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틸라코이드 막의 광반응 최적화 조건 확립

초록/요약

광합성은 생물의 광기구를 통해 빛 에너지가 유기 화합물의 형태의 화학에너지로 저장되는 화학작용으로, 이를 이용한 CO2 고정방법의 개발은 미래 화석연료의 고갈 문제를 극복할 대안 기술로서 주목을 받고 있다. 따라서 현재의 낮은 광합성의 광전환 효율을 높이는 연구는 광합성을 이용하기 위한 모든 실험에서 핵심기술이 될 수 있다. 본 연구는 광합성 세균 Synechocystis sp. PCC 6803의 틸라코이드 막 (TM)을 추출 및 농축하여 고농도의 NADH를 생산하기 위하여 광기구의 광합성 효율을 높이는 최적의 조건을 확립하는 데 목적이 있다. Synechocystis sp. PCC 6803의 TM을 추출하여 광합성 여부 및 NADPH 생산 효율 측정을 통해 더 높은 효율의 광전환 유도 방법이 필요할 것으로 판단되었으며, 이를 위해 광기구에서 NADPH 생산에 중요하지만 TM 추출 과정에서 탈락되는 것으로 보이는 FNR 및 Fed 단백질을 첨가하였다. 높은 농도의 NADPH 생산을 유도한 후 이를 이용한 NADH의 생산을 하기 위해 UdhA를 첨가하여 NADH 생산량을 극대화 하였으며, 추출된 TM으로부터 생산된 NADH가 화학적으로 이용 가능한지의 여부를 알기 위하여 PDC/ADH를 이용한 에탄올 생산법을 TM 광합성 반응에 적용하였다. 또한, 이러한 반응을 오랜 기간 유지하기 위한 조건을 찾기 위해 protease inhibitor를 첨가하여 광합성에 필요한 단백질들의 안정성을 높이는 방법을 모색하였다. 이러한 방법으로 광합성 효율의 극대화 및 광반응의 최적화 조건을 확립하였다.

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초록/요약

Photosynthesis is a process used by plants and other organism to convert light energy into chemical energy through photosynthetic machinery. Here, photosynthetic carbon fixation has received attention as an alternative technology to solve the fossil fuel consumption in the future. Accordingly, optimization of photosynthetic efficiency can be key technology for artificial photosynthesis. In this study, thylakoid membrane isolated from photosynthetic bacterium Synechocystis sp. PCC 6803 and optimized photosynthesis conditions to produce high concentration of NADH. When TM fraction was irradiated, NADPH was generated and converted into NADH by a residual transhydrogenase activity in TM. Ethanol is then produced from pyruvate in the presence of NADH via serial reactions catalyzed by PDC and ADH. Exogenous addition of NADH to the light reaction mixture of TM significantly increased the amount of ethanol produced by PDC and ADH. It suggests that the production of NADPH and/or the conversion of NADPH to NADH might be limiting in the overall reaction. To optimize the production and conversion of these pyridine nucleotides, various recombinant enzymes were treated to the TM mixture. When a soluble transhydrogenase was supplemented, ethanol production was highly enhanced. Thus, NADPH generated from the irradiated TM fractions can be efficiently exploited in various NADH-requiring reactions by elevating the transhydrogenase activity.

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