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JPS6148919B2 - - Google Patents
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JPS6148919B2 - - Google Patents

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Publication number
JPS6148919B2
JPS6148919B2 JP7071877A JP7071877A JPS6148919B2 JP S6148919 B2 JPS6148919 B2 JP S6148919B2 JP 7071877 A JP7071877 A JP 7071877A JP 7071877 A JP7071877 A JP 7071877A JP S6148919 B2 JPS6148919 B2 JP S6148919B2
Authority
JP
Japan
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enzyme
gel
reaction
formula
activity
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP7071877A
Other languages
Japanese (ja)
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JPS548788A (en
Inventor
Toshio Ueda
Yoshinori Sato
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Boseki Co Ltd
Original Assignee
Nitto Boseki Co Ltd
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Publication date
Application filed by Nitto Boseki Co Ltd filed Critical Nitto Boseki Co Ltd
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Publication of JPS548788A publication Critical patent/JPS548788A/en
Publication of JPS6148919B2 publication Critical patent/JPS6148919B2/ja
Granted legal-status Critical Current

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  • Addition Polymer Or Copolymer, Post-Treatments, Or Chemical Modifications (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)
  • Peptides Or Proteins (AREA)
  • Polymerisation Methods In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は両性電解質型の架橋ポリマーによる酵
素の固定化方法に関するものである。 酵素は繊維工業,食品加工工業,医薬品製造工
業などの広い分野において、触媒として利用され
ている極めて作用特異性の高い物質である。 しかしながら酵素を利用する反応系において
は、 1 酵素自体が熱,強酸,強アルカリ,有機溶媒
などに不安定で、酵素反応を行うのに適した条
件下でも比較的速く失活し、反応時間の経過と
ともに反応速度が低下する 2 酵素反応においては、水に酵素を溶解させた
状態で基質に作用させるバツチ方式が採用され
ているので、目的とする反応終了後に、酵素を
変性除去せしめ、生成物の取り出しを行うもの
であるので、酵素が使い捨てにされるために不
経済である 3 工業的に酵素反応を行う場合の粗酵素液の使
用においては、かかる触媒中に酵素以外の蛋白
質,着色物質等の夾雑物が存在するのでこれを
除去する操作が必要となり、反応生成物の分離
精製が複雑となり、収率の低下の原因となる 等の欠点を伴うものである。 そこで、近時上述の様な欠点を除去する目的
で、酵素活性を有する安定な水不溶性のタイプに
変え、これを一般の化学反応に用いる固体触媒と
同様に扱い得るようにした所謂固定化酵素が開発
されており、その固定化方法として (a) 水不溶性の担体に酵素を結合せしめる担体結
合法 (b) 酵素を2官能試薬と反応させて架橋させる架
橋法 (c) 酵素をゲルの格子の中に包み込むか半透膜性
のポリマーで被覆する包活法 等が提案されている。 上記各方法にうち担体結合法は不溶性の固体表
面に酵素を化学結合,イオン結合あるいは物理的
吸着によつて担持せしめて固定化するものである
が、酵素活性はその分子構造の変化に鋭敏であつ
て、化学的に他分子に結合させる場合著しく失活
の確率が増す。一方、イオン結合あるいは物理的
吸着の場合は、操作が容易ではあるもののイオン
強度やPHの変化等によつて酵素が担体から脱落し
やすく、酵素の固定化という本来の目的が十分に
達成されていない。また架橋法は酵素分子同士を
酵素分子中にある官能基を利用して2官能試薬に
よつて架橋固定化させる方法であり、化学反応を
伴うために酵素の活性を低下させるだけでなく複
雑な工程と高価な試薬を必要とし、しばしば激し
い反応条件をも必要とする等の欠点があり、さら
に包活性はポリマーのゲルの格子の中に酵素を取
り込むかあるいはナイロンやポリウレア等のポリ
マーの皮膜でマイクロカプセル化するものである
が、現在提案されているポリアクリルアミドのゲ
ルの中に酵素を取り込む方法は、酵素自体がゲル
を作るポリマーと化学的に結合していないで、ゲ
ルの格子が大きすぎると酵素が流出する恐れがあ
り、また格子が小さすぎると酵素反応の速度が遅
くなり、格子の大きさの調節が厄介である等の欠
点を有するものである。 本発明は酵素を閉じ込めるゲルを酵素と極めて
親和性の大きなポリマーで構成させるものであ
り、上記のような欠点を有することのない、即ち
酵素の活性を低下させることなく長期にわたつて
安定した効力を発揮しうる固定化酵素の製造を可
能にしたものである。 即ち、本発明者は、酵素の特異性を利用した酵
素反応は一般に水系を利用して行われるものであ
ることから、酵素を固定化する場合のキヤリヤー
即ち酵素を閉じ込めるゲルにはこれが水不溶性が
要求される一方で、酵素が有する活性の発現のた
めには担体たるポリマーが親水性であることが望
ましく、しかも、酵素が存在する雰囲気が酵素自
体と極めて親和性を有するものである場合に酵素
が安定して長期間の触媒作用を呈することを見い
出し、本発明を完成するに至つたものである。 本発明は、一般式 (式中R1は水素または―CH3を、R2は―
CH2CH2―を、R3およびR4は―CH3または―C2H5
を、R5は水素または
The present invention relates to a method for immobilizing enzymes using ampholyte-type crosslinked polymers. Enzymes are substances with extremely high action specificity that are used as catalysts in a wide range of fields such as the textile industry, food processing industry, and pharmaceutical manufacturing industry. However, in reaction systems that use enzymes, 1. The enzyme itself is unstable to heat, strong acids, strong alkalis, organic solvents, etc., and is deactivated relatively quickly even under conditions suitable for enzymatic reactions, resulting in short reaction times. The reaction rate decreases over time.2 Enzyme reactions use a batch method in which the enzyme is dissolved in water and acts on the substrate.After the desired reaction is completed, the enzyme is denatured and removed to form a product. 3. When using a crude enzyme solution for industrial enzymatic reactions, proteins other than enzymes and colored substances may not be present in the catalyst. Since such impurities are present, an operation to remove them is required, which complicates the separation and purification of the reaction product, resulting in a decrease in yield. Recently, in order to eliminate the drawbacks mentioned above, so-called immobilized enzymes have been changed to stable, water-insoluble types that have enzymatic activity and can be treated in the same way as solid catalysts used in general chemical reactions. has been developed, and its immobilization methods include (a) a carrier-binding method in which the enzyme is bound to a water-insoluble carrier; (b) a cross-linking method in which the enzyme is cross-linked by reacting with a bifunctional reagent; and (c) the enzyme is bonded to a gel lattice. Encapsulation methods have been proposed in which the membrane is wrapped in a membrane or covered with a semipermeable polymer. Among the above methods, the carrier binding method involves immobilizing the enzyme on an insoluble solid surface by chemical bonding, ionic bonding, or physical adsorption, but enzyme activity is sensitive to changes in its molecular structure. However, when it is chemically bonded to other molecules, the probability of deactivation increases significantly. On the other hand, in the case of ionic bonding or physical adsorption, although it is easy to operate, enzymes tend to fall off from the carrier due to changes in ionic strength or pH, and the original purpose of enzyme immobilization may not be fully achieved. do not have. In addition, the cross-linking method is a method in which enzyme molecules are cross-linked and immobilized using a bifunctional reagent using the functional groups in the enzyme molecules, and because it involves a chemical reaction, it not only reduces the activity of the enzyme but also creates complex In addition, encapsulant activity is achieved by incorporating the enzyme into a polymer gel lattice or by using a coating of polymers such as nylon or polyurea. The currently proposed method of incorporating enzymes into polyacrylamide gels involves microencapsulation, but the enzyme itself is not chemically bonded to the polymer that makes up the gel, and the gel lattice is too large. However, if the lattice is too small, the speed of the enzyme reaction will be slow, making it difficult to adjust the lattice size. In the present invention, the gel that confines the enzyme is composed of a polymer that has an extremely high affinity for the enzyme, and it does not have the above-mentioned drawbacks, that is, it has stable efficacy over a long period of time without reducing the activity of the enzyme. This has made it possible to produce immobilized enzymes that can exhibit the following effects. That is, the present inventors believe that since enzymatic reactions that utilize the specificity of enzymes are generally carried out using an aqueous system, the carrier for immobilizing the enzyme, that is, the gel that confines the enzyme, is water-insoluble. However, in order to express the activity of the enzyme, it is desirable that the polymer used as a carrier be hydrophilic. It was discovered that the compound exhibits a stable catalytic action over a long period of time, leading to the completion of the present invention. The present invention is based on the general formula (In the formula, R 1 is hydrogen or -CH 3 , R 2 is -
CH 2 CH 2 -, R 3 and R 4 are -CH 3 or -C 2 H 5
, R 5 is hydrogen or

【式】を、X は―Cl,―Brまたは―OHを表わす) で表示されるカチオン性モノマーと、一般式 (式中R6は水素または―CH3を、Yは―
COOH,―SO3Hまたは
[Formula], X represents -Cl, -Br or -OH) and a cationic monomer represented by the general formula (In the formula, R 6 is hydrogen or -CH 3 , Y is -
COOH, ―SO 3 H or

【式】あ るいはそれらのアルカリ金属塩もしくはアンモニ
ウム塩を表わす) で表示されるアニオン性モノマーとを、エチレン
性不飽和基を2個有する架橋性モノマーの存在下
でラジカル共重合して得られる両性電解質型ポリ
マーのゲルの格子の中に酵素を閉じ込めることに
より酵素を固定させるものである。 したがつて、担体として利用されるポリマーに
は、架橋性モノマーによる架橋が導入されること
によつて水不溶性が、また、カチオン性モノマー
及びアニオン性モノマーに由来するカチオン基お
よびアニオン基により反応媒体に対して親水性が
付与されることとなり、酵素を固定化する場合の
担体に必要な水不溶性と親水性とが同時に付与さ
れるものである。 さらに本発明においては、酵素の担体として酵
素をゲルの格子の中に閉じ込めているポリマーが
前記一般式()及び()で表示されるモノマ
ーに由来する両性電解性をそのまま保持する両性
電解質型であることから、同じ両性電解質化合物
である酵素とは極めて親和性が大きく、酵素が周
囲の担体と非常になじみ易い状態に維持され、従
つて酵素に安定した好ましい環境が与られるので
ある。 酵素による触媒作用は酵素の活性中心(結合部
位)で行われるが、酵素が電場など周囲の環境に
影響されて活性を低下させやすいという性質を有
する。しかしながら本発明においては担体として
使用されるポリマーが両性電解質であるので、ポ
リマー自体の有する正,負の電荷により酵素との
親和性を発現する一方で、一般式()及び
()のモノマーの組成を適当に選ぶことによつ
て酵素活性に対しては悪影響を及ぼすことのない
電解質性を付与することができるものである。 本発明は上記の通りの構成からなるもので、一
般式()及び()で表示されるモノマーによ
り担体として利用されるポリマーを両性電解質型
にして酵素に対する親和性を付与るとともに、こ
れによつてポリマーに対する親水性をも与え、し
かもこれら一般式()および()で表示され
るモノマーをラジカル共重合させる際に存在させ
る架橋性モノマーによつて導入される架橋構造に
より水不溶性が付与されるもので、担体たるポリ
マーに必要な性質を悉く有するポリマーを利用し
た新しい酵素の固定化方法である。 本発明において使用される前記一般式()で
表示されるカチオン性モノマーの例としては、ジ
メチルアミノエチルアクリレートハイドロクロラ
イド,ジエチルアミノエチルアクリレートハイド
ロクロライド,ジメチルベンジルアクリルオキシ
エチルアンモニウムクロライド,ジエチルベンジ
ルアクリルオキシエチルアンモニウムクロライ
ド、並びにこれらのクロライド化合物に対応する
ブロマイド化合物,オキサイド化合物,及びアク
リレート化合物に対応するメタアクリレート化合
物等の化合物が、 また同じく前記一般式()で表示されるアニ
オン性モノマーの例としては、アクリル酸,メタ
アクリル酸,アクリル酸ナトリウム,メタアクリ
ル酸ナトリウム,アクリル酸カリウム,メタアク
リル酸カリウム,アクリル酸アンモニウム,メタ
アクリル酸アンモニウム,及びビニルスルホン
酸,p―スチレンスルホル酸並びにこれらのアル
カリ金属塩またはアンモニウム塩等の化合物が、 さらに、同じく前記一般式()および()
とともに使用されるエチレン性不飽和基を2個有
する架橋性モノマーの例としては、メチレンビス
アクリルアミド、ジビニルベンゼンまたは一般式 (式中R7およびR8およびR9は水素または―
CH3で、kは0または1〜20の整数を表わす) で表示されるジエチレングリコールジアクリレー
ト,ジエチレングリコールジメタアクリレート,
及びトリエチレングリコールジアクリレート,ヘ
キサエチレングリコールジアクリレート,デカエ
チレングリコールジアクリレート,テトラデカエ
チレングリコールジアクリレート,オクタデカエ
チレングリコールジアクリレート,エイコサエチ
レングリコールジアクリレート,ノナプロピレン
グリコールジアクリレート,テトラデカプロピレ
ングリコールジアクリレート並びにこれらのアク
リレート化合物に対応するメタアクリレート化合
物等のモノエチレングリコールジ(メタ)アクリ
レートやポリエチレングリコール(メタ)アクリ
レート等の化合物が使用できる。 本発明の酵素の固定化方法において、酵素の存
在下でラジカル共重合を行う際に使用される前記
一般式(),一般式()で表示される各モノ
マー並びに架橋性モノマーのそれぞれのモル比は
実験的に選べるが、 一般式()で表示されるモノマー0.85〜0.1mol 一般式()で表示されるモノマー0.85〜0.1mol 架橋性モノマー 0.01〜0.4mol の範囲内で選択されるのが好ましい。特に一般式
()で表示されるモノマーと一般式()で表
示されるモノマーとのモル比は固定化される酵素
活性と生成するポリマーのチヤージ量とをバラン
スさせて選択されるものであり、酵素活性とのバ
ランスを考慮してポリマーのチヤージ量を変え得
ることは本発明の一つの特徴であり、したがつて
使用目的に応じた広範囲の酵素の固定を行なうこ
とが可能である。 また、これら三種のモノマーのほかに非イオン
性水溶性モノマー,例えばアクリルアミド,アク
リルニトリル,ハイドロオキシエチルアクリレー
ト,ハイドロオキシエチルメタクリレート等を共
重合させることもできる。 本発明は上述のようなモノマーを酵素の存在下
に共重合させるものであるが、この際の重合開始
剤としては、一般のラジカル重合開始剤が全て使
用可能であり、例えば第3級ブチルヒドロパーオ
キサイド,クメンヒドロパーオキサイドのような
有機過酸化物,α,α′―アゾビスイソブチロニ
トリル,2,2′―アゾビス(2―アミジンプロパ
ン)塩酸塩のごとき脂肪族アゾ化合物,過硫酸ア
ンモニウム,過硫酸カリのごとき無機過酸化物,
硝酸アンモニウム,硝酸カリのごとき硝酸塩等の
一般のラジカル重合開始剤並びに例えば過硫酸ア
ンモニウム―亜硫酸ナトリウム系過硫酸アンモニ
ウム―亜硫酸ナトリウム―ハイドロキノン系,過
硫酸アンモニア―硫酸鉄―アスコルビン酸系のよ
うなレドツクス系開始剤を使用することもでき
る。 酸化性のラジカル重合開始剤を使用する際には
開始剤の量が多くなると、重合中に酵素が失活す
る場合があるから使用量は適宜抑えなければなら
ない。例えばAPS―カタラーゼの場合には、開始
剤がモノマーに対して3〜4%以上になると失活
するようである。 また、レドツクス系開始剤の使用においては、
ハイドロキノンの添加がある場合は重合収率が低
下する傾向にある。また低温レドツクス系開始剤
である過硫酸アンモニウム―硫酸鉄―アスコルビ
ン酸系を利用し、低温で重合を行えば酵素活性に
対する温度の影響を少なくするので好ましい。 重合時間は使用される開始剤の種類によつても
異なるが、時間が長くなると酸化性開始剤の場合
には酵素が酸化され、酵素の活性が低下するので
長時間の重合は避けるべきである。 重合反応系における水溶媒中のモノマー濃度は
10〜90%の範囲内で行うことができ、概ね90%以
上の収率で得られる。 本発明方法によつて固定化しうる酵素は殆ど全
ての種類において可能であるが、就中カタラー
ゼ,グルコースオキシダーゼ,D―アミノ酸オキ
シダーゼ,L―アミノ酸オキシダーゼ,α―アミ
ラーゼ,β―アミラーゼ,アルギナーゼ,コリン
エステラーゼ,β―グリコシダーゼ,β―グルク
ロニダーゼ,インベルターゼ,リパーゼ,ペプシ
ン,パーオキシダーゼ,リボヌクレアーゼ,トリ
プシン,ウレアーゼ,ウリカーゼ等に格別顕著な
効果を奏する。 次に本発明の酵素の固定化方法ならびに固定化
された酵素の活性について実施例に基いて説明す
る。 実施例 1 水360mlにジメチルアミノエチルメタクリレー
ト3g,メタアクリル酸2g,メチレンビスアク
リルアミド0.2gを溶かし、これを水酸化ナトリ
ウムでPH7に調節してからカタラーゼ250mg及び
重合開始剤たる過硫酸アンモニウム26mgを添加
し、20℃の恒温槽中で重合反応を遂行した。 反応溶液は20分後には流動性を失いゲル化した
が、このまま5時間重合反応を継続してから生成
しているゲル状物質を取り出し、乳鉢で潰してか
らPH6.8のリン酸緩衝液で十分に洗滌して後過
操作に付し、固定化されたカタラーゼを採取し
た。 得られた固定化カタラーゼの活性をみるため
に、30%過酸化水素10ml,PH6.8のリン酸緩衝液
50ml,水190mlの混合反応液に上記過操作で得
られたゲル状物質1gを添加し、撹拌しながら30
℃で反応させ、10分後の過酸化水素の分解率を測
定した結果95%の分解率が得られた。 次に反応終了後、反応に用いたゲルをガラスフ
イルターを用いて回収し、PH6.8の緩衝液で十分
洗つてから過し再び上と同様の方法で活性を測
定した。第1表はこのような方法により測定した
固定化カタラーゼの1回,3回,5回,10回目の
反応における過酸化水素の分解率を示す。
An amphoteric electrolyte obtained by radical copolymerization of an anionic monomer represented by [Formula] or an alkali metal salt or ammonium salt thereof) in the presence of a crosslinking monomer having two ethylenically unsaturated groups. The enzyme is immobilized by trapping the enzyme in the gel lattice of the type polymer. Therefore, the polymer used as a carrier has water insolubility due to the crosslinking introduced by the crosslinking monomer, and compatibility with the reaction medium due to the cationic and anionic groups derived from the cationic and anionic monomers. This imparts hydrophilicity to the carrier, thereby simultaneously imparting water insolubility and hydrophilicity necessary for a carrier when immobilizing an enzyme. Furthermore, in the present invention, the polymer that serves as an enzyme carrier and confines the enzyme in the gel lattice is an ampholyte type that retains the ampholyte electrolyte derived from the monomer represented by the above general formulas () and (). Because of this, they have a very high affinity for enzymes, which are the same ampholyte compounds, and keep the enzymes very compatible with the surrounding carrier, thus providing them with a stable and favorable environment. Catalytic action by enzymes takes place at the enzyme's active center (binding site), but enzymes have the property of being affected by the surrounding environment, such as electric fields, which tends to reduce their activity. However, in the present invention, since the polymer used as a carrier is an ampholyte, the polymer itself exhibits affinity with the enzyme due to its positive and negative charges, while the monomer composition of general formulas () and () By selecting a suitable amount, it is possible to impart electrolyte properties that do not adversely affect enzyme activity. The present invention is constructed as described above, and the monomers represented by the general formulas () and () transform the polymer used as a carrier into an ampholyte type, thereby imparting affinity for the enzyme. In addition, water insolubility is imparted by the crosslinking structure introduced by the crosslinking monomer present when the monomers represented by the general formulas () and () are radically copolymerized. This is a new enzyme immobilization method that utilizes a polymer that has all the properties necessary for a polymer carrier. Examples of the cationic monomer represented by the general formula () used in the present invention include dimethylaminoethyl acrylate hydrochloride, diethylaminoethyl acrylate hydrochloride, dimethylbenzylacryloxyethylammonium chloride, diethylbenzylacryloxyethylammonium Examples of anionic monomers represented by the above general formula () include chloride, bromide compounds corresponding to these chloride compounds, oxide compounds, and methacrylate compounds corresponding to acrylate compounds. acids, methacrylic acid, sodium acrylate, sodium methacrylate, potassium acrylate, potassium methacrylate, ammonium acrylate, ammonium methacrylate, and vinylsulfonic acid, p-styrenesulfonic acid, and alkali metal salts thereof or a compound such as an ammonium salt, and the same general formulas () and ()
Examples of crosslinking monomers having two ethylenically unsaturated groups that are used with are methylenebisacrylamide, divinylbenzene or (In the formula, R 7 , R 8 and R 9 are hydrogen or -
diethylene glycol diacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, expressed as ( CH3 , k represents 0 or an integer from 1 to 20);
and triethylene glycol diacrylate, hexaethylene glycol diacrylate, decaethylene glycol diacrylate, tetradecaethylene glycol diacrylate, octadecaethylene glycol diacrylate, eicosaethylene glycol diacrylate, nonapropylene glycol diacrylate, tetradecapropylene glycol Compounds such as monoethylene glycol di(meth)acrylate and polyethylene glycol (meth)acrylate, such as diacrylate and methacrylate compounds corresponding to these acrylate compounds, can be used. In the enzyme immobilization method of the present invention, the molar ratio of each monomer and crosslinking monomer represented by the general formula () and general formula () used when performing radical copolymerization in the presence of an enzyme. can be selected experimentally, but is preferably selected within the following ranges: 0.85 to 0.1 mol of the monomer represented by the general formula () 0.85 to 0.1 mol of the monomer represented by the general formula () 0.01 to 0.4 mol of the crosslinking monomer . In particular, the molar ratio between the monomers represented by the general formula () and the monomers represented by the general formula () is selected by balancing the enzyme activity to be immobilized and the charge amount of the produced polymer. One of the features of the present invention is that the amount of polymer charge can be changed in consideration of the balance with enzyme activity, and therefore it is possible to immobilize a wide range of enzymes depending on the purpose of use. In addition to these three monomers, nonionic water-soluble monomers such as acrylamide, acrylonitrile, hydroxyethyl acrylate, and hydroxyethyl methacrylate can also be copolymerized. The present invention copolymerizes the monomers described above in the presence of an enzyme, and any general radical polymerization initiator can be used as the polymerization initiator, such as tertiary butyl hydroxide. peroxide, organic peroxides such as cumene hydroperoxide, aliphatic azo compounds such as α,α′-azobisisobutyronitrile, 2,2′-azobis(2-amidinepropane) hydrochloride, ammonium persulfate. , inorganic peroxides such as potassium persulfate,
Common radical polymerization initiators such as nitrates such as ammonium nitrate and potassium nitrate, as well as redox initiators such as ammonium persulfate-sodium sulfite, ammonium persulfate-sodium sulfite-hydroquinone, and ammonium persulfate-iron sulfate-ascorbic acid. You can also use When using an oxidizing radical polymerization initiator, if the amount of the initiator increases, the enzyme may be deactivated during polymerization, so the amount used must be appropriately controlled. For example, in the case of APS-catalase, it seems to be inactivated when the amount of initiator exceeds 3 to 4% based on the monomer. In addition, when using redox initiators,
When hydroquinone is added, the polymerization yield tends to decrease. Further, it is preferable to use a low temperature redox initiator, ammonium persulfate-iron sulfate-ascorbic acid system, and conduct the polymerization at a low temperature, since this will reduce the influence of temperature on enzyme activity. Polymerization time varies depending on the type of initiator used, but if the time is too long, the enzyme will be oxidized in the case of an oxidizing initiator, reducing enzyme activity, so long polymerization should be avoided. . The monomer concentration in the water solvent in the polymerization reaction system is
It can be carried out within a range of 10 to 90%, and the yield is generally 90% or more. Almost all kinds of enzymes can be immobilized by the method of the present invention, and among them, catalase, glucose oxidase, D-amino acid oxidase, L-amino acid oxidase, α-amylase, β-amylase, arginase, cholinesterase, It has a particularly remarkable effect on β-glycosidase, β-glucuronidase, invertase, lipase, pepsin, peroxidase, ribonuclease, trypsin, urease, uricase, etc. Next, the enzyme immobilization method of the present invention and the activity of the immobilized enzyme will be explained based on Examples. Example 1 Dissolve 3 g of dimethylaminoethyl methacrylate, 2 g of methacrylic acid, and 0.2 g of methylene bisacrylamide in 360 ml of water, adjust the pH to 7 with sodium hydroxide, and then add 250 mg of catalase and 26 mg of ammonium persulfate as a polymerization initiator. , the polymerization reaction was carried out in a constant temperature bath at 20 °C. The reaction solution lost its fluidity and turned into a gel after 20 minutes, but the polymerization reaction was continued for 5 hours, and the gel-like substance formed was taken out, crushed in a mortar, and then added to a phosphate buffer solution with a pH of 6.8. After thorough washing and subsequent filtration, the immobilized catalase was collected. To check the activity of the obtained immobilized catalase, add 10 ml of 30% hydrogen peroxide and phosphate buffer of pH 6.8.
Add 1 g of the gel-like substance obtained by the above-mentioned over-operation to a mixed reaction solution of 50 ml and 190 ml of water, and stir for 30 min.
The reaction was carried out at ℃, and the decomposition rate of hydrogen peroxide was measured after 10 minutes. As a result, a decomposition rate of 95% was obtained. Next, after the reaction was completed, the gel used in the reaction was collected using a glass filter, thoroughly washed with a pH 6.8 buffer, filtered, and the activity was measured again in the same manner as above. Table 1 shows the decomposition rate of hydrogen peroxide in the 1st, 3rd, 5th, and 10th reactions of immobilized catalase measured by this method.

【表】 実施例 2 水36mlに第2表に示す通りの所定量のジメチル
アミノエチルメタクリレート,アクリル酸及びメ
チレンビスアクリルアミドを溶かし、これを水酸
化ナトリウムかあるいは塩酸を使用してPH7に調
整してから、カタラーゼ250mg並びに重合開始剤
26mgを添加し、20℃の恒温槽中で5時間反応させ
てゲル状物質を得た。 得られたゲル状物質の固定化カタラーゼの活性
をみるために、実施例1と同様の条件で精製して
から同じく実施例1と同一条件での過酸化水素の
分解率を測定した結果を前記本実施例の重合反応
条件とともに第2表に示す。
[Table] Example 2 Dissolve predetermined amounts of dimethylaminoethyl methacrylate, acrylic acid, and methylene bisacrylamide as shown in Table 2 in 36 ml of water, and adjust the pH to 7 using sodium hydroxide or hydrochloric acid. 250mg of catalase and polymerization initiator
26 mg was added and reacted for 5 hours in a constant temperature bath at 20°C to obtain a gel-like substance. In order to examine the activity of the immobilized catalase in the obtained gel-like substance, it was purified under the same conditions as in Example 1, and then the decomposition rate of hydrogen peroxide was measured under the same conditions as in Example 1. Table 2 shows the polymerization reaction conditions of this example.

【表】 実施例 3 水36mlにジメチルアミノエチルメタクリレート
3g,アクリル酸2g及びポリエチレングリコー
ルジメタクリレート1gを溶解させ、これを水酸
化ナトリウムでPH7に調整してから、カタラーゼ
250mg,重合開始剤たる過硫酸アンモニウム26mg
を添加し、30℃の恒温槽中で重合反応を遂行し
た。 反応溶液は15分後には流動性を失いゲル化した
が、このまま5時間反応を継続させてからゲル状
物質を採り出し、これを実施例1におけると同じ
方法で精製して、更に同じく実施例1の方法に準
じて過酸化水素の分解触媒として利用した場合の
過酸化水素の分解率は96%であつた。 実施例 4 実施例1におけるカタラーゼに代えてグルコー
スオキシダーゼを用いて重合反応を行い、得られ
たゲル状物質を実施例1におけるゲル状物質と同
様の精製処理に付して固定化グルコースオキシダ
ーゼを採取した。 得られた固定化グルコースオキシダーゼの活性
をみるために、PH6.86のリン酸塩緩衝液100mlに
β―D―(+)グルコース0.9gを溶解させ、こ
れに酸素を吹込んでから上記固定化グルコースオ
キシダーゼたるゲル状物質2gを添加し、30℃で
反応させた際の100分後のグルコース酸化率を測
定した結果、酸化率65%が得られた。 実施例 5 水36mlにジメチルアミノエチルメタクリレート
3g,メタアクリル酸2g,及びメチレンビスア
クリルアミド0.2gを溶解させ、これを塩酸でPH
4.8に調整してからインベルターゼ250mgと重合開
始剤たる過硫酸アンモニウム26mgを添加し、20℃
の恒温槽中で重合反応を遂行した。 反応溶液は40分後には流動性を失いゲル化した
が、このまま7時間重合反応を継続してから生成
しているゲル状物質を取り出し、乳鉢で潰してか
らPH4.8の酢酸塩緩衝液で十分に洗滌し、引き続
いて過操作に付し固定化インベルターゼの精製
ゲル状物質を採り出した。 次にこの固定化インベルターゼの活性をみるた
めに、PH4.8の酢酸塩緩衝液100mlにシヨ糖1.7g
を溶解せしめた溶液に前記固定化インベルターゼ
たるゲル状物質1gを添加し、30℃で撹拌しなが
ら反応を行つた際の30分後のシヨ糖の転化率は52
%であつた。 実施例 6 水36mlにジメチルベンジルアクリルオキシエチ
ルアンモニウムクロライド3g,アクリル酸2
g,ポリエチレングリコールジメタクリレート1
gを溶解させ、これを水酸化ナトリウムでPH7に
調整してからカタラーゼ250mg及び重合開始剤た
る2,2′―アゾビス(2―アミジノプロパン)塩
酸塩26mgを添加し、20℃の恒温槽中で重合反応を
行つた。 反応溶液は30分後には流動性を失いゲル化した
が、このまま5時間重合反応を継続せしめ、ゲル
状物質を採り出した。 これを実施例1と同様の条件で精製してから同
じく実施例1と同じ条件で過酸化水素の分解触媒
として使用した際の過酸化水素の分解率は89%で
あつた。 実施例 7 PH6.86のリン酸塩緩衝液15gにジメチルベンジ
ルアクリルオキシエチルアンモニウムクロライド
2.5g,スチレンスルホン酸ソーダ2.5g及びメチ
レンビスアクリルアミド0.2gを溶解せしめた溶
液に、カタラーゼ200mg及び重合開始剤たる過硫
酸アンモニウム36mg,硫酸第1鉄0.4mg及びアス
コルビン酸30mgを添加し、15℃の恒温槽中で反応
を行つた。 反応溶液は50分後は流動性を失いゲル化した
が、このまま20時間重合反応を継続せしめてから
ゲル状物質を採り出した。 これを実施例1と同様の条件で精製してから同
じく実施例1と同じ条件により過酸化水素の分解
触媒としての活性度実験を行つたところ過酸化水
素の分解率は85%であつた。
[Table] Example 3 Dissolve 3 g of dimethylaminoethyl methacrylate, 2 g of acrylic acid and 1 g of polyethylene glycol dimethacrylate in 36 ml of water, adjust the pH to 7 with sodium hydroxide, and then add catalase.
250mg, 26mg of ammonium persulfate as a polymerization initiator
was added, and the polymerization reaction was carried out in a constant temperature bath at 30°C. The reaction solution lost fluidity and became a gel after 15 minutes, but the reaction was allowed to continue for 5 hours, and then a gel-like substance was collected and purified in the same manner as in Example 1. When used as a hydrogen peroxide decomposition catalyst according to method 1, the decomposition rate of hydrogen peroxide was 96%. Example 4 A polymerization reaction was performed using glucose oxidase instead of catalase in Example 1, and the resulting gel-like substance was subjected to the same purification treatment as the gel-like substance in Example 1 to collect immobilized glucose oxidase. did. In order to check the activity of the obtained immobilized glucose oxidase, 0.9 g of β-D-(+) glucose was dissolved in 100 ml of phosphate buffer solution of pH 6.86, oxygen was blown into this, and then the above immobilized glucose was dissolved. When 2 g of a gel-like substance, which is oxidase, was added and reacted at 30°C, the glucose oxidation rate was measured after 100 minutes, and an oxidation rate of 65% was obtained. Example 5 Dissolve 3 g of dimethylaminoethyl methacrylate, 2 g of methacrylic acid, and 0.2 g of methylene bisacrylamide in 36 ml of water, and PH it with hydrochloric acid.
After adjusting the temperature to 4.8, add 250 mg of invertase and 26 mg of ammonium persulfate as a polymerization initiator, and heat at 20℃.
The polymerization reaction was carried out in a constant temperature bath. The reaction solution lost its fluidity and became a gel after 40 minutes, but the polymerization reaction was continued for 7 hours, and the gel-like substance produced was taken out, crushed in a mortar, and then added to an acetate buffer solution with a pH of 4.8. After thorough washing and subsequent over-operation, a purified gel-like substance of immobilized invertase was collected. Next, in order to examine the activity of this immobilized invertase, 1.7 g of sucrose was added to 100 ml of acetate buffer at pH 4.8.
When 1 g of the gel-like substance of the immobilized invertase was added to a solution containing dissolved invertase and the reaction was carried out with stirring at 30°C, the conversion rate of sucrose after 30 minutes was 52
It was %. Example 6 3 g of dimethylbenzylacryloxyethylammonium chloride and 2 acrylic acid in 36 ml of water
g, polyethylene glycol dimethacrylate 1
After adjusting the pH to 7 with sodium hydroxide, 250 mg of catalase and 26 mg of 2,2'-azobis(2-amidinopropane) hydrochloride as a polymerization initiator were added, and the mixture was heated in a constant temperature bath at 20°C. A polymerization reaction was carried out. The reaction solution lost its fluidity and became a gel after 30 minutes, but the polymerization reaction was allowed to continue for 5 hours and a gel-like substance was collected. When this was purified under the same conditions as in Example 1 and then used as a hydrogen peroxide decomposition catalyst under the same conditions as in Example 1, the decomposition rate of hydrogen peroxide was 89%. Example 7 Dimethylbenzylacryloxyethylammonium chloride in 15 g of phosphate buffer at pH 6.86
200 mg of catalase, 36 mg of ammonium persulfate as a polymerization initiator, 0.4 mg of ferrous sulfate, and 30 mg of ascorbic acid were added to a solution containing 2.5 g of sodium styrene sulfonate, 2.5 g of sodium styrene sulfonate, and 0.2 g of methylenebisacrylamide, and the mixture was heated at 15°C. The reaction was carried out in a constant temperature bath. The reaction solution lost its fluidity and became a gel after 50 minutes, but the polymerization reaction was allowed to continue for 20 hours and then the gel-like substance was collected. This was purified under the same conditions as in Example 1, and then an activity test as a hydrogen peroxide decomposition catalyst was conducted under the same conditions as in Example 1, and the decomposition rate of hydrogen peroxide was 85%.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 酵素の存在下にて、一般式 (式中R1は水素または―CH3を、R2は―
CH2CH2―を、R3およびR4は―CH3または―C2H5
を、R5は水素または【式】を、X は―Cl,―Brまたは―OHを表わす) で表示されるカチオン性モノマーと、一般式 (式中R6は水素または―CH3を、Yは―
COOH,―SO3Hまたは【式】あ るいはそれらのアルカリ金属塩もしくはアンモニ
ウム塩を表わす) で表示されるアニオン性モノマーとを、エチレン
性不飽和基を2個有する架橋性モノマーの存在下
でラジカル共重合させることを特徴とする両性電
解質型ポリマーによる酵素の固定化方法。
[Claims] 1. In the presence of an enzyme, the general formula (In the formula, R 1 is hydrogen or -CH 3 , R 2 is -
CH 2 CH 2 -, R 3 and R 4 are -CH 3 or -C 2 H 5
, R 5 is hydrogen or [formula], X is -Cl, -Br or -OH) and the general formula (In the formula, R 6 is hydrogen or -CH 3 , Y is -
Anionic monomers represented by COOH, --SO 3 H or [Formula] or their alkali metal salts or ammonium salts) are radically co-coated in the presence of a crosslinking monomer having two ethylenically unsaturated groups. A method for immobilizing an enzyme using an ampholyte type polymer characterized by polymerization.
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