairment. The purpose of this study was to investigate the neuroprotective effect and mechanisms of PL and its active compound, paeoniflorin (PF), on Aβ25-35-induced neurotoxicity in SH-SY5Y cells. We evaluated cell viability, lactate dehydrogenase (LDH) release and reactive oxygen species (ROS) production. Furthermore, underlying mechanism of PL and PF on the regulation of amyloidogenic pathway was analyzed by Western blotting. In our results, Aβ25-35-induced neuronal cell loss was observed, whereas treatment with PL (10, 50, and 100 μg/mL) and PF (1, 5, and 10 μg/mL) significantly elevated the cell viability, and decreased LDH release and ROS production. In addition, exposure of SH-SY5Y cells to Aβ25-35 significantly increased the protein levels of amyloid precursor protein (APP)-C-terminal fragment β, β-site APP-cleaving enzyme, and presenilin-1 and -2. However, treatment with PL and PF inhibited the amyloidogenic pathway via the down-regulation of those protein expressions. Taken together, our results indicate that PL, and its active compound PF, could protect SH-SY5Y cells against Aβ25-35-induced cell neurotoxicity by attenuating LDH release and ROS production, and these effects may be attributed to regulation of amyloidogenic pathway-related protein expression. In conclusion, PL and PF could be a potential to prevent neurodegenerative disorders such as AD.

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2상업용 올리브 잎 추출물의 화합물 특성과 이들의 oleuropein 함량 비교분석

저자 : 박미현 ( Mi Hyeon Park ) , 김두영 ( Doo-young Kim ) , 알판대니아르비안토 ( Alfan Danny Arbianto ) , 김정희 ( Jung-hee Kim ) , 이성미 ( Seong Mi Lee ) , 류형원 ( Hyung Won Ryu ) , 오세량 ( Sei-ryang Oh )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 113-142 (30 pages)

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올리브 (Olea europaea L.) 잎은 풍부한 폴리 페놀을 함유하고 있으며, 이는 항산화, 항균, 항 바이러스, 항암 활성을 연관시키고 혈소판 활성화를 억제하는 것으로 보고 되어있다. 올리브 잎은 건강기능성식품 및 기능성 화장품의 원료로 상업적으로 사용되고 있으며, 이러한 건강상의 이점은 올리브 잎의 주요 생리활성 물질인 oleuropein와 관련이 있다. Oleuropein은 항산화, 항노화, 항염증, 항암, 항미생물, 항바이러스, 항죽상동맥혈증, 지질 저하 효과, 혈당 저하 효과, 피부 보호 효과가 보고되어 있다. oleuropein이 올리브 잎의 중요한 화합물 임에도 불구하고 상업용 제품에서 oleuropein 함량을 밝히는 정량적 접근 방법은 아직 없다. 본 연구에서는 UPLC-QTof/MS, PDA, CAD로 개발된 방법을 이용하여 10개의 상업용 올리브 잎 추출물의 성분 및 oleuropein 함량을 분석 하였다. Iridoids (1, 3, 4, 14, and 16-18), coumarin (2), phenylethanoids (5, 9, and 11), flavonoids (6-8, 10, 12, and 13), lignan (15)을 포함한 총 18종의 화합물이 올리브 잎에서 예상되었다. 총 10종의 올리브 잎 추출물 분석은 3종의 제품(A, G, H)에서 제품에서 제시한 oleuropein 함량보다 높게, 5종의 제품(B, E, H, I, J)에서 5-10%의 오차범위로 나타났고 C, D에서 함량 미달로 검출되었다. 본 연구에서 oleuropein의 함량분석이 올리브 잎의 품질 관리에 도움이 될 수 있음을 판단하였다.

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3연잎(Nelumbo nucifera) 추출물의 in vitro 생리활성

저자 : 박은정 ( Eun Jung Park ) , 조혜원 ( Hye Won Cho ) , 박유진 ( Yu Jin Park ) , 인만진 ( Man-jin In ) , 김동청 ( Dong Chung Kim )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 121-125 (5 pages)

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연잎(Nelumbo nucifera)의 60% (v/v) 에탄올 수용액 추출물의 항산화, 혈장 항응고 및 α-glucosidase 저해 효과를 in vitro에서 확인하였다. 연잎 추출물의 수율은 35.3±1.1%이었고, 폴리페놀 화합물 함량은 186.2±5.2 μg gallic acid equivalents/mg으로 나타났다. 연잎 추출물은 농도에 비례하여 유리라디칼, 양이온라디칼 및 아질산염을 효과적으로 소거하였고 뛰어난 환원력을 보유하고 있었다. 또한 연잎 추출물은 농도 의존적으로 우수한 혈장 항응고 및 α-glucosidase 저해 활성을 나타내었다.

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4Variation in essential oil composition and antimicrobial activity among different genotypes of Perilla frutescens var. crispa

저자 : Hyun Ju Ju , Jun-hyoung Bang , Jong-wook Chung , Tae Kyung Hyun

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 127-136 (10 pages)

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Perilla frutescens var. crispa (Pfc), a herb belonging to the mint family (Lamiaceae), has been used for medicinal and aromatic purposes. In the present study, we analyzed the variation in the chemical composition of essential oils (EOs) obtained from five different genotypes of Pfc collected from different regions. Based on principal component analysis (PCA) and hierarchical cluster analysis (HCA), we identified three groups: PA type containing perillaldehyde, PP type containing dillapiole, and 2- acetylfuran type. To assess the correlation between EO components and antimicrobial activities, we compared classification results generated by PCA and HCA based on antimicrobial activity values. The findings suggested that the major compounds obtained from EOs of Pfc are responsible for their antimicrobial activities. Chemotypes of Pfc plants are essentially qualitative traits that are important for breeders. The present findings provide potential information for breeding Pfc as an antimicrobial agent.

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5개복숭아꽃과 매화꽃 추출물의 생물활성

저자 : 김미정 ( Mijung Kim ) , 박세연 ( Seyeon Park )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 133-140 (8 pages)

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본 연구에서는 개복숭아꽃과 흰색, 분홍색 매화 꽃의 항균 활성과 항산화, 미백 효과에 대해 알아보고자 하였다. 먼저, 3종의 꽃추출물들은 4종의 균주 중에 S. aureus에 대해 우수한 항균 활성을 나타냈다. 흰매화 클로로포름층은 0.5 mg/mL 농도에서 S. aureus에 대해 84%의 항균 활성을 보였고 개복숭아꽃과 분홍매화 클로로포름층도 0.5 mg/mL 농도에서 각각 49, 30%의 항균 효과를 나타냈다. 3종의 꽃추출물들은 P. aeruginosa에 대해서도 항균 효과를 보였다. 개복숭아꽃 클로로포름층과 분홍매화 클로로포름층은 0.5 mg/mL 농도에서 각각 36, 30%의 항균활성을 보였다. 이 추출물들은 S. epidermidis와 E. coli에 대해서는 항균 활성을 보이지 않았다. 3종의 꽃추출물들은 HaCaT cell의 생존에 크게 영향을 미치지 않았다. 분홍매화 증류수층은 20, 40 μg/mL 농도에서 항산화 효과를 보였다. 분홍매화 에틸아세테이트층도 40 μg/mL에서 항산화 효과를 보였는데 이는 글루타치온 보다 우수하였다. 꽃추출물들은 B16F10 cell의 생존율에는 영향을 미치지 않았다. 꽃추출물들의 미백 효과는 개복숭아꽃 클로로포름층 40 μg/mL에서 18%가 나타났다. 이러한 결과들을 바탕으로 3종의 꽃추출물들은 항균 활성과 항산화, 미백 효과가 있는 원료로 판단할 수 있었다.

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6Metabolic profiling reveals an increase in stress-related metabolites in Arabidopsis thaliana exposed to honeybees

저자 : Seung-a Baek , Kil Won Kim , Ja Ock Kim , Tae Jin Kim , Soon Kil Ahn , Jaehyuk Choi , Jinho Kim , Jaegyoon Ahn , Jae Kwang Kim

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 141-164 (24 pages)

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Insects affect crop harvest yield and quality, making plant response mechanisms to insect herbivores a heavily studied topic. However, analysis of plant responses to honeybees is rare. In this study, comprehensive metabolic profiling of Arabidopsis thaliana exposed to honeybees was performed to investigate which metabolites were changed by the insect. A total of 85 metabolites―including chlorophylls, carotenoids, glucosinolates, policosanols, tocopherols, phytosterols, β-amyrin, amino acids, organic acids, sugars, and starch―were identified using high performance liquid chromatography, gas chromatography-mass spectrometry, and gas chromatography-time-of-flight mass spectrometry. The metabolite profiling analysis of Arabidopsis exposed to honeybees showed higher levels of stress-related metabolites. The levels of glucosinolates (glucoraphanin, 4-methoxyglucobrassicin), policosanols (eicosanol, docosanol, tricosanol, tetracosanol), tocopherols (β-tocopherol, γ-tocopherol), putrescine, lysine, and sugars (arabinose, fructose, glucose, mannitol, mannose, raffinose) in Arabidopsis exposed to honeybees were higher than those in unexposed Arabidopsis. Glucosinolates act as defensive compounds against herbivores; policosanols are components of plant waxes; tocopherols act as an antioxidant; and putrescine, lysine, and sugars contribute to stress regulation. Our results suggest that Arabidopsis perceives honeybees as a stress and changes its metabolites to overcome the stress. This is the first step to determining how Arabidopsis reacts to exposure to honeybees.

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7Quantitative analysis of cordycepin in Cordyceps militaris under different extraction methods

저자 : Jungwon Choi , Leo Adrianne Paje , Baekjun Kwon , Jaekyu Noh , Sanghyun Lee

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 153-158 (6 pages)

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Cordyceps militaris (CM) is one of the most important medicinal mushrooms known to possess various biological activities. Cordycepin (CP) is a bioactive compound present in the fruiting bodies of CM and is known to have anti-tumor, anti-metastatic immunomodulatory and anti-inflammatory activities. In this study, we aim to analyze CP quantitatively under various CM extraction conditions. CP was measured using high-performance liquid chromatography, quantified using a reversed phase column using a gradient elution system of water and acetonitrile, and detected with a UV absorbance wavelength of 260 nm. The CP content of CM was the highest in 100% ethanol extract of the fruiting bodies and 60% ethanol extract of the mycelium. This study provides an efficient analysis method to determine the optimal extraction conditions for CP that can be used as a basis for developing functional foods and pharmaceutical products derived from CM.

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8식물에 의한 납, 카드뮴 흡수 기작에 미치는 자유이온 및 유기산-중금속 복합체의 영향

저자 : 이미나 ( Mina Lee ) , 서병환 ( Byounghwan Seo ) , 김권래 ( Kwon-rae Kim )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 159-164 (6 pages)

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토양 중 중금속은 자유이온, 유기산-중금속 복합체를 포함한 다양한 화학종으로 존재한다. 이 중 중금속 자유이온 비율은 식물체의 중금속 흡수와 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 본 연구는 중금속 자유이온과 유기산-중금속 복합체 존재 비율이 식물의 납, 카드뮴 흡수에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위하여 수행되었다. 이를 위해 순환식 양액재배 장치에서 28일간 키운 상추를 48시간 동안 납과 카드뮴 용액에 침지시키는 실험을 진행하였다. 침지 전 시트르산, 옥살산, 아세트산, 휴믹산을 이용해 납과 카드뮴 용액의 중금속 자유이온과 유기산-중금속 복합체의 비율이 100:0, 90:10, 70:30, 60:40이 되도록 조절하였다. 침지 후 상추 뿌리와 잎의 납, 카드뮴 농도를 분석한 결과, 용액 중 중금속 자유이온의 비율과 식물이 흡수한 납, 카드뮴 농도는 상관관계를 보이지 않았다. 반면에 처리한 유기산의 종류와 중금속 종류에 따른 차이가 더 큰 것으로 나타났다. 시트르산은 납 흡수는 증가시켰지만 카드뮴 흡수는 감소시켰다. 시트르산은 다른 유기산보다 상추의 납 흡수율을 높였는데 이는 시트르산이 분자량이 크기 때문에 중금속 이온과 복합체를 형성할 수 있는 용량이 더 크기 때문인 것으로 보인다. 그러므로 본 연구 결과는 식물에 의한 중금속 흡수가 단순히 자유이온의 양에 따라 달라지기 보다는 존재하는 유기산의 분자량에 의한 결합용량 차이가 중금속 종류에 따라 달리 작용하여 결정된다는 것을 보여준다.

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9칼슘과 마그네슘이 조절된 해양심층수가 신장세포에서 항산화에 미치는 영향

저자 : 조소민 ( So Min Jo ) , 남자인 ( Jain Nam ) , 박건희 ( Geonhee Park ) , 김병구 ( Byeong Goo Kim ) , 정귀화 ( Gwi-hwa Jeong ) , 허병석 ( Byung Serk Hurh ) , 김지연 ( Ji Yeon Kim )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 165-170 (6 pages)

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본 연구에서는 미네랄이 함유된 해양심층수(DSW)가 신장 기능에 미치는 항산화 효과를 세포 모델을 사용하여 확인하였다. DSW 샘플은 최적의 칼슘/마그네슘 비율을 결정하기 위한 목적으로, 각기 다른 칼슘 및 마그네슘 비율을 가진 4가지 샘플-미량 미네랄(TM), 고 마그네슘(HM), 고 마그네슘 저염(HMLS) 및 고 마그네슘 고 칼슘(HMHC)-로 준비되었다. 신장 세포주 HEK293를 2시간 동안 NaCl로 처리하여 ROS를 유도한 후, 마그네슘과 칼슘 등의 미네랄이 서로 다른 비율로 용해된 물로 처리하여 ROS 농도와 항산화 효소 활성 및 단백질을 측정하였다. 물 샘플 중 HMLS는 ROS에 대한 세포에 가장 많은 보호 효과를 나타냈다. 세포 내 글루타티온 함량은 HMLS 그룹과 HMHC 그룹에서 가장 높았다. 반면, TM과 HMHC는 항산화 유전자의 mRNA 발현에서 대조군과 유사한 경향을 보였다. 이러한 결과는 DSW가 과도한 나트륨 섭취로 인한 신장의 산화 스트레스를 예방하는 데 도움이 될 수 있음을 시사한다. 또한 ROS 농도와 항산화 마커 측정 결과를 종합하여 볼 때 HMLS 와 HMHC가 신장 세포 모델에서 우수한 항산화 효과를 가진 DSW 샘플이라고 판단할 수 있다.

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10알로에 베라 가공 부산물 추출물의 지방세포 분화억제, 미백, 항균 및 항산화 활성

저자 : 이성훈 ( Seong-hun Lee ) , 은창호 ( Chang-ho Eun ) , 백진홍 ( Jin-hong Baek ) , 김인중 ( In-jung Kim )

발행기관 : 한국응용생명화학회 간행물 : Journal of Applied Biological Chemistry 64권 2호 발행 연도 : 2021 페이지 : pp. 171-176 (6 pages)

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알로에는 화장품 및 약용 식물로 널리 사용되고 있는 식물로서 알로에 젤 추출물에서 항산화, 항암, 항 당뇨, 면역, 미백 등 여러 효과가 보고되었지만, 알로에 가공에서 발생하는 부산물을 이용한 연구는 많이 수행되지 않았다. 본 연구에서는 알로에 가공 과정에서 나온 부산물을 이용한 추출물이 기능성 바이오 소재로 활용될 수 있는지를 조사하였다. 먼저 믹서 추출물과 착즙 추출물 모두에서 세포 독성은 보이지 않았다. 3T3-L1 지방세포 분화의 억제는 믹서 추출물에서만 확인되었다. 믹서 추출물의 처리 농도에 따라 히알루론산 축적 및 Tyrosinase억제가 증가하는 것을 확인하였다. 믹서 추출물의 항균 활성은 Porphyromonas gingivalis 균주에서 관찰되었지만, Streptococcus mutans 균주에서는 관찰되지 않았다. DPPH 및 SOD 분석을 통한 항산화 활성은 믹서 추출물의 농도에 따라 증가하였다. 본 연구를 통해 알로에 부산물의 믹서 추출물은 지방 세포 분화억제와 보습, 미백, 항산화 효과가 있음을 확인하였으며, 건강 음료나 미용 마스크 등의 기능성 바이오 소재로 활용이 가능한 것을 시사하고 있다.

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