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JP3587959B2 - Modified pyranose oxidase, modified pyranose oxidase gene, novel recombinant DNA and method for producing modified pyranose oxidase - Google Patents
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JP3587959B2 - Modified pyranose oxidase, modified pyranose oxidase gene, novel recombinant DNA and method for producing modified pyranose oxidase - Google Patents

Modified pyranose oxidase, modified pyranose oxidase gene, novel recombinant DNA and method for producing modified pyranose oxidase Download PDF

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、グルコースや1,5−アンヒドロ−D−グルシトールの酵素的測定法に有用な改変ピラノース・オキシダーゼ、改変ピラノース・オキシダーゼ遺伝子、新規な組み換え体DNA及び改変ピラノース・オキシダーゼの製造法に関する。
【0002】
【従来の技術】
ピラノース・オキシダーゼは、グルコースを最適基質とし、該グルコースを酸化してグルコソンを生成する反応を触媒する酵素であり、食品や体液等のグルコースの酵素的測定法に用いることができる。また、1,5−アンヒドロ−D−グルシトールに作用させることにより、糖尿病の診断用マーカーとして重要視されている1,5−アンヒドロ−D−グルシトールの酵素的測定法にも用いることが可能である。
従来、コリオラス・ベルシカラー(Coriolus versicolor)由来のピラノース・オキシダーゼ(特開平8−205861号公報記載)は、グルコースに対するKm値が1.37 mM、耐熱性は、50℃程度、安定pHは、pH 4.0〜8.0であった。従って、より低いKm値を示し、より高い温度に対し安定であり、より広いpH安定性を有するピラノース・オキシダーゼが求められていた。また、グルコースだけでなく、1,5−アンヒドロ−D−グルシトールに対するKm値が小さいことが期待されていた。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような従来技術の問題を解決すべくなされたものであり、従来のものよりすぐれた改変ピラノース・オキシダーゼ及びその生産手段を提供することにある。
【0004】
【課題を解決するための手段】
そこで本発明者等は、上記目的に鑑み更に検討し、コリオラス・ベルシカラー由来のピラノース・オキシダーゼ遺伝子(特開平8−205861号公報記載)の遺伝子改変を行なった結果、Km値、耐熱性及びpH安定性が向上した改変ピラノース・オキシダーゼをコードする遺伝子、並びにKm値、耐熱性及びpH安定性が向上した改変ピラノース・オキシダーゼ等が得られること等を見出し、本発明を完成した。
【0005】
即ち、本願の第1の発明は、以下の(a)の改変ピラノース・オキシダーゼであり、
(a)配列番号1記載のアミノ酸配列において1もしくは複数のアミノ酸が、欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質
本願の第2の発明は、以下の(a)の改変ピラノース・オキシダーゼであり、
(a)配列番号1記載のアミノ酸配列において、542位のアミノ酸が置換されており、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質
本願の第3の発明は、以下の(a)の改変ピラノース・オキシダーゼであり、
(a)配列番号1記載のアミノ酸配列において、542位のアミノ酸がリジンに置換されており、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質
本願の第4の発明は、下記の理化学的性質を有する改変ピラノース・オキシダーゼであり、
(1) 作用:グルコースを酸化してグルコソンにする。
(2) 基質特異性:グルコースに特異的に作用するが、ガラクトース、L−ソルボース、D−キシロース、1,5−アンヒドロ−D−グルシトールにも作用する。
(3) 安定pH:50℃、30分処理により、pH 3.5〜11.0
(4) 至適pH:pH 6.5付近
(5)至適温度:約55℃付近
(6) 温度安定性:約55℃まで安定
本願の第5の発明は、以下の(a)のタンパク質をコードする改変ピラノース・オキシダーゼ遺伝子であり、
(a)配列番号1記載のアミノ酸配列において1もしくは複数のアミノ酸が、欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質
本願の第6の発明は、以下の(a)のタンパク質をコードする改変ピラノース・オキシダーゼ遺伝子であり、
(a)配列番号1記載のアミノ酸配列において、542位のアミノ酸が置換されており、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質
本願の第7の発明は、以下の(a)のタンパク質をコードする改変ピラノース・オキシダーゼ遺伝子であり、
(a)配列番号1記載のアミノ酸配列において、542位のアミノ酸がリジンに置換されており、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質
本願の第8の発明は、上記ピラノース・オキシダーゼ遺伝子をベクターDNAに挿入したことを特徴とする新規な組み換え体DNAであり、
本願の第9の発明は、上記組み換え体DNAを含む形質転換体または形質導入体であり、
本願の第10の発明は、上記形質転換体または形質導入体を培地に培養し、培養物から改変ピラノース・オキシダーゼを採取することを特徴とする改変ピラノース・オキシダーゼの製造法である。
【0006】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を詳細に説明する。
本発明の改変ピラノース・オキシダーゼは、例えば、次のようにして得ることができる。
先ず、単離したコリオラス・ベルシカラーps4a株由来ピラノース・オキシダーゼ遺伝子を含む組み換え体プラスミドpPRME10(特開平8−205861号公報記載)を、大腸菌XL1−Blue (pPRME10) (FERM BP−4831)から、例えば、QIAGEN(フナコシ社製)を利用することにより抽出、精製する。
なお、本発明において用いることができるベクターDNAとしては、上記プラスミドベクターDNAに限定されることなくそれ以外の、例えば、バクテリオファージベクターDNA、プラスミドベクターDNA等を用いることができる。具体的にはpUC118(宝酒造社製)等が好ましい。
【0007】
次いで、配列番号1に示されるアミノ酸配列において1もしくは複数、好ましくは数個のアミノ酸が欠失、置換もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質をコードするピラノース・オキシダーゼ遺伝子を得るには、如何なる方法でもよく、例えば、この組み換え体プラスミドDNAに、例えば、ハイドロキシルアミン、亜硝酸等の化学変異剤やPCR法を用いてランダムに変換する方法等の点変異、市販のキットを利用する部位特異的な置換または欠失変異を生じさせるための周知技術である部位特定変異誘導法;この組み換え体プラスミドDNAを選択的に開裂し、次いで選択されたオリゴヌクレオチドを除去または付加し、連結する方法;オリゴヌクレオチド変異誘導法等が挙げられる。
【0008】
配列番号1に示されるアミノ酸配列において1もしくは複数、好ましくは数個のアミノ酸が置換されたアミノ酸配列からなり、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質としては、例えば、ピラノース・オキシダーゼ中のグルタミン酸残基を、他のアミノ酸残基に置換されたものが挙げられる。そして、他のアミノ酸としては、例えば、リジン等が挙げられる。その具体例としては、例えば、該タンパク質のアミノ酸配列中の542位のグルタミン酸残基がリジン残基に置換されたものが挙げられる。
配列番号1に示されるアミノ酸配列において1もしくは複数、好ましくは数個のアミノ酸が置換されたアミノ酸配列からなり、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質をコードするピラノース・オキシダーゼ遺伝子としては、例えば、ピラノース・オキシダーゼ中のグルタミン酸残基をコードする塩基を、他のアミノ酸残基をコードする塩基に置換されたものが挙げられる。そして、他のアミノ酸をコードする塩基としては、例えば、リジンをコードする塩基等が挙げられる。その具体例としては、例えば、該タンパク質のアミノ酸配列中の542位のグルタミン酸残基をコードする塩基がリジン残基をコードする塩基に置換されたものが挙げられる。
【0009】
上記処理後の組み換え体DNAを脱塩カラム、QIAGEN(フナコシ社製)等を用いて精製し、種々の組み換え体DNAを得る。
このようにして得られた種々の組み換え体DNAを用いて、例えば、大腸菌K12、好ましくは大腸菌JM109(東洋紡社製)、XL1−Blue(フナコシ社製)等を形質転換または形質導入し、種々のピラノース・オキシダーゼ遺伝子断片を保有する組み換え体DNAを含む形質転換体または形質導入体を得ることができる。
そして、例えば、形質転換体の場合、得られた形質転換体(その中に種々のピラノース・オキシダーゼ遺伝子を含む組み換え体プラスミドDNAを含有している)より、耐熱性、Km値等が向上した改変ピラノース・オキシダーゼを生産する株を得るには、次のような方法を用いることができる。
【0010】
先ず、得られた上記形質転換体を寒天培地上で培養してコロニーを形成させ、各コロニーをフィルターにレプリカする。そのフィルターを寒天培地(誘導基質を含む)に乗せて各コロニーを培養し、組み換え体プラスミドDNAに含まれる種々の改変ピラノース・オキシダーゼを誘導生産させる。そのフィルターを適当な条件で熱処理した後、ピラノース・オキシダーゼ活性を検出できるように調製したアッセイプレート上でインキュべートし、残存活性を示す変異株を選択する。選択した変異株は、野生株(XL1−Blue (pPRME10))とともに液体培養し、種々のピラノース・オキシダーゼを誘導生産させ、得られた培養物に対し超音波破砕を行なう。その粗酵素抽出液を用いて、Km値を測定し、優良なKm値を示す形質転換体を選択する。
上記のようにして得た優良形質転換体の組み換え体DNAに挿入されている改変ピラノース・オキシダーゼ遺伝子の塩基配列の決定は、例えば、ジデオキシ法(Methods in Enzymology, 101, 20−78, 1983)により行なうことができる。
【0011】
上記のようにして得られた改変ピラノース・オキシダーゼ生産能を有する形質転換体または形質導入体、好ましくは、エッシェリシア属に属する菌株を用いて改変ピラノース・オキシダーゼを生産するには、下記のようにして行なうことができる。
上記微生物を培養するには、通常の固体培養法で培養してもよいが、なるべく液体培養法を採用して培養するのが好ましい。上記微生物を培養する培地としては、例えば、酵母エキス、ペプトン、肉エキス、コーンステイープリカー、大豆もしくは小麦麹の浸出液等の1種以上の窒素源に、リン酸二水素カリウム、リン酸水素二カリウム、硫酸マグネシウム、塩化第二鉄、硫酸第二鉄もしくは硫酸マンガン等の無機塩類の1種以上を添加し、更に必要により糖質原料、ビタミン等を適宜添加したものが用いられる。なお、培地の初発pHは、7〜9に調整するのが適当である。また培養は、25〜42℃で6〜24時間、通気撹拌深部培養、振とう培養、静置培養等により実施するのが好ましい。
【0012】
培養終了後、該培養物より改変ピラノース・オキシダーゼを採取するには、通常の酵素採取手段を用いることができる。培養物から、例えば、濾過、遠心分離等の操作により菌体を分離し、洗菌する。この菌体から改変ピラノース・オキシダーゼを採取することが好ましい。この場合、菌体をそのまま用いることもできるが、超音波破砕機、フレンチプレス、ダイナミル等の種々の破壊手段を用いて菌体を破壊する方法、リゾチームの如き細胞壁溶解酵素を用いて菌体細胞壁を溶解する方法、トリトンX−100等の界面活性剤を用いて菌体から酵素を抽出する方法等により、菌体から改変ピラノース・オキシダーゼを採取するのが好ましい。このようにして得られた粗酵素液から改変ピラノース・オキシダーゼを単離するには、通常の酵素精製に用いられる方法が使用できる。例えば、硫安塩析法、有機溶媒沈澱法、イオン交換クロマトグラフ法、ゲル濾過クロマトグラフ法、吸着クロマトグラフ法、電気泳動法、等電点沈殿法等を適宜組み合わせて行なうのが好ましい。
【0013】
このようにして得られたピラノース・オキシダーゼの理化学的性質は、以下の通りである。
(1) 作用
グルコースを酸化してグルコソンにする。
(2) 基質特異性
グルコースに特異的に作用するが、ガラクトース、L−ソルボース、D−キシロース、1,5−アンヒドロ−D−グルシトールにも作用する。
(3) 安定pH
50℃、30分処理により、pH 3.5〜11.0の範囲で安定である。
(4) 至適pH
至適pHは、pH 6.5付近である。
(5)至適温度
至適温度は、約55℃付近である。
(6) 温度安定性
約55℃まで安定である。
(7)Km値
グルコースに対するKm値は、0.7 mM、1,5−アンヒドロ−D−グルシトールに対するKm値は、15 mMである。
以上の理化学的性質を公知のピラノース・オキシダーゼと比較検討した結果、本酵素のように至適pHが6.5付近、至適温度が55℃付近であり、かつ50℃、30分の処理を行なってもpH 3.5〜11.0の範囲で安定である酵素は知られていないことから、本酵素を新規酵素と認定した。
【0014】
【実施例】
以下、実施例により本発明を更に具体的に説明する。
(実施例1)
(1) 変異操作
先ず、コリオラス・ベルシカラーps4a株由来ピラノース・オキシダーゼ遺伝子を含む組み換え体プラスミドpPRME10(特開平8−205861号公報記載)を、大腸菌XL1−Blue (pPRME10) (FERM BP−4831)から、QIAGEN(フナコシ社製)を用いることにより抽出、精製した。組み換え体プラスミドpPRME10を用いて、大腸菌XL1−RED(STRATAGENE社製;増殖の際、プラスミドの複製にエラーを起こし易く変異を生じ易い)をD.M.Morrisonの方法(Methods in Enzymology, 68, 326−331, 1979)に従って形質転換し、形質転換株を得た。得られた形質転換株200コロニーをTY培地(1%バクト・トリプトン、0.5%バクト・イースト・エクストラクト、0.5%NaCl、pH7.0)10 mlに植菌し、37℃で18時間振とう培養した。培養後、この培養物を6000rpmで10分間遠心分離することにより集菌して菌体を得た。この菌体よりQIAGEN tip−100(フナコシ社製)を用いて変異の入った組み換え体プラスミドを抽出し、精製した。このプラスミドを用い、D.M.Morrisonの方法(Methods in Enzymology, 68, 326−331, 1979)に従って大腸菌XL1−Blue(フナコシ社製)を形質転換し、変異を受けたプラスミドを保有する形質転換株を得た。この形質転換体6000株に対し、項目(2)に記載の方法で耐熱性及びKm値向上株のスクリーニングを行なった。
【0015】
(2) 耐熱性及びKm値向上株のスクリーニング
(1)の変異操作で得られた上記形質転換体をTY寒天培地上で37℃、一晩培養してコロニーを形成させ、各コロニーをフィルター(Hybond N;アマシャム社製)にレプリカした。そのフィルターを1 mM イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシドを含むTY培地寒天培地に乗せて30℃で4時間培養し、種々の改変ピラノース・オキシダーゼを誘導生産させた。このフィルターをプラスチックバッグ中にシールし、水浴中で65℃で30分の熱処理を行ない、ピラノース・オキシダーゼ活性を検出できるように調製したアッセイプレート(33 mM グルコース、0.5 U/mlパーオキシダーゼ、0.01% ジアニシジンを含む1% 寒天)にのせ、37℃でインキュべートした。その結果、4株が残存活性を有し、茶色の呈色を示した。
得られた4つの形質転換株及び野生株(XL1−Blue (pPRME10))を、各コロニー毎に2 mlのTY培地(1 mM イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシドを含む)で液体培養し、プラスミドに含まれる遺伝子を発現させ、種々のピラノース・オキシダーゼを誘導生産させた。培養後、得られた培養物に対し超音波破砕処理を行ない、その粗酵素抽出液を用いてグルコース及び1,5−アンヒドロ−D−グルシトールに対するKm値の測定を行なった。その結果、変異株XL1−Blue (pPROD−542K)が、グルコース、1,5−アンヒドロ−D−グルシトールの両方に対して最もKm値が小さい改変ピラノース・オキシダーゼを生産していた。
大腸菌XL1−Blue (pPROD−542K)は、工業技術院生命工学工業技術研究所にFERMBP−5988として寄託されている。
【0016】
(3) 変異箇所の解析
上記の如く得られた優良変異株に含有される改変ピラノース・オキシダーゼ遺伝子に対し、遺伝子のどの部位が変異操作により置換されたのかを確認すべく、次のような解析を行なった。変異株大腸菌XL1−Blue (pPROD−542K)に含まれる組み換え体DNAを、QIAGEN Plasmid Midi Kit(フナコシ社製)を用いて精製した。該組み換え体DNAに含まれる変異を受けた改変ピラノース・オキシダーゼ遺伝子の塩基配列を、Kilo−Sequence用Deletion Kit(宝酒造社製)及び370DNA Sequencing System(アプライドバイオシステム社製)を用いて決定した。 その結果、該塩基配列をコードするアミノ酸配列を野生型ピラノース・オキシダーゼのアミノ酸配列(配列番号1記載)と比較したところ、542位のグルタミン酸残基(GAG)がリジン残基(AAG)に置換されていた(特開平8−205861号公報、野生型ピラノース・オキシダーゼの塩基配列参照)。
【0017】
(実施例2)
TY培地100 mlを坂口コルベンに入れて、121℃で10分間殺菌した。大腸菌XL
1−Blue (pPROD−542K)の保存スラントより1白金耳接種し、これを振とう機にて37℃で14時間振とう培養し、種培養とした。
次に1 mM イソプロピル−β−D−チオガラクトピラノシドを含む前記TY培地(殺菌条件同上)20Lを含む30L容ジャーファメンターへ、前記種培養液100 ml接種し、回転数300 rpm、通気量10 L/min、30℃で約16時間培養した。培養終了後、ピラノース・オキシダーゼ活性を過酸化水素の生成に基づいて測定したところ、0.3 U/mlであった。
培養終了後、培養液40 L(20 L*2回分)から限外濾過膜(AHV−3010、旭化成社製)を用いて菌体を集め、水道水にて菌体を洗浄した後、菌体を約10Lに濃縮した。
ステップ1(粗酵素液の調整):上記菌体濃縮液に、5 g卵白リゾチーム、0.55 M EDTA 2Na(pH 8.0)1 L、0.11 Mリン酸カリウム緩衝液(pH 8.0)1 Lを添加、混合し、37℃で24時間放置した後、凍結融解法にて溶菌した。溶菌液に対し、5%プロタミン水溶液(pH 8.0)を攪拌しながら滴下して除核酸処理を行なった。この上澄液を限外濾過膜を用いて50 mM塩化カリウムを含む10 mMリン酸カリウム緩衝液(pH 7.5)に対して透析、濃縮を行ない、約500 mlの粗酵素液を得た。
ステップ2(熱処理):前記透析液(約500ml)を湯浴中にて50℃に加温、30分間保持し、夾雑タンパク質を熱変性させた。熱処理後、冷却遠心分離器(日立CR22形機)を用い、変性タンパク質を除去した。得られた上清液490 mlについて、限外濾過膜を用いて50 mM塩化カリウムを含む10 mMリン酸カリウム緩衝液(pH 7.0)に対する透析を行ない、約500 mlの酵素液を得た。
【0018】
ステップ3(DEAE−セルロース処理):前記処理液(約500 ml)に、湿重量で約1 kgのDEAE−セルロースを添加、混合して、本酵素を吸着させた後、50 mM塩化カリウムを含む10 mMリン酸カリウム緩衝液(pH 7.0)にてDEAE−セルロースを洗浄し、次に、0.5 M塩化カリウムを含む10 mMリン酸カリウム緩衝液(pH 7.0)にて本酵素を溶出させた。得られた溶出液について、限外濾過膜を用いて50 mM塩化カリウムを含む10 mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)に対する透析、濃縮を行ない、約500 mlの酵素液を得た。
ステップ4(QAE−Sephadex A−50 カラムクロマトグラフィー):前記酵素液(500ml)を、QAE−Sephadex A−50 のカラム(7.8×40 cm)に吸着させ、0.26 M 塩化カリウムを含む10mMリン酸カリウム緩衝液(pH 7.0)にてQAE−Sephadex A−50のカラムを洗浄し、次に、0.28 M 塩化カリウムを含む10 mMリン酸カリウム緩衝液(pH 7.0)にて本酵素を溶出させた。
以上の精製操作により、精製純度90%以上の酵素標品150 mg(約3000 U、20 U/mgタンパク質)を得た。
【0019】
(実施例3)
実施例2で得られた本発明の酵素について以下の事項について分析した。
(1) 力価の測定法
0.1 Mトリス−塩酸緩衝液(pH7.0)1.0 ml、発色液(4−アミノアンチピリン及びフェノールを各10 mM含む0.1 Mトリス−塩酸緩衝液(pH 7.0)にパーオキシダーゼを該溶液100 mlあたり2000 U含有させたもの)0.2 ml、1 Mグルコース溶液 0.1 ml、ピラノース・オキシダーゼ溶液0.1 ml及び水1.6 mlから成る全量3.0 mlの酵素含有液を37℃で反応させ、500 nmの吸光度の増加をU2000 形ダブルビーム分光光度計(日立製作所製)にて測定した。
酵素活性の1単位は、37℃、pH 7.0において1分間に1μmolの過酸化水素を生成する酵素量と定義し、また、力価の算出は、上記の条件下で生成するキノイミン色素の分子吸光係数を5.3×10とし、次式に従って行なった。
酵素活性=(△OD500/5.3)×(3.0/0.1)×酵素の希釈率
なお、△OD500は、単位時間(1分間)あたりの500 nmの吸光度増加量である。
【0020】
(2) 安定pH及び至適pH範囲
安定pHは、100 mMグリシン−塩酸緩衝液(pH 2.5〜3.5)、100 mM酢酸ナト リウム−酢酸緩衝液(pH 3.5〜5.5)、100 mMメス−水酸化ナトリウム緩衝液(pH 5.5〜7.0)、100 mMヘペス−水酸化ナトリウム緩衝液(pH 7.0〜8.0)、100 mM タプス−水酸化ナトリウム緩衝液(pH 8.0〜9.0)、100 mMチェス−水酸化ナトリウム緩衝液(pH 9.0〜10.0)、100 mMチャプス−水酸化ナトリウム緩衝液(pH 10.0〜11.0)、100 mMリン酸二カリウム−塩化カリウム緩衝液(pH 11.0〜12.0)、100 mMリン酸カリウム緩衝液(pH 6.5〜8.0)、100 mMトリス−塩酸緩衝液(pH 8.5〜9.0)を用い、pH 2.5〜12.0において、50℃で30分間夫々処理した後本酵素の残存活性を測定して求めた。その結果は、図1に示す通りであり、本酵素の安定pHは、3.5 〜11.0であった。
至適pHは、100 mM酢酸ナトリウム−酢酸緩衝液(pH 3.5〜5.5)、100 mMメス−水酸化ナトリウム緩衝液(pH 5.5〜7.0)、100 mMヘペス−水酸化ナトリ ウム緩衝液(pH 7.0〜8.0)、100 mMタプス−水酸化ナトリウム緩衝液(pH 8.0〜9.0)、100 mMチェス−水酸化ナトリウム緩衝液(pH 9.0〜10.0)、100 mMリン酸カリウム緩衝液(pH6.5〜8.0)、100mMトリス−塩酸緩衝液(pH 8.0〜9.0)を用い、各pHにおける本酵素の活性測定を行なって求めた。その結果は、図2に示す通りであり、本酵素の至適pHは、6.5付近であった。
【0021】
(3) 至適温度
0.1Mトリス−塩酸緩衝液(pH 7.0)1.0 ml、上記と同様の発色液0.2 ml、1 Mグルコース溶液0.1 ml、1.0 U/mlのピラノース・オキシダーゼ溶液0.1 ml及び水1.6 mlから成る全量3.0 mlの酵素含有液を恒温槽を用い、各温度にて1分間反応させ、500 nmの吸光度差をU2000形ダブルビーム分光光度計(日立製作所製)で測定し、酵素活性を算出した。図3より本酵素の至適温度は、約55℃にあった。
(4) 温度安定性
100mMトリス−塩酸緩衝液(pH 8.0)に酵素標品(400 U/ml)を9:1の割合で混合し、これらの溶液を図4で示す各温度で30分間保持した。冷却後100mMトリス−塩酸緩衝液(pH7.0)で50倍希釈し、10分間室温放置後、残存活性を測定した。図4より本酵素は、約55℃まで安定であった。
(5) 基質特異性
上記の力価の測定法における反応液中のグルコースの代わりに表1に示した各種の糖溶液(0.1 M)用いて、本発明の酵素の基質特異性を調べた。なお、ピラノース・オキシダーゼは、反応液中に2.5 U含まれるようにした。活性は、グルコースを100 %としたときの相対活性で表した。表1より本酵素は、グルコースに対する特異性が高く、他にガラクトース、D−キシロース、1,5−アンヒドロ−D−グルシトールに作用した。

Figure 0003587959
(6) Km値
ラインウエーバー・バークのプロットによるKm値の測定を行なった。グルコースに対するKm値は、0.7 mM、1,5−アンヒドロ−D−グルシトールに対するKm値は、15 mMであった。
【0022】
(実施例4)
本発明の酵素の反応における優位性を示すため、本酵素と野生型酵素(特開平8−205861号公報記載)の一定量を、一定量の基質と反応させ、その反応経過を経時的に追うことで両者の比較を行なった。この測定においては、生成される過酸化水素を発色試薬により発色させ、500 nmの吸光度により定量した。ここで用いる基質(グルコース及び1,5−アンヒドロ−D−グルシトール)の濃度は希薄であるため、10〜40分の反応で完全に分解され、OD 500 nmは最終的に一定値に達することとなる。従って、OD 500 nmが一定値に達するまでの時間が短ければ短いほど、その基質特異性及び酵素反応性は優れているといえる。
【0023】
(1)グルコースに対する反応性
実施例3の(1)力価の測定法において、グルコースを0.027 mg、ピラノース・オキシダーゼを1 U加え、37℃下でOD 500 nmを測定した。その結果を図5に示した。図5において、本発明の酵素が反応開始後10分で一定値に達しているのに対し、野生型酵素は、反応開始後15分においても一定値に達していないことがわかる。この結果は、本酵素が野生型酵素より基質特異性、基質との反応性の点で優れていることを示す。
(2) 1,5−アンヒドロ−D−グルシトールに対する反応性
実施例3の(1)力価の測定法において、1,5−アンヒドロ−D−グルシトールを0.027 mg、ピラノース・オキシダーゼを30 U加え、37℃下でOD 500 nmを測定した。その結果を図6に示す。図6において、本発明の酵素が反応開始後20分で一定値に達しているのに対し、野生型酵素は、反応開始後30分においても一定値に達していないことがわかる。この結果は、本酵素が野生型酵素より基質特異性、基質との反応性の点で優れていることを示す。
【0024】
【発明の効果】
本発明によれば、改変ピラノース・オキシダーゼ、特に、Km値、耐熱性及びpH安定性に優れたピラノース・オキシダーゼが効率よく製造できる。特にKm値が小さいため、測定時間の短縮化、使用酵素量の低減化を図ることができ、本発明は、産業上有用である。
【0025】
【配列表】
Figure 0003587959
Figure 0003587959
Figure 0003587959
Figure 0003587959

【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の酵素の安定pHを示す図である。
【図2】本発明の酵素の至適pHを示す図である。
【図3】本発明の酵素の至適温度を示す図である。
【図4】本発明の酵素の温度安定性を示す図である。
【図5】本発明の酵素と野生型酵素の反応性の違いを示すため、一定量の酵素で一定量のグルコースを分解する過程を経時的に追った図である。
【図6】本発明の酵素と野生型酵素の反応性の違いを示すため、一定量の酵素で一定量の1,5−アンヒドロ−D−グルシトールを分解する過程を経時的に追った図である。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a modified pyranose oxidase, a modified pyranose oxidase gene, a novel recombinant DNA, and a method for producing a modified pyranose oxidase, which are useful for an enzymatic assay of glucose and 1,5-anhydro-D-glucitol.
[0002]
[Prior art]
Pyranose oxidase is an enzyme that uses glucose as an optimal substrate and catalyzes the reaction of oxidizing the glucose to produce glucosone, and can be used for enzymatic measurement of glucose in foods, body fluids and the like. In addition, by acting on 1,5-anhydro-D-glucitol, it can be used for an enzymatic measurement method of 1,5-anhydro-D-glucitol, which is regarded as a diagnostic marker for diabetes. .
Conventionally, pyranose oxidase derived from Coriolus versicolor (described in JP-A-8-205861) has a Km value for glucose of 1.37 mM, heat resistance of about 50 ° C., and stable pH of pH 4 0.0 to 8.0. Accordingly, there has been a need for pyranose oxidase that exhibits a lower Km value, is more stable to higher temperatures, and has broader pH stability. Further, it was expected that the Km value for not only glucose but also 1,5-anhydro-D-glucitol was small.
[0003]
[Problems to be solved by the invention]
The present invention has been made to solve such problems of the prior art, and it is an object of the present invention to provide a modified pyranose oxidase which is superior to the prior art and a means for producing the same.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Therefore, the present inventors further studied in view of the above-mentioned object, and as a result of genetically modifying the pyranose oxidase gene derived from Coriolus versicolor (described in JP-A-8-205861), the Km value, the heat resistance and the pH stability were improved. The present inventors have found that a gene encoding a modified pyranose oxidase having improved properties, a modified pyranose oxidase having improved Km value, heat resistance and pH stability, and the like can be obtained, and have completed the present invention.
[0005]
That is, the first invention of the present application is the following modified pyranose oxidase (a),
(A) a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and having pyranose oxidase activity
The second invention of the present application is the following modified pyranose oxidase (a),
(A) a protein in which the amino acid at position 542 is substituted in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and which has pyranose oxidase activity
The third invention of the present application is the following modified pyranose oxidase (a),
(A) a protein in which the amino acid at position 542 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 has been substituted with lysine, and which has pyranose oxidase activity;
A fourth invention of the present application is a modified pyranose oxidase having the following physicochemical properties,
(1) Action: oxidizes glucose to glucosone.
(2) Substrate specificity: specifically acts on glucose, but also acts on galactose, L-sorbose, D-xylose, and 1,5-anhydro-D-glucitol.
(3) Stable pH: pH 3.5 to 11.0 by treatment at 50 ° C. for 30 minutes.
(4) Optimum pH: around pH 6.5
(5) Optimum temperature: around 55 ° C
(6) Temperature stability: stable up to about 55 ° C
A fifth invention of the present application is a modified pyranose oxidase gene encoding the following protein (a):
(A) a protein comprising an amino acid sequence in which one or more amino acids are deleted, substituted or added in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and having pyranose oxidase activity
A sixth invention of the present application is a modified pyranose oxidase gene encoding the following protein (a):
(A) a protein in which the amino acid at position 542 is substituted in the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1 and which has pyranose oxidase activity
A seventh invention of the present application is a modified pyranose oxidase gene encoding the following protein (a):
(A) a protein in which the amino acid at position 542 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 has been substituted with lysine, and which has pyranose oxidase activity;
An eighth invention of the present application is a novel recombinant DNA characterized in that the pyranose oxidase gene is inserted into a vector DNA,
A ninth invention of the present application is a transformant or a transductant containing the recombinant DNA,
A tenth invention of the present application is a method for producing a modified pyranose oxidase, which comprises culturing the above-mentioned transformant or transductant in a medium and collecting the modified pyranose oxidase from the culture.
[0006]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, the present invention will be described in detail.
The modified pyranose oxidase of the present invention can be obtained, for example, as follows.
First, a recombinant plasmid pPRME10 (described in JP-A-8-205861) containing the isolated pyranose oxidase gene derived from Coriolus versicolor ps4a strain was prepared from E. coli XL1-Blue (pPRME10) (FERM BP-4831), for example. Extraction and purification are performed by using QIAGEN (manufactured by Funakoshi).
The vector DNA that can be used in the present invention is not limited to the above-mentioned plasmid vector DNA, but may be other ones such as bacteriophage vector DNA and plasmid vector DNA. Specifically, pUC118 (manufactured by Takara Shuzo) or the like is preferable.
[0007]
Next, a pyranose oxidase gene consisting of an amino acid sequence in which one or more, preferably several amino acids have been deleted, substituted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and encoding a protein having pyranose oxidase activity Any method may be used to obtain the recombinant plasmid DNA, for example, a point mutation such as a method for randomly converting the recombinant plasmid DNA using a chemical mutagen such as hydroxylamine or nitrous acid or a PCR method, or a commercially available kit Site-directed mutagenesis, which is a well-known technique for generating site-specific substitution or deletion mutations utilizing the following: selective cleavage of the recombinant plasmid DNA, followed by removal or addition of the selected oligonucleotides , Ligation method; oligonucleotide mutagenesis method, etc. It is.
[0008]
One or more, preferably several amino acids are substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1, and the protein having pyranose oxidase activity includes, for example, glutamic acid residue in pyranose oxidase. And those substituted with other amino acid residues. And other amino acids include, for example, lysine and the like. Specific examples thereof include those in which the glutamic acid residue at position 542 in the amino acid sequence of the protein has been substituted with a lysine residue.
The pyranose oxidase gene consisting of an amino acid sequence in which one or more, preferably several amino acids are substituted in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and encoding a protein having a pyranose oxidase activity includes, for example, pyranose oxidase. Examples include those in which a base encoding a glutamic acid residue in oxidase is replaced with a base encoding another amino acid residue. Examples of the base encoding another amino acid include, for example, a base encoding lysine. Specific examples thereof include those in which a base encoding a glutamic acid residue at position 542 in the amino acid sequence of the protein is replaced with a base encoding a lysine residue.
[0009]
The recombinant DNA after the above treatment is purified using a desalting column, QIAGEN (manufactured by Funakoshi) or the like to obtain various recombinant DNAs.
The various recombinant DNAs thus obtained are used to transform or transduce, for example, E. coli K12, preferably E. coli JM109 (manufactured by Toyobo), XL1-Blue (manufactured by Funakoshi) and the like. A transformant or a transductant containing the recombinant DNA having the pyranose oxidase gene fragment can be obtained.
For example, in the case of a transformant, a modified product having improved heat resistance, Km value, etc., is obtained from the obtained transformant (containing therein recombinant plasmid DNA containing various pyranose oxidase genes). To obtain a strain that produces pyranose oxidase, the following method can be used.
[0010]
First, the obtained transformant is cultured on an agar medium to form colonies, and each colony is replicated on a filter. The filter is placed on an agar medium (including an induction substrate) to culture each colony, and various modified pyranose oxidases contained in the recombinant plasmid DNA are induced and produced. After heat-treating the filter under appropriate conditions, the filter is incubated on an assay plate prepared so that pyranose oxidase activity can be detected, and a mutant showing residual activity is selected. The selected mutants are liquid-cultured together with a wild-type strain (XL1-Blue (pPRME10)), various pyranose oxidases are induced and produced, and the resulting culture is subjected to ultrasonic disruption. Using the crude enzyme extract, the Km value is measured, and a transformant showing an excellent Km value is selected.
The base sequence of the modified pyranose oxidase gene inserted into the recombinant DNA of the superior transformant obtained as described above is determined by, for example, the dideoxy method (Methods in Enzymology, 101, 20-78, 1983). Can do it.
[0011]
A transformant or transductant having a modified pyranose oxidase-producing ability obtained as described above, preferably, to produce a modified pyranose oxidase using a strain belonging to the genus Escherichia, as follows: Can do it.
In order to culture the above microorganism, the microorganism may be cultured by a usual solid culture method, but it is preferable to culture by using a liquid culture method as much as possible. Examples of a medium for culturing the microorganism include, for example, potassium dihydrogen phosphate, dihydrogen phosphate, and the like in one or more nitrogen sources such as yeast extract, peptone, meat extract, corn steep liquor, soybean or wheat koji leaching solution. One or more inorganic salts such as potassium, magnesium sulfate, ferric chloride, ferric sulfate or manganese sulfate are added, and if necessary, saccharide raw materials, vitamins and the like are appropriately added. The initial pH of the medium is appropriately adjusted to 7 to 9. The cultivation is preferably carried out at 25 to 42 ° C. for 6 to 24 hours by aeration and agitation deep culturing, shaking culturing, static culturing and the like.
[0012]
After completion of the cultivation, the modified pyranose oxidase can be collected from the culture using conventional enzyme collecting means. The cells are separated from the culture by, for example, filtration, centrifugation, etc., and washed. It is preferable to collect the modified pyranose oxidase from the cells. In this case, the cells can be used as they are, but a method of destroying the cells using various disrupting means such as an ultrasonic crusher, a French press, a dynamill, etc., or a cell cell wall using a cell wall lysing enzyme such as lysozyme. It is preferable to collect the modified pyranose oxidase from the cells by, for example, a method of dissolving the enzyme, or a method of extracting the enzyme from the cells using a surfactant such as Triton X-100. In order to isolate the modified pyranose oxidase from the thus obtained crude enzyme solution, a method used for ordinary enzyme purification can be used. For example, it is preferable to carry out an appropriate combination of ammonium sulfate precipitation, organic solvent precipitation, ion exchange chromatography, gel filtration chromatography, adsorption chromatography, electrophoresis, isoelectric precipitation, and the like.
[0013]
The physicochemical properties of the pyranose oxidase thus obtained are as follows.
(1) Action
Glucose is oxidized to glucosone.
(2) Substrate specificity
It acts specifically on glucose, but also on galactose, L-sorbose, D-xylose and 1,5-anhydro-D-glucitol.
(3) Stable pH
Stable at pH 3.5 to 11.0 by treatment at 50 ° C. for 30 minutes.
(4) Optimum pH
The optimum pH is around pH 6.5.
(5) Optimal temperature
The optimum temperature is around 55 ° C.
(6) Temperature stability
Stable up to about 55 ° C.
(7) Km value
The Km value for glucose is 0.7 mM and the Km value for 1,5-anhydro-D-glucitol is 15 mM.
As a result of comparing and examining the above physicochemical properties with known pyranose oxidase, the optimum pH was around 6.5, the optimal temperature was around 55 ° C, and the treatment was performed at 50 ° C for 30 minutes like the present enzyme. This enzyme was identified as a novel enzyme, since no enzyme that is stable in the range of pH 3.5 to 11.0 even after the test is known.
[0014]
【Example】
Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples.
(Example 1)
(1) Mutation operation
First, a recombinant plasmid pPRME10 (described in JP-A-8-205861) containing a pyranose oxidase gene derived from Coriolus versicolor ps4a strain was obtained from Escherichia coli XL1-Blue (pPRME10) (FERM BP-4831) by QIAGEN (Funakoshi). ) Was extracted and purified. Using the recombinant plasmid pPRME10, E. coli XL1-RED (manufactured by STRATAGENE; which is prone to cause errors in replication of the plasmid and mutate during propagation) was used. M. Transformation was performed according to the method of Morrison (Methods in Enzymology, 68, 326-331, 1979) to obtain a transformant. 200 colonies of the obtained transformant were inoculated into 10 ml of TY medium (1% Bacto tryptone, 0.5% Bacto yeast extract, 0.5% NaCl, pH 7.0), and incubated at 37 ° C for 18 minutes. The cells were cultured with shaking for an hour. After the culture, the culture was centrifuged at 6000 rpm for 10 minutes to collect the cells to obtain cells. The recombinant plasmid containing the mutation was extracted from the cells using QIAGEN tip-100 (manufactured by Funakoshi) and purified. Using this plasmid, M. Escherichia coli XL1-Blue (manufactured by Funakoshi) was transformed according to the method of Morrison (Methods in Enzymology, 68, 326-331, 1979) to obtain a transformant having a mutated plasmid. The 6000 transformants were screened for strains having improved heat resistance and Km value by the method described in item (2).
[0015]
(2) Screening for strains with improved thermostability and Km value
The above transformant obtained by the mutation procedure (1) was cultured on a TY agar medium at 37 ° C. overnight to form colonies, and each colony was replicated on a filter (Hybond N; manufactured by Amersham). The filter was placed on a TY medium agar medium containing 1 mM isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside and cultured at 30 ° C. for 4 hours to induce and produce various modified pyranose oxidases. The filter was sealed in a plastic bag, heat-treated in a water bath at 65 ° C. for 30 minutes, and assay plates (33 mM glucose, 0.5 U / ml peroxidase, 33 mM glucose, prepared to detect pyranose oxidase activity) (1% agar containing 0.01% dianisidine) and incubated at 37 ° C. As a result, four strains had residual activity and exhibited brown coloration.
The resulting four transformants and the wild-type strain (XL1-Blue (pPRME10)) were subjected to liquid culture in 2 ml of TY medium (containing 1 mM isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside) for each colony. Then, the gene contained in the plasmid was expressed, and various pyranose oxidases were induced and produced. After the culture, the obtained culture was subjected to ultrasonic crushing, and the Km value for glucose and 1,5-anhydro-D-glucitol was measured using the crude enzyme extract. As a result, the mutant XL1-Blue (pPROD-542K) produced a modified pyranose oxidase having the smallest Km value for both glucose and 1,5-anhydro-D-glucitol.
Escherichia coli XL1-Blue (pPROD-542K) has been deposited as FERMBP-5988 with the National Institute of Biotechnology and Industrial Technology.
[0016]
(3) Analysis of mutation site
The following analysis was performed on the modified pyranose oxidase gene contained in the superior mutant strain obtained as described above in order to confirm which site of the gene was replaced by the mutation operation. The recombinant DNA contained in the mutant strain Escherichia coli XL1-Blue (pPROD-542K) was purified using QIAGEN Plasmid Midi Kit (Funakoshi). The nucleotide sequence of the modified pyranose oxidase gene containing the mutation contained in the recombinant DNA was determined using a Deletion Kit for Kilo-Sequence (manufactured by Takara Shuzo) and a 370 DNA Sequencing System (manufactured by Applied Biosystems). As a result, when the amino acid sequence encoding the nucleotide sequence was compared with the amino acid sequence of wild-type pyranose oxidase (described in SEQ ID NO: 1), the glutamic acid residue (GAG) at position 542 was replaced with a lysine residue (AAG). (See Japanese Patent Application Laid-Open No. 8-2055861, the nucleotide sequence of wild-type pyranose oxidase).
[0017]
(Example 2)
100 ml of TY medium was placed in Sakaguchi Kolben and sterilized at 121 ° C. for 10 minutes. Escherichia coli XL
One loopful of loop was inoculated from a stock slant of 1-Blue (pPROD-542K), and this was shake-cultured at 37 ° C for 14 hours with a shaker to obtain a seed culture.
Next, 100 ml of the seed culture solution was inoculated into a 30-L jar fermenter containing 20 L of the TY medium containing 1 mM isopropyl-β-D-thiogalactopyranoside (same conditions as in the sterilization conditions), and rotated at 300 rpm. The cells were cultured at a volume of 10 L / min at 30 ° C. for about 16 hours. After completion of the culture, the pyranose oxidase activity was measured based on the production of hydrogen peroxide, and was found to be 0.3 U / ml.
After completion of the culture, cells were collected from 40 L of the culture solution (20 L * 2 times) using an ultrafiltration membrane (AHV-3010, manufactured by Asahi Kasei Corporation), washed with tap water, washed with tap water, and then cultured. Was concentrated to about 10 L.
Step 1 (adjustment of crude enzyme solution): 5 g of egg white lysozyme, 1 L of 0.55 M EDTA 2Na (pH 8.0), 0.1 L of potassium phosphate buffer (pH 8.0) 0) 1 L was added, mixed, and allowed to stand at 37 ° C. for 24 hours, and then lysed by freeze-thawing method. A 5% aqueous protamine solution (pH 8.0) was added dropwise to the lysate with stirring to remove nucleic acids. The supernatant was dialyzed and concentrated against a 10 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5) containing 50 mM potassium chloride using an ultrafiltration membrane to obtain about 500 ml of a crude enzyme solution. .
Step 2 (heat treatment): The dialysate (about 500 ml) was heated to 50 ° C. in a hot water bath and kept for 30 minutes to thermally denature contaminating proteins. After the heat treatment, denatured proteins were removed using a cooling centrifuge (Hitachi CR22 model). The resulting supernatant (490 ml) was dialyzed against a 10 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 50 mM potassium chloride using an ultrafiltration membrane to obtain about 500 ml of an enzyme solution. .
[0018]
Step 3 (DEAE-cellulose treatment): About 1 kg of wet weight of DEAE-cellulose was added to the above-mentioned treatment liquid (about 500 ml), mixed and allowed to adsorb the enzyme, and then containing 50 mM potassium chloride. The DEAE-cellulose is washed with a 10 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), and the enzyme is then washed with a 10 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 0.5 M potassium chloride. Was eluted. The obtained eluate was dialyzed and concentrated against a 10 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 50 mM potassium chloride using an ultrafiltration membrane to obtain about 500 ml of an enzyme solution.
Step 4 (QAE-Sephadex A-50 column chromatography): The enzyme solution (500 ml) is adsorbed on a QAE-Sephadex A-50 column (7.8 × 40 cm) and contains 0.26 M potassium chloride. The column of QAE-Sephadex A-50 was washed with 10 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0), and then 10 mM potassium phosphate buffer (pH 7.0) containing 0.28 M potassium chloride. To elute the enzyme.
By the above purification operation, 150 mg (about 3000 U, 20 U / mg protein) of an enzyme preparation having a purity of 90% or more was obtained.
[0019]
(Example 3)
The following items were analyzed for the enzyme of the present invention obtained in Example 2.
(1) Measurement method of titer
1.0 ml of a 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 7.0) and a coloring solution (0.1 M Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing 10 mM each of 4-aminoantipyrine and phenol) were added. 0.2 ml of oxidase per 100 ml of the solution (0.1 ml), 0.1 ml of 1 M glucose solution, 0.1 ml of pyranose oxidase solution and 1.6 ml of water. The enzyme-containing solution was reacted at 37 ° C., and the increase in absorbance at 500 nm was measured with a U2000 type double beam spectrophotometer (manufactured by Hitachi, Ltd.).
One unit of the enzymatic activity is defined as the amount of an enzyme that produces 1 μmol of hydrogen peroxide per minute at 37 ° C. and pH 7.0, and the titer is calculated based on the amount of the quinoimine dye produced under the above conditions. The molecular extinction coefficient is 5.3 × 10 3 And performed according to the following equation.
Enzyme activity = (△ OD 500 /5.3) x (3.0 / 0.1) x enzyme dilution
In addition, $ OD 500 Is the increase in absorbance at 500 nm per unit time (1 minute).
[0020]
(2) Stable pH and optimal pH range
The stable pH is 100 mM glycine-hydrochloric acid buffer (pH 2.5-3.5), 100 mM sodium acetate-acetic acid buffer (pH 3.5-5.5), 100 mM female-sodium hydroxide buffer. Solution (pH 5.5-7.0), 100 mM Hepes-sodium hydroxide buffer (pH 7.0-8.0), 100 mM taps-sodium hydroxide buffer (pH 8.0-9.0) ), 100 mM chess-sodium hydroxide buffer (pH 9.0-10.0), 100 mM chaps-sodium hydroxide buffer (pH 10.0-11.0), 100 mM dipotassium phosphate-chloride Potassium buffer (pH 11.0-12.0), 100 mM potassium phosphate buffer (pH 6.5-8.0), 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.5-9.0) Used, pH 2.5- In 2.0, it was determined by measuring the residual activity of the enzyme after each for 30 minutes at 50 ° C.. The results are as shown in FIG. 1, and the stable pH of this enzyme was 3.5 to 11.0.
The optimal pH is 100 mM sodium acetate-acetic acid buffer (pH 3.5-5.5), 100 mM female-sodium hydroxide buffer (pH 5.5-7.0), 100 mM Hepes-hydroxide. Sodium buffer (pH 7.0-8.0), 100 mM taps-sodium hydroxide buffer (pH 8.0-9.0), 100 mM chess-sodium hydroxide buffer (pH 9.0-9.0) 10.0), 100 mM potassium phosphate buffer (pH 6.5 to 8.0), and 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0 to 9.0). I asked for it. The results are as shown in FIG. 2, and the optimum pH of the present enzyme was around 6.5.
[0021]
(3) Optimal temperature
1.0 ml of 0.1 M Tris-HCl buffer (pH 7.0), 0.2 ml of the same coloring solution as above, 0.1 ml of 1 M glucose solution, 1.0 U / ml pyranose oxidase solution A total of 3.0 ml of the enzyme-containing solution consisting of 0.1 ml and 1.6 ml of water was reacted for 1 minute at each temperature using a thermostat, and the absorbance difference at 500 nm was measured using a U2000 type double beam spectrophotometer ( (Manufactured by Hitachi, Ltd.), and the enzyme activity was calculated. From FIG. 3, the optimum temperature of the present enzyme was about 55 ° C.
(4) Temperature stability
An enzyme preparation (400 U / ml) was mixed at a ratio of 9: 1 with 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0), and these solutions were kept at the respective temperatures shown in FIG. 4 for 30 minutes. After cooling, the mixture was diluted 50-fold with a 100 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0), allowed to stand at room temperature for 10 minutes, and the residual activity was measured. According to FIG. 4, this enzyme was stable up to about 55 ° C.
(5) Substrate specificity
Substrate specificity of the enzyme of the present invention was examined using various sugar solutions (0.1 M) shown in Table 1 in place of glucose in the reaction solution in the above titration method. Pyranose oxidase was contained in the reaction solution in an amount of 2.5 U. The activity was expressed as a relative activity when glucose was set to 100%. As shown in Table 1, this enzyme had high specificity for glucose and also acted on galactose, D-xylose, and 1,5-anhydro-D-glucitol.
Figure 0003587959
(6) Km value
The Km value was measured by a Lineweaver-Burk plot. The Km value for glucose was 0.7 mM, and the Km value for 1,5-anhydro-D-glucitol was 15 mM.
[0022]
(Example 4)
In order to show the superiority in the reaction of the enzyme of the present invention, a certain amount of the enzyme and a wild-type enzyme (described in JP-A-8-205861) are reacted with a fixed amount of a substrate, and the progress of the reaction is followed with time. Thus, the two were compared. In this measurement, the produced hydrogen peroxide was colored with a coloring reagent and quantified by absorbance at 500 nm. Since the concentrations of the substrates (glucose and 1,5-anhydro-D-glucitol) used here are low, they are completely decomposed in a reaction for 10 to 40 minutes, and the OD 500 nm will eventually reach a constant value. Therefore, OD 500 It can be said that the shorter the time required for nm to reach a certain value is, the better its substrate specificity and enzyme reactivity are.
[0023]
(1) Reactivity to glucose
In the (1) titer measurement method of Example 3, 0.027 mg of glucose and 1 U of pyranose oxidase were added, and the OD was measured at 37 ° C. 500 nm was measured. The results are shown in FIG. FIG. 5 shows that the enzyme of the present invention reached a constant value 10 minutes after the start of the reaction, whereas the wild-type enzyme did not reach a constant value even 15 minutes after the start of the reaction. This result indicates that the present enzyme is superior to the wild-type enzyme in terms of substrate specificity and reactivity with the substrate.
(2) Reactivity to 1,5-anhydro-D-glucitol
In (1) titer measurement method of Example 3, 0.027 mg of 1,5-anhydro-D-glucitol and 30 U of pyranose oxidase were added, and the OD was measured at 37 ° C. 500 nm was measured. FIG. 6 shows the result. FIG. 6 shows that the enzyme of the present invention reached a constant value 20 minutes after the start of the reaction, whereas the wild-type enzyme did not reach a constant value even 30 minutes after the start of the reaction. This result indicates that the present enzyme is superior to the wild-type enzyme in terms of substrate specificity and reactivity with the substrate.
[0024]
【The invention's effect】
According to the present invention, modified pyranose oxidase, particularly pyranose oxidase excellent in Km value, heat resistance and pH stability can be efficiently produced. Particularly, since the Km value is small, the measurement time can be shortened and the amount of the enzyme used can be reduced, and the present invention is industrially useful.
[0025]
[Sequence list]
Figure 0003587959
Figure 0003587959
Figure 0003587959
Figure 0003587959

[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a diagram showing a stable pH of the enzyme of the present invention.
FIG. 2 is a graph showing the optimum pH of the enzyme of the present invention.
FIG. 3 is a diagram showing an optimum temperature of the enzyme of the present invention.
FIG. 4 is a diagram showing the temperature stability of the enzyme of the present invention.
FIG. 5 is a diagram showing a process of decomposing a fixed amount of glucose with a fixed amount of enzyme over time to show a difference in reactivity between the enzyme of the present invention and a wild-type enzyme.
FIG. 6 is a diagram showing the process of decomposing a certain amount of 1,5-anhydro-D-glucitol with a certain amount of enzyme over time to show a difference in reactivity between the enzyme of the present invention and a wild type enzyme. is there.

Claims (5)

以下の(a)の改変ピラノース・オキシダーゼ。
(a)配列番号1記載のアミノ酸配列において、542位のアミノ酸がリジンに置換されており、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質
The following modified pyranose oxidase (a).
(a) a protein in which the amino acid at position 542 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 has been substituted with lysine, and which has pyranose oxidase activity;
以下の(a)のタンパク質をコードする改変ピラノース・オキシダーゼ遺伝子。
(a)配列番号1記載のアミノ酸配列において、542位のアミノ酸がリジンに置換されており、かつピラノース・オキシダーゼ活性を有するタンパク質
A modified pyranose oxidase gene encoding the following protein (a):
(a) a protein in which the amino acid at position 542 in the amino acid sequence of SEQ ID NO: 1 has been substituted with lysine, and which has pyranose oxidase activity;
請求項2記載の改変ピラノース・オキシダーゼ遺伝子をベクターDNAに挿入したことを特徴とする新規な組み換え体DNA。A novel recombinant DNA comprising the modified pyranose oxidase gene according to claim 2 inserted into a vector DNA. 請求項3記載の組み換え体DNAを含む形質転換体または形質導入体。A transformant or a transductant containing the recombinant DNA according to claim 3. 請求項4記載の形質転換体または形質導入体を培地に培養し、培養物から改変ピラノース・オキシダーゼを採取することを特徴とする改変ピラノース・オキシダーゼの製造法。A method for producing a modified pyranose oxidase, comprising culturing the transformant or the transductant according to claim 4 in a medium, and collecting the modified pyranose oxidase from the culture.
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