환경 조건이 참굴(Crassostrea gigas) 생체조직과 패각 특성에 미치는 영향

Theories and Applications of Chem. Eng., 2002, Vol. 8, No. 1

이승우, 홍성무, 최청송

서강대학교 화학공학과

Effect of Environmental Conditions on Tissues and Shell Characteristics of Crassostrea gigas

화학공학의 이론과 응용 제8권 제1호 2002년

Seung Woo Lee, Sung Moo Hong, Cheong Song Choi

Department of Chemical Engineering, Sogang University

서론

참굴(Crassostrea gigas)은 우리나라 연안에 광범위하게 분포되어 있다는 점과 일생을 통해 활동범위가 거의 제한되어 있어 여러 가지 오염물질들을 농축시킨다는 점 때문에 오염물질 감시를 위한 지표생물로 이용되고 있다[1]. 하지만 환경 오염 물질 등의 농축을 분석하기 위해 굴의 생체조직을 이용한 경우는 다수 있었으나 굴과 패각과의 연관성을 검토한 연구는 아직 없었다.

유기체가 생물학적으로 생성한 패각 결정은 대부분 CaCO3로 이루어졌으며 성장환경에 따라서 고유의 결정구조특성, 형태 및 기계적 성질 등이 조절된다. 무척추 동물의 패각과 척추 동물의 hydroxylapatite는 유사한 기능을 지니는 기관이며[2∼3] biomineralization을 통해 이러한 기관이 형성될 때 가장 중요한 인자로 인식되는 것은 이들 기관에 침입되어 있는 결정내부 단백질이다. 결정내부단백질은 연체 동물의 패각결정 형성시 고체 구조의 특이성을 결정하고 calcification과정에서 미세한 구조적 골격을 이룬다고 알려졌다. 그러나 아직까지 패각형성과정에서의 특정 역할에 대해서는 제대로 규명되지는 못하였다[4∼7]. 다만, 정상 패각에서 변형 패각으로 패각이 변성될 시에 뼈대 역할을 하고 있는 chitin과 아미노산의 조성분포변화로 인한 단백질 상호 결합구조의 변화가 가장 중요한 역할을 한다고 발표된바 있다[8]. 본 실험에서는 우리나라 연안에서 생산되고 있는 참굴을 이용하여 패각이 변성되는 과정에서 보였던 단백질간의 특성이 환경 조건에 영향을 받는 참굴의 생체조직 변화와 관계가 있는지를 분석, 평가하고 이의 응용성을 예측하고자 하였다.

실험

1. 정상패각과 변형패각의 구분

외관상 패각에서 취성 특성을 지닌 것과 안층과 중간층 사이에 chitin membrane을 함유한 패각을 변형패각으로 구분, 분리하였다.

2. 단백질 분리

수용성 단백질은 서영호[1] 등의 방법을 응용하여 얻을 수 있었다. 실험에 사용된 참굴의 패각을 정상 패각과 변형 패각으로 분리한 후 각각의 생체조직에서 생화학적 변수로 측정되어지는 소화맹낭과 폐각근을 절개, 분리하였다. 폐각근과 소화맹낭 조직을 각각에 4배량의 초순수를 첨가하여 homogenizer로 균질화 시킨 다음, 원심분리와 동결건조(EYELA FD-81 동결건조기) 하여 단백질을 얻을 수 있었다. 얻어진 단백질은 -4℃에서 보관하였다.

3. 아미노산 조성분석

동결 건조된 단백질을 100□L 증류수에 현탁(suspension)한 후 20□L씩 취하여 완전히 말린다. 시료를 110℃에서 24시간동안 6N 염산을 이용하여 진공에서 가수분해하였다. 가수분해된 아미노산을 PITC(phenylisothiocyanate)로 유도체화 시킨다. 시료를 완전히 말린 후 pH 6.3, 200□L의 1.4mM NaHAc, 0.1% TEA, 6%[eqn: { CH}_{3 }CN]에 녹인다. 원심분리(microcentrifuge) 후 상층액을 각각 50□L씩 따서 합쳐 섞은 후 FPLC(Waters PicoTag System)의 autosampler에 장착한다. 컬럼은 PicoTag이며 Photodiode array detector(Waters 990 245 nm)를 사용하였으며 60% [eqn: { CH}_{3 }CN]으로 선형그래디언트를 사용하였고 Beckman 6300 아미노산분석기를 이용하여 수행하였다.

4. Element Analyzer 분석

EA(Element Analyzer)를 이용하여 원소의 종류와 함량을 측정하였다. 분석하는 원소들은 탄소, 수소, 산소, 질소, 황 등이며 분석 결과는 화합물의 분자식을 결정하는데 기초 자료가 될 수 있다. Chemical compound에서 C, H, N, S의 양(%)을 결정하여 미지물질의 분자식에 관한 정보, 기지물질의 순도 확인 등에 이용될 수 있다.

결과 및 고찰

정상 패각과 변형 패각 생체 조직의 각 부분에서 추출한 수용성 단백질에 대한 아미노산 조성 분석 결과를 Table 1에 나타내었다. Table 1은 정상 패각의 생체 조직과 변형 패각의 생체 조직의 폐각근과 소화맹낭에서 추출된 수용성 단백질의 아미노산 조성을 mole%로 나타낸 것이다. 아미노산 조성이 폐각근과 소화맹낭에서 각기 다르게 나타나는 것으로 미루어 각각의 생체조직 내의 단백질 결합 구조의 차이 때문인 것으로 생각된다. 또한 각각의 단백질은 독특한 입체구조는 가지고 있다고 여겨진다.

Table 1. Amino acid composition of oyster tissue

	정상		변형
	폐각근	소화맹낭	폐각근	소화맹낭
Cya	0.00	0.00	0.00	0.00
Asx	10.48	6.39	12.30	12.19
Glx	11.74	12.77	14.34	10.73
Ser	5.28	6.53	5.37	7.51
Gly	13.56	13.46	7.57	10.31
His	1.70	1.58	1.62	1.86
Arg	3.52	4.37	4.28	2.54
Thg	5.62	5.36	6.04	8.44
Ala	10.50	14.42	9.38	11.11
Pro	3.92	9.72	3.71	6.75
Tyr	2.06	1.90	2.39	1.42
Val	5.87	4.76	5.87	5.72
Met	2.48	2.28	2.41	1.84
Ile	4.19	3.26	4.32	3.64
Leu	7.42	5.30	7.95	6.01
Phe	4.28	2.44	4.34	3.46
Trp	0.00	0.00	0.00	0.00
Lys	7.39	5.46	8.10	6.47
Total	100.00	100.00	100.00	100.00

이전 연구[11]에서도 정상 패각과 변형 패각에 함유된 키틴과 경단백질의 함량을 비교해 보았을 때 변형 패각에서 정상 패각보다 키틴 74%, 경단백질 59%의 함량이 감소되었음을 알 수 있었다. 특히 패각 안층에서는 키틴과 경단백질의 결합 형태에서부터 함량의 차이까지 뚜렷한 차이를 보였음을 확인하였다.

Table 2는 정상과 변형 패각의 생체 조직에서 분리된 단백질의 EA결과를 나타내었다. 다른 원소에 있어서는 큰 차이를 발견할 수 없으나 C 원소의 경우 정상과 변형 패각의 생체 조직에서 큰 차이를 나타내었다. 이 결과 또한 정상과 변형 패각의 생체 조직에 변화가 있다는 것을 말해준다.

Sample / Element	N	C	H	S	O
정상패각	6.12	29.58	5.98	0.00	38.07
변형패각	6.99	46.74	6.80	0.80	33.37

Table 2. Element analysis of oyster

Fig. 1은 정상과 변형 패각의 생체 조직의 ash를 EDS(Energy Dispersive Spectroscopy)로 분석한 결과다. 이 결과에서 주목할 점은 정상패각의 생체 조직에서는 나타나지 않은 Cl원소가 변형 패각의 생체 조직에서 나타난다는 점이다. Cl원소는 유독성이 있는 발암물질로서 변형 패각의 생체 조직이 Cl원소에 노출된 적이 있었다는 것을 의미하며 이는 변형 패각들의 오염 가능성을 예측할 수 있도록 하는 결과다.

Figure 1. EDS results from ash of oyster

결론

우리 나라 연안에서 서식되고 있는 참굴의 패각이 정상패각에서 변형 패각으로 변환되는 과정에는 여러 가지 변수들이 작용할 수 있을 거라고 생각할 수 있으나, 해양 오염에 의한 영향이 매우 중요할 것으로 생각된다. 그러므로 참굴의 패각특성이 해양오염의 상태를 판단하는 데에 중요한 정보로 이용될 수 있으리라 판단된다.

참고문헌

화학공학의 이론과 응용 제8권 제1호 2002년

1. NAS : The International Mussel Watch. Washington D.C., National Academy of Sciences, pp. 248, (1980)

2. Hauschka, P. V. and Carr, S. A. : Biochemistry, 21, 2538-2547 (1982)

3. Kay, M. I., Young, R. A. and Posner, A. S. : Nature, 204, 1050-1053(1964)

4. Berman A. : Science, 250, 664-667 (1990)

5. Given RK. : Eur J Biochem,  193, 409-420 (1990)

6. Madeleine : Current opinion in solid state & materials science , 3, 221-227(1998)

7. Shimahara K. : Methods Enzymol.  161, 417-423 (1988)

8. Choi, C. S. and Kim, Y. W. : Biomaterial, 21, 213∼222 (2000)

9. Bradford, M., : Anal. Biochem., 72, 248(1976)

10. 서영호, 정의영, 김강전 외 : 한국패류학회지, 14(2) 103-111(1998)

11. 신나영, 최청송 : 화학공학의 이론과 응용, 7(1) 2346(2001)