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JPH0797986B2 - Heat-resistant acetic acid kinase and method for producing the same - Google Patents
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JPH0797986B2 - Heat-resistant acetic acid kinase and method for producing the same - Google Patents

Heat-resistant acetic acid kinase and method for producing the same

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JPH0797986B2
JPH0797986B2 JP19229586A JP19229586A JPH0797986B2 JP H0797986 B2 JPH0797986 B2 JP H0797986B2 JP 19229586 A JP19229586 A JP 19229586A JP 19229586 A JP19229586 A JP 19229586A JP H0797986 B2 JPH0797986 B2 JP H0797986B2
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triphosphate
activity
acetic acid
phosphate
enzyme
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JP19229586A
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保人 渡辺
嘉男 富永
貞夫 蔭山
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Daicel Corp
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Daicel Chemical Industries Ltd
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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、耐熱性酢酸キナーゼ及びその製造法に関する
もので、更に詳細には後述する諸性質を有する新規な耐
熱性酢酸キナーゼ及び諸酵素生産能を有するサーモアン
アエロビウム(Thermoanaerobium)属に属する細菌から
効率よく該酵素を製造する方法に関するものである。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a thermostable acetate kinase and a method for producing the same, and more specifically to a novel thermostable acetate kinase having various properties described below and production of various enzymes. The present invention relates to a method for efficiently producing the enzyme from a bacterium belonging to the genus Thermoanaerobium having the ability.

(従来技術) 酢酸キナーゼ(EC2.7.2.1〕は微生物にのみその存在が
認められる酵素で、下記反応を触媒する。
(Prior Art) Acetate kinase (EC 2.7.2.1) is an enzyme whose presence is found only in microorganisms and catalyzes the following reaction.

アデノシン三リン酸(ATP)+酢酸アデノシン二リン
酸(ADP)+アセチルリン酸 本酵素は、食品等の酢酸の定量に用いられるほか、バイ
オリアクターにおけるATP再生系への利用も試みられて
いる。
Adenosine triphosphate (ATP) + Acetate Adenosine diphosphate (ADP) + Acetyl phosphate This enzyme is used for the quantification of acetic acid in foods, etc., and its application to the ATP regeneration system in bioreactors has also been tried.

従来、酢酸キナーゼについては、エシェリヒア・コリ
(Escherichia coli),クロストリジウム・アシディウ
リシ(Clostridium acidi−urici),クロストリジウム
・サーモアセチカム(C.thermoaceticum),デスルホビ
ブリオ・デスルフリカンス(Desulfovibrio desulfuric
ans),プロピオニバクテリウム・シャーマニ(Propion
ibacterium shermannii),プロピオニ バクテリウム
・フロィデンライヒ(P.freudenreichii),バチルス・
ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilu
s),ベイロネラ・アルカレッセンス(Veillonella alc
alescens),アコレプラスマ・ライデラビ(Acheleplas
ma laidlavii)で精製が試みられ、ベイロネラ・アル
カレッセンス〔アーカイブス オブ バイオケミストリ
ー アンド バイオフィジクス(Archives of Biochemi
stry and Biophysics)189 424,1978〕とバチルス・ス
テアロサーモフイルス〔ジャーナル オブ バイオケミ
ストリー(Journal of Biochemistry)84 193,1978〕
では高度に精製されている。
Conventionally, regarding acetate kinases, Escherichia coli, Clostridium acidi-urici, Clostridium thermoaceticum, Desulfovibrio desulfuric
ans), Propionibacterium shermani (Propion
ibacterium shermannii), Propionibacterium freudenreichii, Bacillus
Bacillus stearothermophilu
s), Veillonella alc
alescens), Acceleplasma Raideravi (Acheleplas)
Ma laidlavii) was attempted, and the Bayronella arcalessense [Archives of Biochemi and Biophysics (Archives of Biochemi
stry and Biophysics) 189 424,1978] and Bacillus stearothermophiles [Journal of Biochemistry 84 193,1978]
Is highly refined.

これらの中でバチルス・ステアロサーモフィルスの生産
する酢酸キナーゼはその熱安定性を利用してATPの関与
するバイオリアクターを構築する際のATP再生用酵素と
しての利用が検討されているが、(特公昭 59−3335
5)、より優れたバイオリアクターにおけるATP再生用酵
素としての酢酸キナーゼには、さらに高い温度及びpH安
定性などの性質が求められている。
Among these, the use of Bacillus stearothermophilus-produced acetate kinase as an ATP-regenerating enzyme in constructing a bioreactor involving ATP by utilizing its thermostability has been investigated, but ( Japanese Patent Publication 59-3335
5), Acetate kinase as an enzyme for ATP regeneration in a better bioreactor is required to have properties such as higher temperature and pH stability.

(発明の目的) 本発明者等は、バイオリアクターにおけるATP再生系等
に利用できる安定性の優れた、しかも酵素活性の高い酢
酸キナーゼを得るべく、鋭意研究の結果、従来の酢酸キ
ナーゼとは種々の点で性質が異なりしかも温度及びpH安
定性に優れ酵素活性の高い酢酸キナーゼを偏性嫌気性好
熱菌サーモアンアエロビウムブロッキー(Thermoanaero
bium brockii)が生産することを見出し、本発明を完成
した。
(Object of the Invention) The inventors of the present invention have conducted various studies to obtain an acetate kinase having excellent stability and high enzymatic activity, which can be used for an ATP regeneration system in a bioreactor. The characteristics of acetic acid kinase, which has different properties in terms of temperature stability and pH stability and is highly enzymatically active, are the obligate anaerobic thermophile Thermoan Aerobium Blocky (Thermoanaero
bium brockii) found that it was produced, and completed the present invention.

(発明の構成) すなわち本発明は、下記の理化学的性質を有する耐熱性
酢酸キナーゼ a.作用 正反応は、アデノシン三リン酸と酢酸からアデノシン二
リン酸とアセチルリン酸を生成し、逆反応は、アデノシ
ン二リン酸とアセチルリン酸から、アデノシン三リン酸
と酢酸を生成する。
(Structure of the invention) That is, the present invention is a thermostable acetate kinase having the following physicochemical properties a. Action Positive reaction produces adenosine diphosphate and acetyl phosphate from adenosine triphosphate and acetic acid, the reverse reaction is , Produces adenosine triphosphate and acetic acid from adenosine diphosphate and acetyl phosphate.

b.基質特異性 リン酸受容体となりうる有機酸は酢酸が最も良く、次い
でプロピオン酸そしてn−酪酸にもわずかに活性を有
し、リン酸供与体となりうるヌクレオチドとしてはグア
ノシン三リン酸(GTP)が最も有効で、ついでウリジン
三リン酸(UTP),シチジン三リン酸(CTP),アデノシ
ン三リン酸の順に作用する。
b. Substrate specificity Acetate is the best organic acid that can serve as a phosphate acceptor, and it also has a slight activity with propionic acid and n-butyric acid, and guanosine triphosphate (GTP) is a nucleotide that can serve as a phosphate donor. ) Is the most effective, followed by uridine triphosphate (UTP), cytidine triphosphate (CTP), and adenosine triphosphate in this order.

c.Km値 アセチルリン酸に対するKm値:0.025mM,ADPに対するKm
値:1.25mM d.金属イオンの要求性:本酵素の活性発現にはマグネシ
ウムイオン,又はマンガンイオンを必要とする。
c.Km value Km value for acetyl phosphate: 0.025 mM, Km for ADP
Value: 1.25 mM d. Requirement of metal ion: Magnesium ion or manganese ion is required for the activity expression of this enzyme.

e.安定pH範囲 pH4〜11で30℃16時間処理しても全く活性の低下は認め
られない。
e. No decline in activity was observed even after treatment in the stable pH range of pH 4 to 11 at 30 ° C for 16 hours.

f.作用最適温度:55〜60℃ g.耐熱性:75℃15分間の加熱に対し安定である。75℃2
時間の加熱で70%以上の活性が残存している。
f. Optimum temperature of action: 55-60 ℃ g. Heat resistance: 75 ℃ Stable against heating for 15 minutes. 75 ° C 2
70% or more of the activity remains after heating for an hour.

h.分子量:約5万(セファデックスG−100を用いたゲ
ル過法) 及びサーモアンアエロビウム属に属し、上記理学的性質
(a)〜(h)を有してなる新規な耐熱性酢酸キナーゼ
生産能を有する菌株を培地に培養し、該培養物から、上
記性質(a)〜(h)を有してなる新規な耐熱性酢酸キ
ナーゼを採取することを特徴とする耐熱性酢酸キナーゼ
の製造法である。
h. Molecular weight: about 50,000 (gel filtration method using Sephadex G-100) and a novel heat-resistant acetic acid belonging to the genus Thermoan Aerobium and having the above-mentioned physical properties (a) to (h). A thermostable acetate kinase characterized in that a novel thermostable acetate kinase having the above properties (a) to (h) is collected from the culture by culturing a strain having a kinase-producing ability in a medium. It is a manufacturing method.

本発明における使用菌としては、例えば上記のサーモア
ンアエロビウム属に属するサーモアンアエロビウム ブ
ロッキーDSM 1457が挙げられるが、この菌の外にもサ
ーモアンアエロビウム属に属し、この新規な耐熱性酢酸
キナーゼを生産する菌はすべて本発明において使用する
ことができる。
Examples of the bacterium used in the present invention include Thermoan Aerobium Blocky DSM 1457 which belongs to the genus Thermoan Aerobium mentioned above, but in addition to this bacterium, it belongs to the genus Thermoan Aerobium, and this novel heat-resistant acetic acid is used. All kinase-producing bacteria can be used in the present invention.

本発明によれば、新規な耐熱性酢酸キナーゼは前記サー
モアンアエロビウム属に属する耐熱性酢酸キナーゼ生産
株を栄養培地で嫌気的に培養することにより菌体中に蓄
積されるので、公知の方法で抽出,精製,乾燥すること
により、酵素粉末を得ることができる。
According to the present invention, the novel thermostable acetate kinase is accumulated in the bacterial cells by anaerobically culturing the thermostable acetate kinase belonging to the genus Thermoan Aerobium in a nutrient medium. The enzyme powder can be obtained by extracting, purifying, and drying with.

更に具体的に説明すると前記サーモアンアエロビウム属
に属するサーモアンアエロビウムブロッキーDSM 1457
を適当な栄養培地、例えば適当な炭素源,窒素源,無機
塩類そして必要に応じて他の栄養素や微量要素を添加
し、嫌気的雰囲気にした培地で培養することにるり新規
な耐熱性酢酸キナーゼを菌体中に蓄積せしめることがで
きる。
More specifically, the Thermoan Aerobium Blocky DSM 1457 belonging to the Thermoan Aerobium genus
By adding an appropriate carbon source, nitrogen source, inorganic salts and, if necessary, other nutrients and trace elements to the culture medium in an anaerobic atmosphere. Can be accumulated in bacterial cells.

炭素源としてはグルコース,セロビオース,ラクトー
ス,シュクロース,マルトース,ピルビン酸、デンプン
など資化可能な炭素化合及びこれらを含有するものであ
ればすべて用いることができる。
As the carbon source, glucose, cellobiose, lactose, sucrose, maltose, pyruvic acid, starch, and other carbon compounds that can be assimilated and those containing them can be used.

窒素源としては、通常の微生物の培養に用いられる硫酸
アンモニウム,塩化アンモニウム,リン酸アンモニウ
ム,尿素,硝酸アンモニウム,硝酸ナトリウム等が用い
られる。
As the nitrogen source, ammonium sulfate, ammonium chloride, ammonium phosphate, urea, ammonium nitrate, sodium nitrate and the like which are commonly used for culturing microorganisms are used.

無機塩としては、リン酸カリウム,塩化マグネシウム,
塩化ナトリウム,硫酸第一鉄,塩化第二鉄のほか、マン
ガン,コバルト,カルシウム,亜鉛,銅,ホウ酸,モリ
ブデン,セレン等の金属塩の添加が有効である。
As inorganic salts, potassium phosphate, magnesium chloride,
In addition to sodium chloride, ferrous sulfate and ferric chloride, addition of metal salts such as manganese, cobalt, calcium, zinc, copper, boric acid, molybdenum and selenium is effective.

微量要素としてはビオチン,葉酸,ビタミンB1,B2,B6,B
12,ニコチン酸,パントテン酸,p−アミノ安息香酸,リ
ポ酸などのビタミン類が用いられるほか、天然の栄養源
としてコーン・スティーブ・リカー,酵母エキス,ペプ
トンなども添加することができる。
Biotin, folic acid, vitamins B 1 , B 2 , B 6 , B as trace elements
12 , vitamins such as nicotinic acid, pantothenic acid, p-aminobenzoic acid and lipoic acid are used, and corn steve liquor, yeast extract, peptone and the like can be added as natural nutrition sources.

本発明において、培養は嫌気的に行う必要がある。培養
を嫌気的に行うには、培地中に硫化ナトリウム,L−シス
ティン,クエン酸チタニウム等の還元剤を加えるほか、
酸素を除去した窒素ガスや炭酸ガスあるいはこれらの混
合気体を培地中に通気し、更に、培養容器の気相に酸素
ガスが混入しないようにすることが望ましい。
In the present invention, the culture needs to be performed anaerobically. To perform the culture anaerobically, a reducing agent such as sodium sulfide, L-cystine, and titanium citrate is added to the medium,
It is desirable to ventilate oxygen-free nitrogen gas, carbon dioxide gas or a mixed gas thereof into the medium so that oxygen gas is not mixed in the gas phase of the culture vessel.

培養温度は35〜85℃で行えるが60〜75℃が望ましく、さ
らに好適には、65〜70℃が良い。pHは6〜9で行えるが
7〜8が好適である。又、培養中細胞が沈殿しない程度
に撹拌するのが好ましい。培養は通常6〜15時間で終了
するが、他の培養条件の変更に応じて適当にかえること
ができる。
The culture temperature can be 35 to 85 ° C, preferably 60 to 75 ° C, and more preferably 65 to 70 ° C. The pH can be adjusted to 6-9, but 7-8 is preferable. Further, it is preferable to stir the cells during the culture so that the cells do not precipitate. Culturing is usually completed in 6 to 15 hours, but it can be changed appropriately according to changes in other culturing conditions.

このようにして得られた培養物から新規耐熱性酢酸キナ
ーゼを単離・精製するには、まず得られた培養物から、
例えば遠心分離や過などで菌体を集菌し、得られた菌
体を超音波処理やフレンチプレス処理等の常法により破
砕後遠心分離し無細胞抽出液を得る。さらにこの抽出液
から、硫安などの塩類やアセトン,メタノールなどの親
水性有機溶媒を添加する沈殿法,DEAE−セルロース等の
イオン交換クロマトグラフィー法,セファデックス等の
ゲル過クロマトグラフィー法,ヒドロキシアパタイト
等の吸着クロマトグラフィー法,その他等電点沈殿法,
電気泳動法などの分離法を適宜組合せて適用することに
よって、新規耐熱性酢酸キナーゼを単離・精製すること
ができる。
To isolate and purify a novel thermostable acetate kinase from the thus obtained culture, first, from the obtained culture,
For example, the cells are collected by centrifugation or filtration, and the obtained cells are disrupted by a conventional method such as ultrasonic treatment or French press treatment and then centrifuged to obtain a cell-free extract. Furthermore, from this extract, a precipitation method in which salts such as ammonium sulfate and a hydrophilic organic solvent such as acetone or methanol are added, an ion exchange chromatography method such as DEAE-cellulose, a gel perchromatography method such as Sephadex, hydroxyapatite, etc. Adsorption chromatography method, other isoelectric focusing method,
The novel thermostable acetate kinase can be isolated and purified by applying an appropriate combination of separation methods such as electrophoresis.

次に本発明で得られる新規耐熱性酢酸キナーゼの理化学
的性質を示す。
Next, the physicochemical properties of the novel thermostable acetate kinase obtained by the present invention are shown.

a.作用 正反応は、アデノシン三リン酸と酢酸からアデノシン二
リン酸とアセチルリン酸を生成し、逆反応は、アデノシ
ン二リン酸とアセチルリン酸から、アデノシン三リン酸
と酢酸を生成する。
a. Action The positive reaction produces adenosine diphosphate and acetylphosphate from adenosine triphosphate and acetic acid, and the reverse reaction produces adenosine triphosphate and acetic acid from adenosine diphosphate and acetylphosphate.

b.基質特異性 リン酸受容体となりうる有機酸は酢酸が最も良く、次い
でプロピオン酸そしてn−酪酸にもわずかに活性を有し
た。一方、リン酸供与体となりうるヌクレオチドとして
はグアノシン三リン酸が最も有効で、ついでウリジン三
リン酸,シチジン三リン酸,アデノシン三リン酸の順に
作用した。
b. Substrate specificity Acetic acid was the best organic acid that could serve as a phosphate acceptor, followed by slight activity with propionic acid and n-butyric acid. On the other hand, guanosine triphosphate was the most effective nucleotide as a phosphate donor, followed by uridine triphosphate, cytidine triphosphate, and adenosine triphosphate in this order.

各基質に体する相対活性は表1および2に示す通りであ
る。
The relative activity of each substrate is shown in Tables 1 and 2.

c.各種基質に対するKm値は以下の通りである。(表3) d.金属イオンの要求性は次の通りである。 c. Km values for various substrates are as follows. (Table 3) d. The requirements for metal ions are as follows.

本酵素の活性発現にはマンガン,マグネシウムの二価金
属イオンが必須で、特にマンガンイオンの添加効果が大
きかった。
Divalent metal ions of manganese and magnesium were essential for the activity of this enzyme, and the addition effect of manganese ion was particularly large.

相対活性はマグネシウムイオンを100(%)とすると、
マンガンイオンが191%であった。
When the relative activity is 100 (%) magnesium ion,
Manganese ion was 191%.

e.pH安定性 ブリトン−ロビンソン(Briton−Robinson)広域緩衝液
(pH2−14)を用いて本酵素のpH安定性を調べた。各pH
で16時間、30℃で保ったのち、それぞれの残存活性を測
定したところ、図1に示すようにpH4からpH11の範囲で
活性の低下は全く認められなかった。
e. pH stability The pH stability of this enzyme was investigated using a Briton-Robinson broad range buffer (pH 2-14). Each pH
After maintaining at 30 ° C. for 16 hours, the residual activity of each was measured. As shown in FIG. 1, no decrease in activity was observed in the range of pH 4 to pH 11.

f.作用最適温度 酵素活性測定法(II)を用いて、本酵素活性に及ぼす反
応温度の影響を調べた結果、55℃から60℃の間で最大の
活性を示した(図2)。
f. Optimum temperature of action As a result of examining the influence of the reaction temperature on the enzyme activity using the enzyme activity measuring method (II), the maximum activity was shown between 55 ° C and 60 ° C (Fig. 2).

g.耐熱性 0.2Mリン酸緩衝液(pH7.0)を含む酵素液を各温度で15
分間保ったのち、残存する活性を測定した(図3)。そ
の結果、本酵素は75℃まで全く安定であった。また、同
じ酵素液を75℃に保ち経時的に残存活性を測定したとこ
ろ(図4)、2時間の処理後でも70%以上の活性が認め
られた。
g. Heat-resistant enzyme solution containing 0.2M phosphate buffer (pH 7.0) at 15
After keeping for a minute, the remaining activity was measured (FIG. 3). As a result, this enzyme was quite stable up to 75 ° C. When the same enzyme solution was kept at 75 ° C. and the residual activity was measured with time (FIG. 4), 70% or more of the activity was observed even after 2 hours of treatment.

h.分子量 セファデックスG−100を用いたゲルろ過法により本酵
素の分子量を測定した結果、図5.に示すように約50,000
という値を得た。
h. Molecular weight As a result of measuring the molecular weight of this enzyme by the gel filtration method using Sephadex G-100, as shown in FIG.
I got the value.

本発明において、酢酸キナーゼ活性の測定は、実験条件
に応じて次のI,IIの2法のうちいずれか一方を、あるい
は両法を併用することにより行った。
In the present invention, the acetate kinase activity was measured by either one of the following two methods I and II, or by using both methods in combination, depending on the experimental conditions.

酵素活性測定法(I) アセチルリン酸とADPから生成するATP量を、ヘキソース
キナーゼとグルコース−6−リン酸デヒドロゲナーゼを
共役させることにより定量し、1分間に1マイクロモル
のATPを生成する酵素量を1単位とした。すなわち、ア
セチルリン酸6.25μmol,塩化マグネシウム5μmol,ADP
1.9μmol,グルコース25μmol,NADP0.4μmol,ヘキソース
キナーゼ(シグマ社製)2.5単位,グルコース−6−リ
ン酸デヒドロゲナーゼ(シグマ社製)1単位、0.1Mトリ
ス・塩酸緩衝液(pH8.3),コハク酸ナトリウム10mM,塩
化カルシウム50mMを含む反応液に、適当量の酵素試料液
を加えて1mlとし、40℃で反応を行わせ、340nmの吸光度
を測定し吸光度の増加から、1分間当りのNADPHの生成
量をもとめ、これをもとにしてATP生成量をもとめ試料
中の酵素力価を算出する。
Enzyme activity measurement method (I) ATP amount produced from acetyl phosphate and ADP was quantified by coupling hexose kinase and glucose-6-phosphate dehydrogenase, and the amount of enzyme producing 1 micromol ATP per minute. Was defined as 1 unit. That is, 6.25 μmol of acetyl phosphate, 5 μmol of magnesium chloride, ADP
1.9 μmol, glucose 25 μmol, NADP 0.4 μmol, hexose kinase (Sigma) 2.5 units, glucose-6-phosphate dehydrogenase (Sigma) 1 unit, 0.1 M Tris / HCl buffer (pH 8.3), succinate To the reaction mixture containing 10 mM sodium and 50 mM calcium chloride, add an appropriate amount of enzyme sample solution to 1 ml, let the reaction proceed at 40 ° C, measure the absorbance at 340 nm, and increase the absorbance to generate NADPH per minute. The amount of ATP produced is calculated based on the obtained amount, and the enzyme titer in the sample is calculated.

酵素活性測定法(II) 酢酸とATPから生成するアセチルリン酸量を測定し、1
分間に1マイクロモルのアセチルリン酸を生成する酵素
量を1単位とした。すなわち、酢酸ナトリウム10mM、AT
P10mM、塩化マグネシウム10mM、ヒドロキシルアミン500
mM、コハク酸ナトリウム10mM、50mMトリス・塩酸緩衝液
(pH8.3)を含む反応液に適当量の酵素試料液を加えて
0.5mlとし、40℃で反応を行わせた。30分間反応後10%
塩化第二鉄,3%トリクロル酢酸,0.7N塩酸を含む溶液0.7
5mlを加え、激しく振盪後、生成した塩化第二鉄−ヒド
ロキサム酸複合体量を535nmの吸光度から算出し、これ
をもとにしてアセチルリン酸生成量をもとめ、試料中の
酵素力価を算出する。
Enzyme activity measurement method (II) Measure the amount of acetyl phosphate produced from acetic acid and ATP, and
The amount of enzyme that produces 1 μmol of acetyl phosphate per minute was defined as 1 unit. That is, sodium acetate 10 mM, AT
P10 mM, magnesium chloride 10 mM, hydroxylamine 500
Add an appropriate amount of enzyme sample solution to the reaction solution containing mM, sodium succinate 10 mM, 50 mM Tris / HCl buffer (pH 8.3)
The volume was adjusted to 0.5 ml and the reaction was carried out at 40 ° C. 10% after reacting for 30 minutes
A solution containing ferric chloride, 3% trichloroacetic acid and 0.7N hydrochloric acid 0.7
After adding 5 ml and shaking vigorously, the amount of ferric chloride-hydroxamic acid complex produced was calculated from the absorbance at 535 nm, and based on this, the amount of acetyl phosphate produced was calculated and the enzyme titer in the sample was calculated. To do.

従来報告されている酢酸キナーゼで最も耐熱性に優れて
いうものは、バチルス・ステアロサーモフィルスから精
製された酢酸キナーゼである。本酵素は65℃15分間の処
理において100%の活性を保持し、70℃15分間の処理で
は約20%に活性は低下する。〔ジャーナル オブ バイ
オケミストリー 84193(1978)〕しかるに、本発明で
得られた耐熱性酢酸キナーゼは、75℃15分間処理でも全
く失活せず、75℃2時間処理でも70%以上の活性を保持
していた。又pHの安定性においても、バチルス・ステア
ロサーモフィルスの酢酸キナーゼの安定pH範囲が7〜9
(4℃24時間処理)であるのに対し、本発明の酢酸キナ
ーゼはpH4〜11(30℃16時間処理)で安定であった。
Among the acetate kinases that have been reported so far, the one having the highest heat resistance is acetate kinase purified from Bacillus stearothermophilus. This enzyme retains 100% activity after treatment at 65 ° C for 15 minutes, and decreases to about 20% after treatment at 70 ° C for 15 minutes. [Journal of Biochemistry 84 193 (1978)] However, the thermostable acetate kinase obtained by the present invention does not inactivate at 75 ° C for 15 minutes, and retains 70% or more activity even at 75 ° C for 2 hours. Was. Also in terms of pH stability, the stable pH range of Bacillus stearothermophilus acetate kinase is 7-9.
(Treated at 4 ° C. for 24 hours), the acetate kinase of the present invention was stable at pH 4 to 11 (treated at 30 ° C. for 16 hours).

このように本発明で得られた酢酸キナーゼは従来報告さ
れている酢酸キナーゼよりも耐熱性及びpH安定性に優れ
た酵素である。
As described above, the acetate kinase obtained in the present invention is an enzyme that is more excellent in thermostability and pH stability than conventionally reported acetate kinase.

本発明で得られた酢酸キナーゼが温度及びpH安定性に優
れており、さらにアセチルリン酸に対し0.025mMと非常
に小さいKm値を有していることはアセチルリン酸とADP
からATPを合成する反応の利用、特にATP関与のバイオリ
アクター構築の際のATP再生用酵素として特に有効に利
用できることを示している。
The acetate kinase obtained in the present invention is excellent in temperature and pH stability, and has a very small Km value of 0.025 mM against acetyl phosphate.
It has been shown that it can be used particularly effectively as an enzyme for ATP regeneration in the use of a reaction for synthesizing ATP, particularly when constructing a bioreactor involving ATP.

本酵素は、水溶液の状態でまたは、固定化して用いるこ
とができる。
This enzyme can be used in the form of an aqueous solution or immobilized.

(発明の効果) 本発明の耐熱性酢酸キナーゼの性質は、前述したとお
り、これまで知られている酢酸キナーゼよりも温度及び
pH安定性に非常に優れており、又、アセチルリン酸に対
し高い新和性を有している。このことから、本酵素は、
ATP関与のバイオリアクターを構築する際のATP再生用酵
素等として特に有効に利用することができる。
(Effects of the invention) As described above, the thermostable acetate kinase of the present invention has a temperature and temperature higher than those of known acetate kinases.
It has excellent pH stability and high affinity with acetyl phosphate. From this, this enzyme
It can be particularly effectively used as an enzyme for ATP regeneration when constructing a bioreactor involving ATP.

また、高温においても安定であることから、熱処理によ
って、酢酸キナーゼ活性を損なうことなく不純蛋白質を
変性沈殿させて除くことができ、非常に純度の高い酢酸
キナーゼを容易にかつ高収率で得ることができる。
Also, since it is stable even at high temperatures, impure proteins can be denatured and removed by heat treatment without impairing the activity of acetate kinase, and a highly pure acetate kinase can be easily obtained in high yield. You can

(実施例) 次に本発明を実施例により説明するが、本発明はこれに
限定されるものではない。
(Examples) Next, the present invention will be described with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto.

表4に示した培地7を121℃15分間滅菌後、別途同様
に滅菌した同じ組成の培地で6時間前培養したサーモア
ンアエロビウム ブロッキー DSM 1457の培養物0.7
を該培地に接種した。培養容器の気相を窒素95%,二酸
化炭素5%の雰囲気にして嫌気状態とした後、65〜70℃
で6時間静置培養した。
After sterilizing the medium 7 shown in Table 4 for 15 minutes at 121 ° C., a culture of Thermoan aerobium blocky DSM 1457 was pre-cultured for 6 hours in a medium of the same composition separately sterilized similarly.
Was inoculated into the medium. After making the gas phase of the culture vessel an atmosphere of 95% nitrogen and 5% carbon dioxide in an anaerobic state, 65 to 70 ° C
The cells were statically cultivated for 6 hours.

培養後、培養物を遠心分離し、菌体を採取し、0.1Mリン
酸緩衝液(pH7.0)で3回洗浄し、約12gの湿菌体を得
た。
After culturing, the culture was centrifuged to collect the bacterial cells, which were washed three times with 0.1 M phosphate buffer (pH 7.0) to obtain about 12 g of wet bacterial cells.

湿菌体3gを1Mのリン酸緩衝液(pH7.0)40mlに懸濁し、
超音波破砕機(200W)で5分間処理し、菌体を破砕し
た。この破砕液を遠心分離(15000rpm 30分間)し、細
胞片を除去し、酢酸キナーゼを含む無細胞抽出液を得
た。この抽出液に対し、硫酸アンモニウム分画を行い、
75%飽和硫酸アンモニウムでの沈殿物を得た。この酢酸
キナーゼを含む沈殿物を3mMのリン酸緩衝液(pH7.0)に
溶解し、同じ緩衝液に対し1晩4℃で透析した。透析内
液を3mMのリン酸緩衝液(pH7.0)で平衡化したDEAE−セ
ルロースカラムに通し、塩化ナトリウムを上記緩衝液に
加えた溶液で溶出させると0.15M付近で目的の酢酸キナ
ーゼが溶出した。更に3mMのリン酸緩衝液(pH7.0)で平
衡化したセファデックスG−100カラムに通し、同じ緩
衝液で溶出させた。
3 g of wet cells were suspended in 40 ml of 1M phosphate buffer (pH 7.0),
The cells were crushed by treating with an ultrasonic crusher (200 W) for 5 minutes. This disrupted solution was centrifuged (15000 rpm for 30 minutes) to remove cell debris, and a cell-free extract containing acetate kinase was obtained. Ammonium sulfate fractionation is performed on this extract,
A precipitate with 75% saturated ammonium sulfate was obtained. The precipitate containing this acetate kinase was dissolved in 3 mM phosphate buffer (pH 7.0), and dialyzed against the same buffer overnight at 4 ° C. Pass the dialyzed solution through a DEAE-cellulose column equilibrated with 3 mM phosphate buffer (pH 7.0) and elute with a solution containing sodium chloride added to the above buffer to elute the target acetate kinase at around 0.15 M. did. Further, it was passed through a Sephadex G-100 column equilibrated with 3 mM phosphate buffer (pH 7.0) and eluted with the same buffer.

溶出した活性画分を3mMリン酸緩衝液(pH7.0)で平衡化
した、ヒドロキシルアパタイトカラムに通し、3mMリン
酸緩衝液(pH7.0)から500mMリン酸緩衝液(pH7.0)の
直線勾配の溶出を行うと、200mM濃度付近で目的の酢酸
キナーゼが溶出した。本実施例で得られた耐熱性酢酸キ
ナーゼは、アクリルアミドデイスク電気泳動が単一なバ
ンドを与え、更にセファデックスG−100カラムクロマ
トグラフィーにおいて分子量約5万付近に単一のピーク
を与えた。
The eluted active fraction was passed through a hydroxylapatite column equilibrated with 3 mM phosphate buffer (pH 7.0), and a linear curve from 3 mM phosphate buffer (pH 7.0) to 500 mM phosphate buffer (pH 7.0) was obtained. When elution was performed with a gradient, the target acetate kinase was eluted at around 200 mM concentration. The thermostable acetate kinase obtained in this example gave a single band by acrylamide disk electrophoresis, and further gave a single peak at a molecular weight of about 50,000 in Sephadex G-100 column chromatography.

本実施例において得られた酢酸キナーゼの収量は約20mg
で酵素タンパク1mg当り約155単位の力価(IIの方法で測
定)を示し、その精製度は無細胞抽出液を1とすると約
31倍であった。
The yield of acetate kinase obtained in this example is about 20 mg.
Shows a titer of about 155 units per mg of enzyme protein (measured by the method of II), and its purification degree is about 1 when the cell-free extract is 1.
It was 31 times.

得られた酢酸キナーゼのKm値は、アセチルリン酸に対し
て0.025mM(IIの方法で測定)、ADPに対して1.25mM(I
の方法で測定)であった。
The Km value of the obtained acetate kinase was 0.025 mM for acetyl phosphate (measured by the method of II) and 1.25 mM for ADP (I
It was measured by the method of.

Briton−Robinson広域緩衝液(pH2−14)を用いて本酵
素のpH安定性を調べ、各pHで16時間、30℃で保ったの
ち、それぞれの残存活性を測定したところ、図1に示す
ようにpH4からpH11の範囲で活性の低下は全く認められ
なかった。
The pH stability of this enzyme was investigated using Briton-Robinson wide-range buffer (pH 2-14), and the residual activity of each enzyme was measured after keeping it at 30 ° C for 16 hours at each pH. As shown in Figure 1. No decrease in activity was observed in the range of pH 4 to pH 11.

また、酵素活性測定法(II)を用いて、本酵素活性に及
ぼす反応温度の影響を調べた結果、55℃から60℃の間で
最大の活性を示した(図2)。
In addition, as a result of examining the influence of the reaction temperature on this enzyme activity using the enzyme activity measuring method (II), the maximum activity was shown between 55 ° C and 60 ° C (Fig. 2).

次に、0.2Mリン酸緩衝液(pH7.0)を含む酵素液を各温
度で15分間保ったのち、残存する活性を測定した(図
3)。その結果、本酵素は75℃まで全く安定であった。
また、同じ酵素液を75℃に保ち経時的に残存活性を測定
したところ(図4.)、2時間の処理後でも70%以上の活
性が認められた。
Next, the enzyme solution containing 0.2 M phosphate buffer (pH 7.0) was kept at each temperature for 15 minutes, and the remaining activity was measured (FIG. 3). As a result, this enzyme was quite stable up to 75 ° C.
When the same enzyme solution was kept at 75 ° C and the residual activity was measured over time (Fig. 4), 70% or more of the activity was observed even after 2 hours of treatment.

【図面の簡単な説明】 図1は、本酵素のpH安定性を示す図である。 図2は、本酵素の作用最適温度を示す図である。 図3,図4は本酵素の耐熱性を示す図である。 図5は、本酵素のセファデックスG−100ゲル過法に
よる分子量決定結果を示す図である。
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 is a diagram showing pH stability of the present enzyme. FIG. 2 is a diagram showing the optimum action temperature of the present enzyme. 3 and 4 are diagrams showing the thermostability of this enzyme. FIG. 5 is a diagram showing the results of molecular weight determination of this enzyme by Sephadex G-100 gel permeation method.

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】少なくとも下記の理化学的性質(a)〜
(h)を有する耐熱性酢酸キナーゼ a.作用 正反応は、アデノシン三リン酸と酢酸からアデノシン二
リン酸とアセチルリン酸を生成し、逆反応は、アデノシ
ン二リン酸とアセチルリン酸から、アデノシン三リン酸
と酢酸を生成する。 b.基質特異性 リン酸受容体となりうる有機酸は酢酸が最も良く、次い
でプロピオン酸そしてn−酪酸にもわずかに活性を有
し、リン酸供与体となりうるヌクレオチドとしてはグア
ノシン三リン酸が最も有効で、ついでウリジン三リン
酸,シチジン三リン酸,アデノシン三リン酸の順に作用
する。 c.Km値 アセチルリン酸に対するKm値:0.025mM,ADPに対するKm
値:1.25mM。 d.金属イオンの要求性:本酵素の活性発現にはマグネシ
ウムイオン,又はマンガンイオンを必要とする。 e.安定pH範囲 pH4〜11で30℃16時間処理しても全く活性の低下は認め
られない。 f.作用最適温度:55〜60℃ g.耐熱性:75℃15分間の加熱に対し安定である。 75℃2時間の加熱で70%以上の活残存が存する。 h.分子量:約5万(セファデックスG−100を用いたゲ
ル過法)
1. At least the following physicochemical properties (a) to
Thermostable acetate kinase with (h) a. Action The positive reaction produces adenosine diphosphate and acetylphosphate from adenosine triphosphate and acetic acid, and the reverse reaction produces adenosine diphosphate and acetylphosphate from adenosine diphosphate. It produces triphosphoric acid and acetic acid. b. Substrate specificity Acetic acid is the best organic acid that can serve as a phosphate acceptor, followed by propionate and n-butyric acid that have a slight activity, and guanosine triphosphate is the most likely nucleotide as a phosphate donor. It is effective, and then acts in the order of uridine triphosphate, cytidine triphosphate, and adenosine triphosphate. c.Km value Km value for acetyl phosphate: 0.025 mM, Km for ADP
Value: 1.25 mM. d. Requirement of metal ion: Magnesium ion or manganese ion is required for the activity expression of this enzyme. e. No decline in activity was observed even after treatment in the stable pH range of pH 4 to 11 at 30 ° C for 16 hours. f. Optimum temperature of action: 55-60 ℃ g. Heat resistance: 75 ℃ Stable against heating for 15 minutes. After heating at 75 ° C for 2 hours, 70% or more of the remaining activity remains. h. Molecular weight: about 50,000 (gel filtration method using Sephadex G-100)
【請求項2】サーモアンアエロビウム(Thermoanaerobi
um)属に属する下記性質(a)〜(h)を有してなる新
規な耐熱性酢酸キナーゼを生産する菌を培地に培養し、
その培養物から下記性質(a)〜(h)を有してなる新
規な耐熱性酢酸キナーゼを採取することを特徴とする酢
酸キナーゼの製造法。 a.作用 正反応は、アデノシン三リン酸と酢酸からアデノシン二
リン酸とアセチルリン酸を生成し、逆反応は、アデノシ
ン二リン酸とアセチルリン酸からアデノシン三リン酸と
酢酸を生成する。 b.基質特異性 リン酸受容体となりうる有機酸は酢酸が最も良く、次い
でプロピオン酸そしてn−酪酸にもわずかに活性を有
し、リン酸供与体となりうるヌクレオチドとしてはグア
ノシン三リン酸が最も有効で、ついでウリジン三リン
酸,シチジン三リン酸,アデノシン三リン酸の順に作用
する。 c.Km値 アセチルリン酸に対するKm値:0.025mM,ADPに対するKm
値:1.25mM。 d.金属イオンの要求性:本酵素の活性発現にはマグネシ
ウムイオン,又はマンガンイオンを必要とする。 e.安定pH範囲 pH4〜11で30℃16時間処理しても全く活性の低下は認め
られない。 f.作用最適温度:55〜60℃ g.耐熱性:75℃15分間の加熱に対して安定である。 75℃2時間の加熱で70%以上の活残存が存する。 h.分子量:約5万(セファデックスG−100を用いたゲ
ル過法)
2. A thermoan aerobium.
um) belonging to the genus and culturing in a medium, a bacterium that produces a novel thermostable acetate kinase having the following properties (a) to (h):
A method for producing an acetate kinase, which comprises collecting a novel thermostable acetate kinase having the following properties (a) to (h) from the culture. a. Action The positive reaction produces adenosine diphosphate and acetyl phosphate from adenosine triphosphate and acetic acid, and the reverse reaction produces adenosine triphosphate and acetic acid from adenosine diphosphate and acetyl phosphate. b. Substrate specificity Acetic acid is the best organic acid that can serve as a phosphate acceptor, followed by propionate and n-butyric acid that have a slight activity, and guanosine triphosphate is the most likely nucleotide as a phosphate donor. It is effective, and then acts in the order of uridine triphosphate, cytidine triphosphate, and adenosine triphosphate. c.Km value Km value for acetyl phosphate: 0.025 mM, Km for ADP
Value: 1.25 mM. d. Requirement of metal ion: Magnesium ion or manganese ion is required for the activity expression of this enzyme. e. No decline in activity was observed even after treatment in the stable pH range of pH 4 to 11 at 30 ° C for 16 hours. f. Optimum temperature of action: 55-60 ℃ g. Heat resistance: 75 ℃ Stable against heating for 15 minutes. After heating at 75 ° C for 2 hours, 70% or more of the remaining activity remains. h. Molecular weight: about 50,000 (gel filtration method using Sephadex G-100)
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