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효소enzyme 효소의 산업적 응용이 대부분 식품용 효소의 응용에서 시작되었기 때문에 이 분야에 대한 연구는 많이 되어 왔다.
2013-08-22 17:26:50
이엠생명과학연구원

기능성 효소의 산업적 응용현황

효소는 고도의 초정밀성, 특이성, 선택성 및 고효율성의 특성을 가져서 인간이 영위하고 있는 다양한 산업에 이용이 확대되고 있을 뿐 아니라, 기능면에서는 산화환원, 전이, 가수분해, 이탈 및 부가, 이성화와 합성반응을 촉매하는 일반적인 기능은 물론이고 고온, 고압, 유기용매하의 반응 등 특수한 상황에서도 반응하는 특성으로 산업적 적용범위가 무한하기 때문에 미래 산업용제제로 활용가치가 높은 품목이다. 효소의 산업적 이용은 약 130여 년전 송아지의 위에서 치즈 제조시 사용되던 응유효소인 rennet를 제조하는 데에서 기인되었고, 이외에 전분을 당화시키는 당분해를 이용한 식품제조에 주로 사용하다가, 근래에는 의약품제조, 정밀화학품제조, 특수용도의 식품의약품(Nutraceuticals) 및 화학품을 제조하는데 사용되면서, 그 사용범위가 확대되었다. 주변기술의 획기적인 개발은 종래에 가격적인 차원에서 사용 불가능했던 효소를 산업적으로 사용 가능하게 했는데, 대표적인 기술로 유전자 조작기술, 단백질공학기술 및 기타 생물공학기술의 획기적 발전을 예로 들 수 있다.

신개발된 기술에 의한 효소의 획기적인 생산은 의약 및 정밀 화학산업의 효소이용이 화학적 및 물리적 방법에 비해서 상대적으로 값비싼 공정인 단점을 극복할 수 있을 뿐 아니라, 효소 이용 공정이 인류가 요구하는 무공해, 저에너지 공정을 실현시킬 수 있기 때문에 효소이용 산업은 반드시 개발되어야 분야로 평가받고 이에 따른 기술의 활용 범위도 확대되고 있다.

효소이용 신공정을 개발하려면 종래에 기존효소에 대한 연구가 주로 고역가 효소원의 탐색기술이라면 첨단산업요건을 추가하기 위해서는 기존효소의 고역가탐색에 신반응성, 신특성, 및 신이용성이 추가된 신기능효소의 탐색과 탐색된 효소의 대량생산기술 및 효소를 이용한 신효소 이용 공정개발이 중요하다. 이러한 신기능 효소를 이용한 연구결과는 초정밀화학 제품생산을 하는 화학공업, 신기능 의약품개발의 의료산업, 기능성식품 및 고부가가치식품소재를 개발하는 식품산업, 난분해물질을 처리하는 환경산업, 그외 Biosensor등의 특수산업을 창출하는 등 산업적 응용이 큰 과제로 차세대 산업을 선도하는 중요한 범위로 판단한다.

 

① 식품용 효소

효소의 산업적 응용이 대부분 식품용 효소의 응용에서 시작되었기 때문에 이 분야에 대한 연구는 많이 되어 왔다. 효소의 식품가공에의 사용은 syrup 제조, 맥주 등 알콜발효, 낙농, 제빵, 과일 및 야채쥬스, 곡물가공, 식품보존, 계란가공, 식품유지가공, 생선가공, 향기 및 맛 제조, 동물사료 등 많은 분야에 사용되고 있는데, 여기에 대표적으로 사용되는 효소는 표 3-1.에 나타난 바와 같다.

한편, 세계 식품효소시장은 평균 4% 성장세를 기록하고 있다(Decision Resources사 예측). 식품용도별 효소의 시장점유 상황은 옥수수 가공용이 약 40%, 낙농산업용이 약 34%, 음료산업이 약 10%를 차지하여, 이들 분야가 전체 식품효소의 약 84%를 점유하고 있다. 그 나머지는 주류산업 및 기타 식품산업 등의 용도에 분포해 있다.

 

식품공업에 사용되는 효소의 종류

사용용도

사용되는 효소

효소원

물엿, 포도당,

syrup

α-amylase,β-amylase,dextranase glucoamylase, glucose isomerase

세균, 곰팡이

방선균

알콜발효

(맥주, 주정)

α-amylase,β-amylase,dextranase glucoamylase,cellulase, pectinase

세균,곰팡이

낙농제품

rennet, chymotrypsin, lactase, lipase, penicillinase, invertase

동물, 세균

곰팡이, 효모

제빵 및 제과

α-amylase,β-amylase, protease

glucoamylase, lactase

곰팡이

과일 및 야채쥬스

pectinase, naringinase, hesperinase

곰팡이

육류가공

papain, bromelain

식물

계란가공

glucose oxidase, catalase,

곰팡이, 방선균

식품유지

lipase,

세균, 곰팡이

생선가공

protease, amylase, cellulase

식물, 세균

향료 및 맛제조

protease, amylase, lipase,

식물, 세균

동물사료

amylase, cellulase, protease,

lipase, phytase, hemicellulase

곰팡이, 세균

 

또한, 국내 식품용 효소 시장규모는 전체효소시장의 22%의 비중을 보이고 있는데, 이 가운데 양조공업용 효소는 식품용 효소시장의 33%의 비중을 차지한 것으로 분석된다. 이처럼 양조공업에는 곰팡이와 세균에서 얻어진 여러 종류의 α-amylase, glucoamylase, glucanase, protease 등이 사용되며, cellulase, pullulanase, pentosanase 등은 제조수율 증대시 또는 밀?수수 등을 보조원료로 사용할 때 이용된다. 주정용 효소는 대부분 조효소 형태이며, 정제효소 사용 시에도 주로 다른 효소와 혼합해 사용되고 있다. 이는 순수 알콜 제조만이 목적이 아니고 특색 있는 맛과 향을 내기 위한 것으로 풀이된다.

그러나, 이러한 조효소제품과 자체제조 koji를 사용하는 것은 전체 공정관리측면에서 바람직하지 못하고, 발효기간의 단축, 처리공정개선 등 발효공정 개선과 원가를 절감하기 위해 공정상 생화학적인 특성을 검토, 정제효소 사용법으로 대체가 필요한 것으로 분석되고 있다. 특히, 주정공업에서 요구되는 개발방향은 먼저 발효수율 향상을 위해 비발효성 당 생성이 적은 효소개발이 요구되며, 공정을 단축할 수 있는 내열성 효소 개발과 공정이 간단하고 비용이 적게 드는 무 증자 알콜발효용 효소의 개발이 시급하다는 지적이 지배적이다. 전분당공업용 효소시장은 식품공업용 효소시장의 57%를 차지해 높은 비중을 보인 것으로 분석되고 있다.

전분당공업은 전분원료를 산 또는 효소처리로 가수분해 또는 전환시켜 포도당, 과당, maltose 및 이들의 혼합물을 제조하는 것으로 최종산물은 제과, 제빵, 양조, 알콜공업 및 감미료 원료로 사용된다. 전분당화공정은 액화, 당화 및 이성화공정으로 나눌 수 있는데 전분당공업에 상용되는 α-amylase, glucoamylase 등은 국산효소가 주로 사용되고 있다. 그러나, 내열성 α-amylase, 이성화효소 등은 전량 수입에 의존하고 있는 가운데 내열성 α-amylase는 지속적으로 수요량이 증가하고 있는 것으로 나타났다. 이는 효소처리시 95~100℃를 유지함으로서 전분노화에 의한 효소분해 저해작용을 방지하는 효과가 있으며, 전분당공업에 사용되는 효소는 25~30%가 내열성 α-amylase인 점을 감안하면 그 중요성은 높아질 것으로 평가되고 있으며, 따라서 활발한 연구활동이 필요하다는 전문가들의 지적이다.

또 감미료 원료로서 수요가 높아지는 과당 제조용 이성화효소, glucoamylase 와 pulluanase의 특성을 혼합한 dextranase 등의 제품개발도 신속히 이뤄져야 한다는 지적이다. 제과?제빵 및 육가공 공업용에는 주로 papain, bromelain, neutral protease가 사용되고 alkaline protease와 amylase는 거의 사용되고 있지 않는 것으로 나타났다.

한편, 제과?제빵 및 육가공 공업용에는 효소작용에 의해 밀가루내의 전분 및 단백질인 글루텐을 분해, 가공시켜 제과?제빵의 품질인 글루텐을 분해, 가공시켜 제과?제빵의 품질을 향상시키며 이외에 필요에 따라 발효성 당을 증가시키는 glucoamylase, 전분노화 방지를 위한 내열성 α-amylae, 기타 cellulase, hemicellulase, glucanase, pentosanase 등의 사용이 가능한 것을 평가된다.

쥬스공업용 효소시장에서는 주로 pectinase 등이 사용되고 있다. 유가공 공업용 효소시장에서는 주로 rennet, chymotrypsin, lactase 등이 사용되고 있다. 지금까지 양조공업용, 전분당공업용 등의 용도로 사용되는 효소이외에는 malic acid, succinic acid, tartaric acid 등의 유기산 제조용 효소와 각종 올리고당 제조 및 스케비아 감미료의 쓴맛 제거시에 사용되는 전이효소류 등이 있는 것으로 알려지고 있다.

 

② 세제용 효소

세제용 효소는 1913년 Otto Rohm이 pancreatin과 탄산소다로 Burnus란 효소세제를 개발하였지만, 세제에 사용되는 pretease가 사람의 피부에 allogen으로 작용한다는 보고 이후, 급격히 사용빈도가 줄었지만, microencapsulation이란 기술의 개발로 효소가 직접 피부에 닿지 않게 하는 기술과 화학세제로 인하여 심각한 환경오염문제가 대두하게 됨에 따라서 1960년대 이후, alkaline protease를 이용한 효소세제의 상품화가 빠른 속도로 진척되었다. 세제용 효소의 개발과 판매매출의 관계를 살펴보면, 1960년도 후반에 allogen의 발견으로 세제용 효소의 시장이 급격히 축소되었다가, 1971년경에 효소의 과립화의 성공으로 시장이 증가하여 실용화가 되었고, 1976년경에 amylase의 세제사용으로 더욱 효소사용이 증가하였고, 1980년경에는 1968년의 세계 효소세제 시장규모로 회복되었다.

1984년경에 alkaline cellulase를 세제에 이용하였고, 1989년에는 alkaline lipase를 효소세제에 이용하고 있다. 1994년경의 세계의 세제용 효소의 시장은 초기의 최대 효소세제의 판매에 해당되는데 250%이상 증가하고 있으며, 현재도 점차, 빠른 속도로 증가하고 있다. 현재는 식기세척용으로 효소세제를 사용하려는 움직임이 커지고 있어서 내열성 amylase, lipase, protease를 이용하려는 움직임이 있고 여기에 대한 세제용 효소의 시장도 점차 커지고 있다. 세제용 효소에 사용되는 효소의 종류와 적정 반응조건은 아래와 같다.

 

세제용효소와 적정반응조건

효소의 종류

생산균주

반 응 조 건

pH

온도

내성

Protease

Amylase

Cellulase

Lipase

Bacillus licheniformis

Bacillus amyloliquefacience

Bacillus No AH101

Bacillus licheniformis

Humicola insolens

Bacillus sp. KSM-635

Humicola lanuginosa

Aspergillus oryzae

알칼리

중성,알카리

중성

알칼리

알카리

알카리

저온,중온

고온

고온

중온,고온

중온,고온

계면활성제

bulider

계면활성제

계면활성제

 

③ 섬유ㆍ펄프 및 피혁공업용 효소

최근 섬유산업에서도 효소의 사용이 점차 증가하고 있다. 가장, 대표적인 예가 Trichoderma viride의 cellulase를 이용한 청바지의 염색에 대한 연구동향으로는 초기의 cellulase에 대한 연구가 분해하여 glucose를 이용하려는 분야에서 청바지의 indigo의 색소를 마모시켜서 자연스러운 색상을 연출하는 stoning process에서 마모용 모래인 abrasive stone 대신 cellulase를 사용하는 biostoning 공정이 개발되어서 저렴한 비용과 직물에 잔존 stone을 제거할 필요가 없고, 처리시간 감소로 기계의 처리능력을 20-30% 증가시킬 수 있게 될 수 있어서, cellulase에 대한 수요가 급격히 증가하게 되었다. 또한 양모의 경우도 섬유에 존재하는 불순물을 강산과 기계적 마찰로 제거하는 carbonisation 공정도 효소를 사용하는 Biocarbonsation 공정이 개발되고 있다.

이와 더불어, 직물에 있는 보풀을 제거하는 연마공정(polishing)도 cellulase, protease를 사용함으로서 염색의 명확도, 색상의 선명도, 표면촉감, 구김저항도, 유연도를 향상시키는 기술이 완료되어서 여기에 대한 효소의 이용도 점차 늘어나고 있다. 펄프의 경우는 불순물인 hemicellulase 및 lignine을 제거하여 펄프의 질을 높이기 위해서 xylanase, ligninase을 처리하는 방법을 개발하였고, 펄프제조시 나무에 존재하는 수지(fat)가 펄프 제조시 문제점을 야기하여 펄프제조공정을 곤란하게 하기 때문에 수지를 분해하는 lipase를 처리하는 공정이 개발되었다. 신문지 등 인쇄된 종이를 재생시킬 때도 알칼리상태에서 비누방울을 이용하는데, alkaline cellulase를 이용해서 ink를 제거하는 탈묵과정도 효소를 이용해서 제거할 수 있는 효소탈묵법이 개발되고 있다.

피혁공업은 대표적인 환경공해유발 산업이어서 이 문제를 해결하기 위해서 침지, 탈모, 탈지공정에 강산을 사용하는 대신 protease와 lipase를 사용하는 공정이 개발되고 있다. 초기에는 효소의 가격 면에서 타당성이 맞지 않아서 사용이 어려웠는데, 근래는 유전자조작기술과 생물공학기술을 포함한 신기술의 산업체의 도입과 강력한 고능력 탐색(High throughput screening)을 통한 기능에 맞는 새로운 효소의 개발은 효소의 신응용분야로의 확대를 가능하게 하고 있다.

 

④ 화학공업용 효소

효소는 생체내의 생화학 반응을 촉진시키는 촉매이다. 효소반응이 상온?상압에서 일어난다는 점과 자연계에 수많은 종류의 유기물질이 존재함은 효소촉매 작용의 힘이 막대함을 대변한다. 효소가 유기화합물 합성에 촉매로서 사용될 수 있는 가능은 효소의 여러 장점에 기인하고 있는데 효소의 촉매 효율성은 비슷한 반응조건하에서의 비효소적(nonenzymatic) 화학반응에 비해 무려 108~1014배나 되며 기질에 대한 특이성, 광학 활성에 대한 특이성, 화학구조상의 특정부위에 대한 특이성 등의 특성이 있어 화학 촉매반응에 비해 반응의 선택성이 매우 높다.

그러나, 이러한 많은 장점에도 불구하고 효소촉매의 실제 산업적 응용범위가 제한적인 것은 효소를 유기합성 공정의 촉매로 사용할 경우 나타나는 여러 가지의 문제점들 때문에 기인하고 있다. 즉 단백질의 일종인 효소는 열이나 산, 알카리에 매우 약하며, 유기합성에 흔히 사용되고 있는 유기용매 등에 의해 쉽게 변성이나 불활성화가 일어나게 된다.

또한 반응기질이나 생성물에 의해 효소활성이 저해되는 경우가 많기 때문에 반응기질 또는 생성물의 농도를 증가시키는데 제한을 받음으로서 화학공정에 비해 상대적으로 희석된 상태에서 반응하게 되며, 또한 효소를 이용한 합성반응에서는 많은 경우 ATP나 NAD 와 같은 조효소를 필요로 하여 공정이 복잡하게 되고 경제성을 낮추는 한 요인이 되고 있다. 이외에도 효소의 기질 특이성이 경우에 따라서는 제한된 기질의 사용만을 허용하기 때문에 유사한 구조를 갖는 저렴한 반응기질의 사용 등에 제한적 요소가 되기도 한다.

그러나 최근 유전공학, 단백질공학 및 효소화학 등 기초 학문분야의 눈부신 발전과 생물공정 분야의 기술개발로 이러한 문제점들을 크게 개선시킬 수 있을 것으로 전망되고 있어 효소공학 분야의 응용가능성이 새로운 각도에서 재조명되고 있다. 특히 자연상태에 적합하도록 되어 있는 효소를 산업적 목적에 적합하도록 변형시키는 효소의 새로운 신기능 개발과 비수용성(non-aqueous) 효소반응기 기술개발 등 효소기능의 활용기술개발은 효소 촉매의 이용에 혁신적인 변혁을 가져올 것으로 기대되고 있어 주목되고 있다.

즉 최근까지의 효소반응은 상온?상압등 온화한 조건하에 수용액 상태에서 생체 내에 일어나는 자연반응을 이용하는 것이 거의 대부분이었으나 최근 1980년대에 들어서 기존의 효소반응의 개념을 벗어난 인위적, 비자연적 상태에서의 효소반응에 대해 연구한 결과 새로운 효소 반응의 특성이 밝혀지면서 종래의 효소 촉매반응과 구별되는 nontraditional biocatalysis의 개효소촉매의 장단점

 

개발된 시기별 생물촉매의 특장점 비교

구 분

근대 효소

최근개발 효소

생물촉매

반응메디아

반응환경

반응형태

천연효소

수용성 용매

상온조건

정상반응

개조 혹은 합성효소

•효소조작 •인공(합성)효소 •촉매항체

•화학적 개조효소

비수용성 메디아

•유기 biphasic system •미수계 유기단계

•초임계용액

극한상황

•고온 •고압 •극한 pH •높은 염도

비정상 반응

•비천연 기질 •예기치 못한 반응

 

⇒ 펩타이드류의 효소적인 생산은 aspartam을 예로 들 수 있는데, 화학적 생산시는 유기용매와 산의 사용으로 잔류성 문제와 생산시 α-,β-form이 생성되어 쓴맛 성분의 β-form을 제거해야 하지만, 효소인 protease을 사용할 시는 α-form만 생산되는 장점과 mild한 조건에서 생산할 수 있는 장점 때문에 Bacillus thermoproteolyticus 가 생산하는 thermolycin을 사용한다. 항생제의 합성은 가장 대표적인 예가 페니실린으로부터 penicillin acylase를 사용하여 6-aminopenicillanic acid (6-APA), cephalosporin C로부터 D-aminoacid oxidase를 이용해서 7-aminocephalosporanic acid (7-ACA)를 생산하는 공정이 개발되었다.

범용화학제재의 효소적인 생산의 대표적인 예는 acrylamide의 생산을 들 수 있는데, 화학적인 방법은 acrylonitrile로부터 구리촉매로 수화시키는 방법을 사용하는데, 효소법은 nitrile hydratase을 이용 직접적으로 생산하는 방법을 개발하였다. 효소의 유기화학합성의 응용은 비수계에서 효소가 역반응인 합성이 가능한 원리를 이용하여 유기화학합성에 중요한 단위체인 block나 광학활성 단위물을 생산하는 공정을 개발하고 있는데, 주로 사용하는 효소는 lipase, aldolase, alcohol dehydrogenase를 사용하고 있다. 광학활성의약품은 1990년 총 세계의약품 시장에 10%, 1995년 21%를 차지하였고, 2000년은 35%를 차지할 것으로 예상하고 있어서 2000년 세계시장을 100억불로 예상하고 있어서 이 분야의 효소의 응용은 급격히 증가하고 있다.

 

⑤ 의료용 효소

 

A. 치료용 효소

인체의 질병을 치료하기 위해서 사용되는 효소를 의료용 효소로 정의할 수 있는데 의료용효소는 크게 진단용효소와 치료용 효소로 대별할 수 있고 치료용으로 사용되는 대표적인 효소의 종류는 표 3-5와 같다. 종래 치료용 효소로는 소화효소제가 대부분을 차지하였지만 항소염효소를 비롯한 혈전분해 효소, 항종양 효소, 순환계용 효소 등이 개발되어 질병의 치료에 이용됨으로 비약적인 발전을 하게 되었다.

이와 같이 효소에는 각종 질병의 치료에 유용한 것이 많지만 아직 개발되지 않은 것도 상당히 많다. 그러나 최근에는 효소 생산이 어렵고, 아직 임상에 응용되지 못했던 극히 미량 존재의 효소나 인체형 효소를 유전공학적 방법을 이용하여 쉽게 생산할 수 있게 되었기 때문에 장래에는 여러가지 유용한 효소가 개발되어 치료용 약품으로서의 이용이 가능할 것이다.

소화효소는 소화기의 질환, 소화기 수술 후의 이상 증상의 개선을 목적을 투여하는 소화효소는 각종 기원의 amylase, cellulase, protease, lipase 등으로 구성되어 있으며 각 효소의 최적 pH 안정성, 기질 특이성, 온도 안정성 등은 각 효소의 기원에 따라 각각 다르다. 일반적으로 소화효소는 그 기원에 따라 동물성(pepsin, pancreatin 등), 식물성(diastase, 파파인 등), 미생물성(takadiastase, lipase 등)으로 분류된다. 디아스카이제나 판크레이틴 등 단독으로 이용되는 경우와 수종의 소화효소가 배합되어 이용되기도 한다.

혈전분해효소는 생체내의 혈관계가 손상을 받게 되면 혈액은 응고현상을 일으켜 지혈되며, 여기 생성된 혈전은 자연히 분해된다. 이와 같이 혈액중의 응고-분해계는 효소의 작용에 의해 균형을 이루고 있는데 이 균형이 깨어져 혈전의 분해 기능이 저하되면 이로 인해 여러가지 증상이 유발된다. 최근 식생활의 변화와 함께 혈관장애에 의한 사망자 수가 급증하고 있기 때문에 혈관장애의 주된 요인인 혈전의 치료는 대단히 중요한 과제이다.

혈전분해효소는 작용 기전에 따라 크게 두가지로 나눌 수 있는데, 첫째 혈전에 직접 작용하여 fibrin을 용해시키는 단백분해 효소제와 둘째, 인체의 혈액 분해계를 활성화시키는 효소제로 나눌 수 있다. 단백분해효소제로는 brinase, papain, ochrase, trypsin, plasmin 등이 있으나 이러한 단백분해효소제들은 정맥 주사로 주입시 무작위적인 단백분해효과로 혈전 외에 혈전생성인자들까지 파괴하여 출혈을 일으킬 수 있어 매우 독성이 강해 거의 쓰이지 않고 있으며, 대신 인체의 혈전 분해를 촉진시키는 효소제인 streptokinase, urokinase 등이 일반적으로 사용되고 있다.

 

 

치료용 효소의 종류

분 류

기 원

종 류

소화효소

동물성

식물성

세균성

Pepsin, Pancreatin, Chymotrypsin 등

Diastase, Papain 등

Takadiastase, Lipase, Cellulase 등

소염효소

동물성

세균성

Trypsin

Serratiopeptidase, Pronase, SK/SD,

Lysozyme 등

혈전분해효소

-

Streptokinase, Urokinase,

Prourokinase, tP-A, Eminase

항종양효소

세균성

L-asparaginase

기타효소

-

Kallidinogenase, Elastase, Tyrosinase,

DNase, Carboxylase, 진단용 효소

 

 

⇒ 혈전 내에 생긴 피브린이 용해하여 혈전이 용해되는 현상은 혈장중의 plasmin의 작용에 의한다. 플라스민은 일종의 세린 프로테아제이며, 혈액 중에는 존재하지 않고 불활성전구체 형태인 plasminogen으로서 혈장 중에 함유되어 있다. 혈전 용해는 위와 같은 기작에 의해서 일어나는데 실제로는 플라스민 저해제 등에 의한 혈전 방해 등의 문제가 있다. 또 플라스민이 피브린에만 작용하도록 하지 않으면 출혈 등의 부작용을 일으킬 수도 있다. 따라서 플라스미노겐과 활성제가 피브린에 흡착하여 여기서 플라스민이 생기게 하면 매우 이상적이기 때문에 혈전 용해에 플라스미노겐 활성제를 사용하는 경우가 점점 늘어나고 있다. 이러한 plasmonogen activator 활성을 가진 것으로는 streptokinase, urokinase, single chain prourokinase, trypsin, staphylokinase, TPA 등이 있다.

중요한 혈전분해효소의 예로는, Streptokinase(SK)는 Hoechst-Roussel과 Kabi에 의해 제조된 것으로 용혈성 연쇄상 구균의 배양액에서 발견된 효소로서 플라스미노겐을 직접 활성화시키며, 플라스민으로 변화시킨다. SK는 본래 외래성 물질이기 때문에 인체 내에서 항원성을 가지고 있어 인체에 투여할 경우 발열, 알레르기, 저혈압 유발 등의 부작용을 일으키게 된다. 그러나 SK는 대량 생산이 용이하고 가격이 urokinase나 TPA보다 휠씬 저렴하며, 현재 항원성이 있는 부분을 없애거나 아실화하는 연구가 진행되고 있어 장래 혈전을 용해하는 치료제로서 기대되고 있다.

Urokinase는 1964년 일본의 녹십자에 의해 인뇨로부터 처음 공업화되었는데 최근 태아 콩팥세포의 조직배양으로 생산하는데서 최근은 유전자조작에 의해서 대량생산이 가능하게 되었으며, 국내에서는 녹십자 등에 의해 생산되고 있다. Urokinase는 인체의 콩팥 세포에 의해 만들어져 뇨중에 배출되며, 항원성이 없고 발열의 부작용이 없다. Urokinase는 일종의 세린 프로테아제이며, 플라스미노겐에 특이적 친화력을 가지고 활성화하는 인자로 저분자형(M.W. 33,000)과 고분자형(M.W. 54,000)이 있으며 고분자형의 활성이 높다. Tissue Plassminogen Activator (TPA)는 분자량 72,000의 세린 프로테아제의 일종으로 two-chain polypeptide로 구성되어 있다.

TPA는 피브린에 특이적으로 반응하여 플라스미노겐과 복합체를 형성하여 강력한 혈전 용해 작용을 나타내기 때문에 유로키나아제보다 출혈 등의 부작용이 적다. TPA는 이미 구미에서 유전공학적 방법에 의해 대량생산되고 있으며 또한 광범위한 임상실험이 진행되고 있는 등 혈전증치료에 각종 각광을 받고 있다.

소염진통 효소제는 생체 내에 외래성 유독물질이 침입하면 방어기작이 작용하게 되는데, 이 방어기작의 대표적인 물질이 백혈구계의 식세포인 마크로파지이다. 마크로파지의 방어기작 과정에서 염증이나 통증을 유발하는 물질이 분비되면 이러한 염증성물질 혹은 괴사조직을 제거해 주는 것이 소염효소이다. 소염효소제는 다당체 분해효소와 단백분해효소에 의한 제제로 나눌 수 있다.

다당체 분해 효소는 lysozyme이 알려져 있으며, 단백분해 효소로는 trypsin, chymotrypsin, pronase, serratiopeptidase, streptokinase/ streptodornase(SK/SD) 등이 알려져 있다. 라이소자임은 세균의 세포벽 성분인 muco-peptide의 N-acetylmuramic acid와 N-acetylglucosamine 사이의 β-1.4-linkage를 가수분해함으로써 작용을 한다.

프로테아제는 단백질 분해에 직접 작용하여 괴사 조직과 염증을 제거하는데 특별한 작용을 보인다. Streptokinase/streptodornase는 플라스미노겐을 플라스민으로 활성화하여 염증 조직의 피브린을 용해하여 항소염 작용을 나타낸다. Streptokinase/ streptodornase(SOD)는 1938년 Kelin이 처음 분리하였으며 각기 다른 금속이온을 촉매로 한 세가지 다른 형태로 존재한다.

SOD는 인체에서 hypoxanthine이 xanthine으로 전환될 때 생성되는 superoxide를 과산화수소로 변환시켜 염증제거를 한다. SOD는 여러가지 질병의 치료에 응용가능하며 현재는 만성 류마치스, 변형성 관절염, 방사선 장애 등의 질병에 소의 SOD가 사용되고 있으나 항원성 문제로 유전자 재조합 방법에 의한 인체 SOD 제조방법 등에 대한 연구가 국내 및 외국에서 진행되고 있다.

항종양 효소제는 암세포는 일반 세포와 달리 증식이 빠르고 정상세포에서는 발견되지 않는 특수한 영양 요구성을 나타내는 경우가 있다. 1953년 Kidd는 L-asparaginase가 종양의 증식을 억제한다는 사실을 발견한 이후 균주개량과 정제방법의 개선 등으로 L-asparaginase의 공업적 생산이 확립되었다. 이 효소는 L-asparagin 요구성을 가진 임파육종과 같은 세포에만 유효하며 E. coli의 L-asparaginase는 항원성을 가져 오심, 구토, 식욕부진, 쇼크 등의 부작용을 유발하여 새로운 유도체와 결합체의 개발을 통해 난점을 극복하려는 노력이 진행되고 있다.

Kallidinogenase 는 일종의 단백분해효소이나 엄밀히 말하면 호르몬제에 가까운 역할을 하며 칼리크레인이라고 불린다. Kallidinogenase는 사람의 뇨, 소의 뇨, 돼지의 췌장 등에서 얻어진다. Kallidinogenase는 bradykinin을 생성하며 이 bradikynin은 모세혈관의 투과성을 높이고 혈압을 떨어뜨려 뇌동맥경화증, 고혈압 등의 성인병 치료에 사용된다.

Elastase는 결합조건 중의 단백질인 elastin을 특이적으로 분해하는 일종의 세린프로테아제이고, 동물의 췌장에서 분비되며, 일부는 순환혈액중에 옮겨져 순환된다. 생체 내에서 혈관벽에 작용하여 변성된 엘라스틴을 제거하고 혈관 벽의 생성을 촉진, 혈관의 탄성을 유지시키는 등의 효과가 있으며, 혈청 지질을 조절하는 작용도 있다. Elastase는 동맥경화증, 고혈압, 당뇨병, 고지혈증 등에 유효한 효과가 있지만 과민증상, 설사, 변비 등의 부작용이 보고되고 있다.

이외에도 인체 유전질환에 의해 나타나는 효소결핍증의 치료를 위해, 현재 DNase가 cystic fibrosis에, 혈우병치료에 gama carboxylase, Gauchi disease의 치료를 위해 Ceredase 등이 상품화 내지 연구되고 있어 의료용 효소의 영역이 넓어지리라 기대된다.

 




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