JP2950865B2 - New aspartate racemase - Google Patents
New aspartate racemaseInfo
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Description
【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、D−アミノ酸の製造に用いるD−トランス
アミナーゼ反応のアミノ基供与体としてのD−アスパラ
ギン酸をL−アスパラギン酸のラセミ化により供給する
のに有用なアスパラギン酸ラセマーゼ及びその製造方法
に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial application field) The present invention provides D-aspartic acid as an amino group donor in a D-transaminase reaction used for production of D-amino acids by racemizing L-aspartic acid. And a method for producing the same.
(従来技術及びその問題点) アスパラギン酸ラセマーゼについてはストレプトコッ
カス フェーカリス(Streptococcus faecalis)ATCC97
90菌株にその存在が示唆されているに過ぎず単一蛋白と
しての存在が確認されていないばかりかアスパラギン酸
のみならずアラニンもラセミ化する事が知られている
(J.Biol.Chem.247(16)5103(2072))。従って本酵
素によりD−アミノ酸の製造に用いるD−トランスアミ
ナーゼ反応のアミノ基供与体としてのD−アスパラギン
酸をL−アスパラギン酸のラセミ化により供給すること
を考えた場合、本酵素の基質特異性が大きな問題とな
り。(Prior art and its problems) Aspartate racemase is described in Streptococcus faecalis ATCC97.
It is known that the presence of a single protein is not only confirmed in 90 strains but also alanine as well as aspartic acid (J. Biol. Chem. 247). (16) 5103 (2072)). Therefore, when considering that D-aspartic acid as an amino group donor in the D-transaminase reaction used for production of D-amino acids by the present enzyme is supplied by racemization of L-aspartic acid, the substrate specificity of the present enzyme is A big problem.
(問題を解決するための手段) 本発明者らは、アスパラギン酸をラセミ化しうる酵素
の探索を目的に、アスパラギン酸ラセマーゼ産生能を有
する菌株を求めて、公知の保存菌株も含めて鋭意に研究
を続けた結果、ストレプトコッカス属、ラクトバチルス
属にアスパラギン酸ラセマーゼ産生能を見出し、ストレ
プトコッカス サーモフィラスIAM10064にその中で最も
高度に安定性を示すアスパラギン酸ラセマーゼを産生す
る事を見出し本発明に至った。(Means for Solving the Problem) The present inventors sought a strain having an aspartate racemase-producing ability for the purpose of searching for an enzyme capable of racemizing aspartic acid, and intensively researched the strain including known conserved strains. As a result, Streptococcus genus and Lactobacillus genus were found to produce aspartate racemase, and Streptococcus thermophilus IAM10064 produced the most highly stable aspartate racemase among them, leading to the present invention.
本発明のアスパラギン酸ラセマーゼの理化学的性質に
ついて以下に説明する。The physicochemical properties of the aspartate racemase of the present invention will be described below.
(a)作用: L−アスパラギン酸からD−アスパラギン酸及びL−
アスパラギン酸を生成するラセミ化反応、ならびにD−
アスパラジン酸からL−アスパラギン酸及びD−アスパ
ラギン酸を生成するラセミ化反応を触媒する。(A) Action: From L-aspartic acid to D-aspartic acid and L-
Racemization reaction to produce aspartic acid, and D-
It catalyzes a racemization reaction that produces L-aspartic acid and D-aspartic acid from aspartic acid.
(b)基質特異性: ラセミ化反応はアスパラギン酸に特異的に作用し、他
のアミノ酸には殆ど作用しない。(B) Substrate specificity: The racemization reaction acts specifically on aspartic acid and hardly acts on other amino acids.
(c)至適pH: 反応測定においては、37℃の温度で、10mMリン酸カリ
ウム緩衝液(pH5.5〜8)[第1図○]、100mMピロリン
酸ナトリウム緩衝液(pH7.9〜9.0)[第1図△]を用い
て検討した。(C) Optimum pH: In the reaction measurement, at a temperature of 37 ° C., a 10 mM potassium phosphate buffer (pH 5.5 to 8) [FIG. 1], a 100 mM sodium pyrophosphate buffer (pH 7.9 to 9.0) ) [Fig. 1].
その結果、第1図に示すように、至適pHは、37℃の反
応でpH8付近である。As a result, as shown in FIG. 1, the optimum pH is around pH 8 in the reaction at 37 ° C.
(d)安定pH範囲 本酵素液0.1mlに対して、後述する各pH値の緩衝液を
0.4ml加え、50℃で10分間処理し、氷冷してサンプルと
した。これについて比活性を求めた。緩衝液はpH4〜6
に対しては50mM酢酸−酢酸ナトリウム、pH6〜8に対し
ては50mMリン酸カリウム、pH8〜9に対しては50mMトリ
ス−塩酸をそれぞれ使用した。(D) Stable pH range For 0.1 ml of this enzyme solution, buffer
0.4 ml was added, the mixture was treated at 50 ° C. for 10 minutes, and cooled with ice to obtain a sample. The specific activity was determined for this. Buffer pH 4-6
Acetic acid-sodium acetate, 50 mM potassium phosphate for pH 6-8, and 50 mM Tris-hydrochloric acid for pH 8-9.
その結果、第2図に示すように、本酵素は45℃、1時
間の処理ではpH6.5〜8.0付近まで安定である。As a result, as shown in FIG. 2, the enzyme is stable up to around pH 6.5 to 8.0 when treated at 45 ° C. for 1 hour.
(e)熱安定性: 本酵素液0.1mlに対し、50mMリン酸カリウム緩衝液(p
H7.0)0.4mlを加えた試験管を6本用意し、25、37、4
5、50、55、60℃の温度でそれぞれを60分間処理し氷冷
してサンプルとした。これについて非活性を求めた。(E) Thermal stability: 0.1 ml of the enzyme solution was added to 50 mM potassium phosphate buffer (p
H7.0) Prepare 6 test tubes containing 0.4 ml, 25, 37, 4
Each was treated at a temperature of 5, 50, 55, or 60 ° C. for 60 minutes and cooled with ice to obtain a sample. Inactivity was determined for this.
その結果、第3図に示すように、本酵素は60分間の処
理では50℃まで安定であるが、55℃では活性は殆ど残存
しない。As a result, as shown in FIG. 3, this enzyme is stable up to 50 ° C. in the treatment for 60 minutes, but almost no activity remains at 55 ° C.
(f)分子量 全分子量の測定は、スーパーローズ12HR10/30のカラ
ム(ファルマシア製)を用いるゲル濾過法で行なった。
標準蛋白質には、牛血清アルブミン(分子量67,000)、
卵白アルブミン(分子量43,000)、キモトリプシノーゲ
ンA(分子量25,000)、リボヌクレアーゼ(分子量13,7
00)を用いた。(F) Molecular Weight The total molecular weight was measured by a gel filtration method using a column of Super Rose 12HR10 / 30 (Pharmacia).
The standard proteins include bovine serum albumin (molecular weight 67,000),
Ovalbumin (molecular weight 43,000), chymotrypsinogen A (molecular weight 25,000), ribonuclease (molecular weight 13,7
00) was used.
サブユニットの分子量測定は、SDS−スラブ電気泳動
法で行なった。標準蛋白質には、ホスホリラーゼb(分
子量94,000)、牛血清アルブミン(分子量67,000)、蛋
白アルブミン(分子量43,000)、カルボニックアンヒド
ラーゼ(分子量30,000)、大豆トリプシンインヒビター
(分子量20,000)、α−ラクトアルブミン(分子量14,0
00)を用いた。The molecular weight of the subunit was measured by SDS-slab electrophoresis. Standard proteins include phosphorylase b (molecular weight 94,000), bovine serum albumin (molecular weight 67,000), protein albumin (molecular weight 43,000), carbonic anhydrase (molecular weight 30,000), soybean trypsin inhibitor (molecular weight 20,000), α-lactalbumin (molecular weight 14,0
00) was used.
その結果、全分子量は60,000である。また、サブユニ
ットの分子量は28,000であり、SDS蛋白質バンドが1つ
であったことから、本酵素は同一サブユニットの2量体
構造であることがわかる。As a result, the total molecular weight is 60,000. In addition, the molecular weight of the subunit was 28,000 and there was one SDS protein band, indicating that the present enzyme has a dimer structure of the same subunit.
(g)アミノ末端側アミノ酸配列 アミノ酸配列の決定は本酵素標品20μgを用い自動エ
ドマン分解による気相シークエンサーで行なった。その
結果、下記に示すアミノ末端側アミノ酸配列が確認され
た(Xは不明のアミノ酸を表す)。(G) Amino-terminal amino acid sequence The amino acid sequence was determined using 20 μg of this enzyme preparation in a gas phase sequencer by automatic Edman degradation. As a result, the following amino terminal amino acid sequence was confirmed (X represents an unknown amino acid).
本発明のアスパラギン酸ラセマーゼは、例えばストレ
プトコッカス属に属するアスパラギン酸ラセマーゼ産生
菌を培養し、培養物から、アスパラギン酸ラセマーゼを
採取する事によって製造する事が出来る。 The aspartate racemase of the present invention can be produced, for example, by culturing an aspartate racemase-producing bacterium belonging to the genus Streptococcus and collecting the aspartate racemase from the culture.
本発明のアスパラギン酸ラセマーゼの製造方法に用い
られる微生物は、アスパラギン酸ラセマーゼを産生する
事が出来るストレプトコッカス属に属する全ての菌株、
突然変異株、変種を含む。その好ましい具体例は、スト
レプトコッカス サーモフィラスであり、この種に属す
る保存菌としては、ストレプトコッカス サーモフィラ
スIAM10064を挙げる事が出来る。Microorganisms used in the method for producing aspartate racemase of the present invention are all strains belonging to the genus Streptococcus capable of producing aspartate racemase,
Includes mutants and variants. A preferred specific example is Streptococcus thermophilus, and the conserved bacteria belonging to this species include Streptococcus thermophilus IAM10064.
本発明のアスパラギン酸ラセマーゼを得るにあたって
のアスパラギン酸ラセマーゼ産生菌の培養は通常の乳酸
菌培地中で行なう事が出来る。例えば、ペプトン、酵母
エキス、肉エキス、無機塩類などを含む培地が用いられ
る。The culture of the aspartate racemase-producing bacterium for obtaining the aspartate racemase of the present invention can be performed in a usual lactic acid bacterium medium. For example, a medium containing peptone, yeast extract, meat extract, inorganic salts and the like is used.
培養は固体培地または液体培地のいずれを用いて行な
っても良いが、目的酵素を大量に得るためには、液体培
地を用い、静置培養などにより嫌気的条件下で培養を行
なう事が望ましい。培養温度は菌が生育しアスパラギン
酸ラセマーゼが生産される温度範囲内であれば良いが好
ましくは25〜45℃である。培養時間は酵素活性が発現さ
れる時間が選べば良いが好ましくは6〜24時間である。
培養のpHは5〜7が好ましい。この培養によって本酵素
の大部分は菌体内に蓄積される。The cultivation may be performed using either a solid medium or a liquid medium. However, in order to obtain a large amount of the target enzyme, it is desirable to perform cultivation using a liquid medium under anaerobic conditions such as static culture. The culture temperature may be within a temperature range in which the bacteria grow and aspartate racemase is produced, but is preferably 25 to 45 ° C. The culturing time may be selected as long as the enzyme activity is expressed, but is preferably 6 to 24 hours.
The pH of the culture is preferably 5 to 7. By this culture, most of the enzyme is accumulated in the cells.
培養終了後は培養物をそのまま酵素源として利用して
も良いが、通常は分離精製を行なう。精製法としては通
常の酵素精製法を用いる事が出来る。例えば遠心分離に
より菌体を集め超音波処理、ダイノミルなどの機械的方
法によって菌体を粉砕する。続いて遠心分離等により細
胞片等の固形物を除き粗酵素液を得る。つぎにこの粗酵
素液を硫安沈殿法により分画し、疎水クロマトグラフィ
ー、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過などによ
って均一の酵素標品を単離することが出来る。After completion of the culture, the culture may be used as an enzyme source as it is, but usually, separation and purification are performed. As the purification method, an ordinary enzyme purification method can be used. For example, the cells are collected by centrifugation, and the cells are pulverized by a mechanical method such as ultrasonic treatment or dyno mill. Subsequently, a solid enzyme solution is obtained by removing solid matter such as cell debris by centrifugation or the like. Next, the crude enzyme solution is fractionated by an ammonium sulfate precipitation method, and a uniform enzyme preparation can be isolated by hydrophobic chromatography, ion exchange chromatography, gel filtration, or the like.
つぎに本発明のアスパラギン酸ラセマーゼの活性測定
について説明する。Next, measurement of the activity of the aspartate racemase of the present invention will be described.
L−アスパラギン酸からアスパラギン酸ラセマーゼに
より生成するD−アスパラギン酸をD−アミノ酸オキシ
ダーゼによりオキサロ酢酸に酸化的脱アミノし、生じた
オキサロ酢酸を2,4−ジニトロフェニルヒドラジンと反
応させて、ヒドラゾンを形成せしめ、ヒドラゾンの生成
量を定量する事で反応速度を決定する。表1にしめす様
な反応液を30〜60分間、37℃でインキュベートし、2,4
−ジニトロフェニルヒドラゾン塩酸液を加え、30分間37
℃でインキュベートし、NaOH溶液を加え更に30分間37℃
でインキュベートしヒドラゾンの生成を435nmの吸光度
により測定する。D-aspartic acid generated from L-aspartic acid by aspartate racemase is oxidatively deaminated to oxaloacetic acid by D-amino acid oxidase, and the resulting oxaloacetic acid is reacted with 2,4-dinitrophenylhydrazine to form a hydrazone. At least, the reaction rate is determined by quantifying the amount of hydrazone produced. Incubate the reaction mixture as shown in Table 1 for 30-60 minutes at 37 ° C.
-Add dinitrophenyl hydrazone hydrochloride and add
Incubate at 37 ° C, add NaOH solution for another 30 minutes at 37 ° C
And the production of hydrazone is measured by absorbance at 435 nm.
本酵素に於ける酵素活性単位は、1μmol/minのD−
アスパラギン酸を生成する酵素量を1unit(単位)と定
義する。比活性は酵素蛋白質1mg当りの単位数で表す。The enzyme activity unit of this enzyme is 1 μmol / min D-
The amount of enzyme that produces aspartic acid is defined as 1 unit. The specific activity is represented by the number of units per 1 mg of the enzyme protein.
つぎに実施例によって本発明のアスパラギン酸ラセマ
ーゼの製造方法を説明するが本発明はこれに限定される
ものではない。Next, a method for producing the aspartate racemase of the present invention will be described with reference to examples, but the present invention is not limited thereto.
(実施例) ストレプトコッカス サーモフィラスIAM10064を表2
にしめす培地で37℃、5〜20時間静置培養を行ない得ら
れた菌体を超音波で破砕後遠心分離等の手段にて無細胞
抽出液を調製し、粗酵素液を得る。(Example) Table 2 shows Streptococcus thermophilus IAM10064.
The resulting cells are cultured at 37 ° C. for 5 to 20 hours in a culture medium, disrupted by ultrasonic waves, and a cell-free extract is prepared by centrifugation or the like to obtain a crude enzyme solution.
粗酵素液を先ず硫安分画し以後フェニル−セファロー
ズ、セファクリルS−300、DEAE−セファセル、セファ
クリルS−200、モノQ(ファルマシア製、商品名)の
各カラムクロマトグラフィーの手段を駆使して精製し、
電気泳動的に単一な酵素標品とする事が出来る。つぎに
この各精製段階でえられた酵素液について総蛋白質量、
総活性及び比活性を測定した。その結果を表3にしめ
す。総蛋白質量の測定は最終段階を除いてはLowry法
で、最終段階は280nmの吸光度により求めた。総活性の
測定は前述した活性測定法にしたがって行なった。The crude enzyme solution was first fractionated with ammonium sulfate, and then purified using column chromatography means of phenyl-Sepharose, Sephacryl S-300, DEAE-Sephacel, Sephacryl S-200, and Mono Q (Pharmacia, trade name). And
A single enzyme preparation can be obtained electrophoretically. Next, the total amount of protein in the enzyme solution obtained in each of the purification steps,
Total activity and specific activity were measured. Table 3 shows the results. Except for the final step, the total protein was measured by the Lowry method, and the final step was determined by the absorbance at 280 nm. The total activity was measured according to the above-mentioned activity measurement method.
第1図は、本発明酵素の活性とpHとの関係を示したグラ
フであり、第2図は本酵素のpH安定性を示したグラフで
あり、第3図は本酵素の温度安定性を示したグラフであ
る。FIG. 1 is a graph showing the relationship between the activity of the enzyme of the present invention and pH, FIG. 2 is a graph showing the pH stability of the present enzyme, and FIG. 3 is a graph showing the temperature stability of the present enzyme. It is a graph shown.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 Biochemistry,24(6) (1985),p.1333−1341 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) C12N 9/00 - 9/99 BIOSIS(DIALOG) WPI(DIALOG)──────────────────────────────────────────────────続 き Continuation of the front page (56) References Biochemistry, 24 (6) (1985), p. 1333-1341 (58) Field surveyed (Int. Cl. 6 , DB name) C12N 9/00-9/99 BIOSIS (DIALOG) WPI (DIALOG)
Claims (3)
酸ラセマーゼ。 (a)作用: L−アスパラギン酸からD−アスパラギン酸及びL−ア
スパラギン酸を生成するラセミ化反応、ならびにD−ア
スパラギン酸からL−アスパラギン酸及びD−アスパラ
ギン酸を生成するラセミ化反応を触媒する。 (b)基質特異性: ラセミ化反応はアスパラギン酸に特異的に作用し、他の
アミノ酸には殆ど作用しない。 (c)至適pH: 37℃の反応でpH8付近。 (d)安定pH範囲: 45℃、1時間の処理でpH6.5〜8の範囲で活性の低下は
全く見られない。 (e)熱安定性: pH7で、50℃、60分間の処理で活性の低下は全く見られ
ない。 (f)分子量: 全分子量 約6万(ゲルろ過法) サブユニットの分子量 28,000(同一サブユニットの2
量体構造) (g)アミノ末端側アミノ酸配列: An aspartate racemase having the following physicochemical properties: (A) Action: catalyzes a racemization reaction for producing D-aspartic acid and L-aspartic acid from L-aspartic acid, and a racemization reaction for producing L-aspartic acid and D-aspartic acid from D-aspartic acid. . (B) Substrate specificity: The racemization reaction acts specifically on aspartic acid and hardly acts on other amino acids. (C) Optimum pH: around pH 8 at 37 ° C. (D) Stable pH range: No decrease in activity is seen at pH 6.5 to 8 at 45 ° C for 1 hour. (E) Thermal stability: No decrease in activity is observed at 60 ° C. for 60 minutes at pH 7. (F) Molecular weight: Total molecular weight about 60,000 (gel filtration method) Molecular weight of subunit 28,000 (2 in the same subunit)
(G) Amino-terminal amino acid sequence:
に属するアスパラギン酸ラセマーゼ産生菌を培養し、培
養物から特許請求の範囲第1項記載のアスパラギン酸ラ
セマーゼを採取することを特徴とするアスパラギン酸ラ
セマーゼの製造方法。2. A method for producing aspartate racemase, comprising culturing an aspartate racemase-producing bacterium belonging to the genus Streptococcus, and collecting the aspartate racemase according to claim 1 from the culture. .
ン酸ラセマーゼ産生菌がストレプトコッカス サーモフ
ィラス(Streptococcus thermophilus)IAM10064である
特許請求の範囲第2項記載の製造方法。3. The method according to claim 2, wherein the aspartate racemase-producing bacterium belonging to the genus Streptococcus is Streptococcus thermophilus IAM10064.
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| JP23139589A JP2950865B2 (en) | 1989-09-08 | 1989-09-08 | New aspartate racemase |
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| JPH0394678A JPH0394678A (en) | 1991-04-19 |
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1989
- 1989-09-08 JP JP23139589A patent/JP2950865B2/en not_active Expired - Fee Related
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|---|
| Biochemistry,24(6)(1985),p.1333−1341 |
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| JPH0394678A (en) | 1991-04-19 |
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