JPH03224485A - フルクトース‐1,6‐ビスホスフアート‐アルドラーゼ、その製造方法及びその使用方法 - Google Patents

フルクトース‐1,6‐ビスホスフアート‐アルドラーゼ、その製造方法及びその使用方法

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JPH03224485A
JPH03224485A JP2326136A JP32613690A JPH03224485A JP H03224485 A JPH03224485 A JP H03224485A JP 2326136 A JP2326136 A JP 2326136A JP 32613690 A JP32613690 A JP 32613690A JP H03224485 A JPH03224485 A JP H03224485A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明の対象は、フルクトース−1,6−ビスホスフア
ート−アルドラーゼ(F−1,6−BP−アルドラーゼ
)であり、かつこれはその製造方法及びその使用方法を
包含する。
〔従来の技術〕
目的とされたアルドール反応への及び化学的に入手困難
な又は自然界に存在しないモノサンカライドの合成への
実際の関心は、これに関連するアルドラーゼにますます
多くの注意を払うことにあった。医学にとっても有益で
ありうるこの生物学的に重要な物質の有機合成に関して
、生物触媒の使用が、有効な代替手段である。イエウサ
ギ筋肉のF−1,6−BP−アルドラーゼは、従来その
合成で使用される唯一の酵素である(A、I!、セリア
ニ(Seriani)等々Meth、 t!nzymo
1.89(1982)83−92)。
イエウサギ筋肉から単離されたこのアルドラーゼは、高
価でかつ比較的不安定である。他方、すでにクラスI 
F−1,6−BP−アルドラーゼが、スタフィロッコス
 アウレウス(Staphylococcus aur
eus)から単離されている。これはイエウサギ筋肉か
ら単離されたアルドラーゼと同様な酵素学的性質を有す
るが、著しく熱安定性である(F、ゲエーツ(GoLz
等々、Bur、 J、 Biochem、108 (1
980) 293−301)。しかしその病原性性質の
ゆえに、スタフィロコッカス アウレウスが、酵素産出
物として僅かにしか適さないのが明らかである。
〔発明が解決しようとする課題〕
したがって本発明の目的は、酵素触媒法に良好な安定性
を有する、イエウサギ筋肉又はスタフィロコッカス ア
ウレウスから得られる従来公知のF−1,6−BPに比
して改良された入手可能性を有するアルドラーゼにある
〔課題を解決するための手段〕
この目的は、スタフィロコッカス カルノススから得ら
れる、本発明によるフルクトース−1,6ビスホスフア
ートーアルドラーゼ(F−1,6−BP−アルドラーゼ
)によって達成される。
このアルドラーゼは、1イエウサギ筋肉−アルドラーゼ
”に比して著しく改良された安定性の点で優れ、それは
T=25℃;pH6,5;酵素活性2.9U/−又は2
50/mgで、合成条件下で不活性化率〈1%/d (
たとえば測定値: 0.77%/d)に相当する又は3
0分後の残存活性70〜80%又は20〜30%、特に
76%又は26%に相当する、エッペンドルフ容器中0
.06M  )リスー〇CI−緩衝溶液中でpH7,5
で精製仕上げされた形で(S; 250 /ra g 
)で60℃−又は100℃安定性に相当する。したがっ
てこのアルドラーゼは、スタフィロコッカス アウレウ
スから得られるアルドラーゼに比してほんの僅かの熱安
定性しか有さず(後者は、100℃で90分後著しい活
性損失を示さない)、あらゆる条件下に適合して病原性
起源のその著しい欠点で汚染されない。
酵素産出物として使用されるスタフィロコッカス カル
ノススは、天然起源から、特に乾燥生ソーセージから直
ちに入手でき(K、H,シュライファー (Schle
ifer)等々、Internat、 J、 Syst
em。
Bacterial、32 (1982)153−15
6)及びスターター培養物の形で市場で得られる0本発
明の範囲内で、特に口SM No、20501でドイツ
微生物コレクション(ゲチンゲン)に寄託されたスタフ
ィロコソカスカルノススー株を使用する。
菌株の培養は、振とう培養器で培地200 mを有する
500−エルシンマイヤーフラスコ中で、110rpa
+で又は5及び101の処理容量を有する発酵器中で行
われる。培養培地(Ml)は、たとえば次の組成を有す
る: LO% トリプトン 0.5% 酵母抽出物 05% NaC1 0,1% Na、)lPO4 1,0% グルコース pH7,2 pH−値の修正のために、3M NaOH及び3M 1
13PO。
を使用する。他に明記しない限り、発酵の開成のパラメ
ーターを保つ: 回転数  10Orpm 温度   37℃ 通気   5%pat 栄養液  ?1l PI(7,2 培養時間 8−13 時間 細胞を、対数段階の最後に8000rp+mで10分間
遠心分離して得る。細胞破壊は、ガラス小球を用いる湿
潤粉砕によって行われる。
発酵容量91から成るバイオマス(Biomass)の
水含有量は、121gである。次に記載する精製工程を
、1〜6℃、0.06M  トリス−HCl−緩衝液中
でpH7,5で実施する。
酵素の精製仕上げのために、硫酸アンモニウム分別沈殿
、p[]−分別及びイオン交換クロマトグラフィーを実
施する: P アンモニウム 1゛ 細胞不含粗抽出物195−に、固形硫酸アンモニウムを
40%の溶液が飽和するまで加える。 pH−値を、3
Mアンモニアで7.5に調製し、沈殿を2時間水浴中で
行う。沈殿した成分を、20000rpmで20分遠心
分離して分離する。次いで順次に(NHa) zSOa
−濃度を60%又は80%飽和に増加し、再び水浴中で
沈殿させ、遠心分離する。アルドラーゼの沈殿のために
、上澄みを100%(NHa)zSOa−飽和にし、p
Hを7M  酢酸で5.0に下げる。沈殿を、破壊緩衝
液50d(6mM2−メルカプトエタノールを有する0
、06Mトリス−HCl pH7,5)中に再懸濁する
飢ユ分■ 100%(NH4) tsO4−画分50−のpト値を
、激しい攪拌下に少しづつ岨 酢酸で先ず4.0に、次
いで6M HCIで3.5に、最後に3.0に下げる。
形成された沈殿を、夫々2000Orp■で20分間遠
心分離する。
アルドラーゼは、上澄み中にあり、この上澄みを透析濾
過によって限外濾過膜アミコン YMIOを用いて脱塩
する。
イオン  クロマトグラフィー 脱塩された酵素溶液301Idを、DEAE−セファデ
ックス A25力ラム160M1上に付与する。これは
前もって0.1 n NaC1を含有する0、06M 
 )リスー〇CI−緩衝液(pH7,5)で洗浄されて
いる。酵素を、0.06片 トリス−HCl緩衝液(p
H7,5)中で0.1−0.5M NaC1の直線状塩
勾配によって溶離する。流動速度は、30d/hである
。活性画分を一緒にし、凍結乾燥する。
添付された図表(第1図)は、発酵器(5%pO8)中
での培養時間に基づく増殖及び酵素産出に関する曲線を
示す。
次表1は、精製仕上げの結果に関する一覧表を示す。
表 1 本たんばく質はブラッドホード(Lit)に従って測定
する。
これとは別に、アルドラーゼから、特に好ましくは細胞
分離及び−破壊の後、水性2−相関抽出によってバイオ
マス夾雑物を分離することができる。
これには、特にポリマー/塩混合物及び特別にポリエチ
レングリコール/リン酸カリウム混合物を使用する。他
の塩、たとえば硫酸塩を、同様にして使用することがで
きる。低分子量、特に1500ダルトン以下のPEGの
高含量が特に有利である。
酵素は上相中に集まり、別の工程でこれ゛から再抽出す
ることができる。しかし上相をアニオン交換体カラムを
介する後続の分離に直接使用するのが、技術的に簡単で
ある。この様な、直接の順次処理は、著しい欠点もなく
可能である。
カラム材料として、アミノエチル−、ジエチルアミノエ
チル−(DEAE−)及び第四級アミノエチル基を有す
るアニオン交換体が適当である。これらを常法でpト値
≧5に及び特にpH7,5に平衡化する。
特に商品名DEAEセファデックス(Sephadex
)、モノQ及びQ−セファデックスを使用する。
特に分別されるたん白質通過液に対して調整された塩含
有率で、たとえば0.25M塩溶液を用いて通過速度3
−5 d/分で溶離する。
酵素を含有する、集められた正の両分を、そのまま又は
凍結乾燥された形で使用することができる。
水性2−相間抽出で、この様な後処理を実施する例を、
次に示す。
S、カルノスス フルクトース−1,6−ピスホスフア
ートアルドラーゼに関する後処理 ■)■及 50% 粗抽出物(40%−/−) 27% PEG  400 7% にPi  pH7.5 上相は、0.80/mgたん白質で95%酵素活性を有
する。
11)0−セファロース−アニオン 20mM )リスー〇CI緩衝液pH7,5,0,15
M NaC1及び0.1%メルカプトエタノールで平衡
化されたカラム50−を使用する。上相Iを、4;1に
希釈し、交換体に加える。
29mM  トリス−1(CI pH7,5,0,25
M NaC1,0,1%メルカプトエタノールで溶離す
る。80%収率;7、IU/mgたん白質。
III) O−セファロース−アニオン■)と同様に平
衡化する。流出Iからの正の両分を2=1に希釈して、
交換体に加える。たん白質を、0.15−0.25M 
NaC1のNaC1−勾配によって溶離する。アルドラ
ーゼは0.2M NaC1濃度で溶離する。
70%収率、13.IU/mgたん白質。
#1!、臣 酵素の確認のために、夫々精製仕上げされたアルドラー
ゼ40μg/−を、分子量測定のために120μg/M
iを使用する。
クラス■ アルドラーゼの7 次の特性に基づいて、S、カルノススから得られるF−
1,6−BP−アルドラーゼは、アルドラーゼのクラス
■タイプに属する。
−F−1.6−BPに対する活性は、種々の濃度EDT
^の存在で妨害されない。
−S、カルノススアルドラーゼは、DHAP及びNaB
H。
の存在で完全に阻害される。
−1−及び2価のカチオンは、アルドラーゼ−活性に影
響を与えない。
更にS、カルノススアルドラーゼは、天然基質に対して
極めて特異的に作用する。
アルドラーゼの分子量を、5O5−PAGEによって測
定し、〜33000ダルトン(構成単位)が決定される
基質F−1,6−BP及びF−1−Pに対するにF値を
、酵素活性に関して種々の基質濃度で調べる。第2図は
、ミバエリス−メンテン−プロットを、F−1,6−B
Pのに!l+−値の測定に関して示す。
これは0.022mMが測定され、F−1−Pのそれは
18.8sMである。これから、アルドラーゼは、天然
の基質に比して極めて特異的に作用することが明らかで
ある。F−1−Pに関するK11−値は、F−1,6−
BPに関する値よりもファクター1000はど大きい。
姐二員1条庄 pH−最適条件の決定のために(第3図)、酵素活性を
37℃でpH3〜pH10で下記の緩衝液中で測定する
: 0.06 M  クエン酸塩緩衝液 pH3,0−6,
00,06MKP−緩衝液    ptl 6.0−7
.50.06M  トリス−)ICI緩衝液 pH7,
5−9,00,06M  グリシン緩衝液  PH9,
0−10,0第3図から、二通り認められるニ ーアルドラーゼのpH−最適条件は、pH7,5で最高
となるpH−範囲6.5−9.0を含む。
−酵素は、種々の緩衝液の存在下に異なる活性を示す。
クエン酸ナトリウム−緩衝液は、酵素の最も強い阻害を
示す。
酵素のpH−安定性を、室温(RT)でpH 1〜pH
12でアルドラーゼの10分間培養によって決定する(
第4図)。0.06Mトリス−1(CI環状液中でのみ
処理し、この際その都度pH−値を2N NaOH又は
2N HCIを用いて調整する。培養期間の経過後、サ
ンプル溶液をpH7,5にし、酵素活性を測定する。
第4図に示した様に、S、カルノススアルドラーゼは、
極めて良好なpト安定性を有する。別のテストで、アル
ドラーゼ−活性は、pl(2及び4℃で72時間貯蔵後
もまだ出発活性100%であることを確認することがで
きる。
1皮ユ支定性 アルドラーゼの温度−安定性を調べるために、次の測定
を実施する: 1)酵素を、5分間0.06M  トリスHCI緩衝液
(pl(7,5)中で40℃〜100℃の温度で培養し
、それによって酵素活性の温度による依存を測定する(
第5図)。
2)別のテスト系で、精製仕上げされたアルドラーゼの
サンプルを60℃〜100℃で種々の長さの時間で培養
し、それによって2つの異なる温度での酵素活性の時間
による依存を測定する(第6図)。
第5図及び第6図は、S、カルノススから得られるF−
1、6−BPアルドラーゼが、比較的に温度安定な酵素
であることを示す。これはS、アウレウスから得られる
アルドラーゼに関して記載されている(100℃で90
分後活性損失)加熱安定性を示さないが、イエウサギ筋
肉アルドラーゼの温度安定性よりはるかにまさる。
アルドラーゼの    性 貯蔵安定性に関して言及するために、精製されたアルド
ラーゼのサンプルに種々の試薬を加え、5日間RT又は
−20℃で貯蔵する。表2は、その結果を示す: 表2 RT      −20℃ グリセリン10%     66%   90%F−1
.6−BP  5%     98%   100%メ
ルカプト エタノール4 mM      54%   91%ア
ルブミン5%ig     85%   99%凍結乾
燥物      100%  100%表2は、5日間
貯蔵後のアルドラーゼの活性を示す。
イエウサギ  −アルドラーゼを いた較 本発明によるアルドラーゼの安定性を、イエウサギ筋肉
−アルドラーゼの安定性と比較する。これについて2つ
の酵素を、表3中に記載した活性な実験下でテストする
: 表3 スタンダード条件   活性条件 温度      25℃         25℃pH
6,56,0 溶剤   二回蒸留されたHtODHAP  20mM
グリオキシ1&酸 75  DIM 二回蒸留されたHtO中で 酵素濃度  0.27 mg/sd       0.
27 mg/d2つの試験に関して、比較できる開始活
性の酵素濃度を調整する。これは、イエウサギ筋肉−ア
ルドラーゼ3.4U/mff1 (90/艶g)及びS
、カルノススアルドラーゼ2.90/ wrl (25
11/mg)に関してである。第7図は、300時間に
わたる2つのアルドラーゼの安定性を示す。不活性化率
の測定のために、−次対数不活性化を採用し、その不活
性化率は、対数因子から明らかである(1 = 100
%/時間単位)。
基iムさえ上圧 基質スペクトルの決定のために、例示的にアルデヒドの
数をテストする。その際次の混合物を選ぶ: 20n+M DHAP 200ffiMアルデヒド 1
−40/dアルドラーゼ アルドラーゼの培養後、非連続的DC−コイトロールが
行われる。次に記載するアルデヒドを有する混合物中に
、5−8時間後もはやDHAPを認めることができなり
ヱR」う:ヨL二1! アルデヒド            生成物のRpグリ
セリンアルデヒド−3−ホスフアート 0.36メチル
グリオキサール         0.37D(+)−
グリセリンアルデヒド      0.44L(−)−
グリセリンアルデヒド       0.44D、L−
グリセリンアルデヒド        0.44グリコ
ールアルデヒド         0.66フタルジア
ルデヒド           0.69ホルムアルデ
ヒド            0・71アセトアルデヒ
ド           0.93クロルアセトアルデ
ヒド        1.08プロピオンアルデヒド 
         1.203−メチルメニカプトプロ
ビオンアルデヒド1.24イソブチルアルデヒド   
       1.36トリメチルアセトアルデヒド 
      1.41ブチルアルデヒド       
     1.403−ケトブチルアルデヒド    
     1.48イソバレルアルデヒド      
    1.49マロンジアルデヒド        
   1.49ピリジン(2)カルボアルデヒド   
   1.50ピリジン(4)カルボアルデヒド   
   1.50フエニルアセトアルデヒ)j     
    1.532−メチルアセトアルデヒド    
    1.54バレルアルデヒド         
  1.60F−1,6−BP−アルドラーゼ触媒反応
に関する例として、次に5.6−ジデオキシへキスロー
スの合成を記載する: ジヒドロキシアセトンホスフアート(DI(AP)を、
実験室的規模でプロピオンアルデヒドとF−1,6−B
P−アルドラーゼの存在下に25℃で反応させる。
混合物: 50nM(5nmol)DHAP500mM
(50mmol)プロピオンアルデヒド400アルドラ
ーゼ プロピオンアルデヒドを、反応の前に新たに蒸留し、ア
ルゴン下に保存する。反応の経過を、波長595nmで
旋光分析して及び残存−〇〇AP−含有量の測定を観察
する。6.5時間後、反応を終了し、生成物をシクロヘ
キシルアンモニウム塩として単離する。
構造の解明のために、物質250mgを酸性ホスファタ
ーゼで脱リンする。遊離1i (Rp・1.56)の過
アセチル化は、ピリジン中で無酢酸を用いて行われる。
′H−又は”C−NMRスペクトルによって、単離され
た化合物を、予期された生成物として明確に同定するこ
とができる。
本発明によるアルドラーゼは、炭化水素又は炭化水素誘
導体の合成に非常に有用であり、特にこれは、芳香物質
フラネオール(ウオング(Wong)等、Z、 Org
、 Che+*、 48 (1983) 3943−3
497)の前駆体の6−ゾスオキスーフルクトースー1
−ホスフアートの製造に便用することができる。更にア
ルドラーゼの使用下に≧6C−原子、特に08、C1等
々を有する高級槽を得ることができる (ベトナルスキ
(Bednarski)等、Tetrahedron 
Lett、<1986) 275807−5810参照
)。混合アミノ糖、たとえば1−デスオキシマンノシリ
ミシン、1−デスオキシノシリミシン及びL4−ジアス
オキシ−1,4−イミノ−D−アラビニトール□これは
有効なβ−グルコシダーゼ−阻害剤として重要である(
チーグラー(Ziegler)等々、^ngew、 C
he++ie 100 (1988)737−738)
□は、本発明によるアルドラーゼを用いてより一層良好
に得やすくなり、これらは一部HIV−ウィルスを抑制
する作用を有する(フリート(Fleet)等、FBB
S Letters 273(1988)12B−13
2)。
フェロモンの製造に関する他の使用は、搏、シェルフ(
Schulz)等によってテトラヒドロンレタース第3
1巻(1990)第867−8真中に記載されている。
【図面の簡単な説明】
第1図〜第7図は、本発明によるアルドラーゼの特性を
示す。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1)スタフィロコッカスカルノスス (Staphylococcuscarrosus)か
    ら得られるフルクトース−1,6−ビスホスフアート−
    アルドラーゼ(F−1,6−BP−アルドラーゼ)。 2)30分後の残存活性70〜80%又は20〜30%
    、特に76%又は26%に相当する、エッペンドルフ容
    器中精製仕上げされた形で(≒25U/mg)pH7.
    5で0.06Mトリス−HCl−緩衝溶液中の60℃−
    又は100℃−安定性並びにT=25℃;pH6.5;
    20mMDHAP;75mMグリオキシル酸;酵素活性
    2.9U/ml又は25U/mgでの合成条件下の不活
    性率≦1%d.によって特徴づけられるアルドラーゼ。 3)スタフィロコッカスカルノススDSM20501か
    ら単離される、請求項1記載のアルドラーゼ。 4)次のパラメーター −クラスIアルドラーゼに属する(プロトン化されたシ
    ッフ塩基をジヒドロキシアセト ンホスフアート、DHAPで形成;EDTAによってF
    −1,6−BPに対する活性は妨害されない;DHAP
    及びNaBH_4による完全な抑制);−37℃で及び
    pH7.5でF−1,6−BPをDHAP及びグリセリ
    ンアルデヒド−3−ホスフアートへの又はF−1−Pを
    DHAP及びグリセリンアルデヒドへの分解に関するK
    _M−値0.022mM又は18.8mM; −比活性(精製仕上げされた)≒25U/mgたん白質 (ブラドホードによるたん白質測定); −分子量≒33.000ダルトン(構成単位で分解せず
    ); −pH6.5〜pH9の範囲にわたるpH−最適条件;
    −pH−安定性:pH1−12(25℃)で10分後及
    びpH2(4℃)で72時間後の残存活性度100%; −T−安定性:100℃(pH7.5)で5分後及び6
    0℃(pH7.5)で90分後の残存活性度70%; −貯蔵安定性:a)RT:100% b)−20℃:100%で5日後の精製仕上げされた凍
    結乾燥物の残存活性度; −基質スペクトル:短鎖脂肪族アルデヒドを、−I−効
    果と共に官能基を 有する分子に於て、変換速度の付加的な増加につれて特
    に良好に変換する; によって特徴づけられる、請求項1又は2記載のアルド
    ラーゼ。 5)発酵器中で培養された、スタフィロコッカスカルノ
    ススの細胞物質から培養液体を分離し、調製し、酵素を
    細胞破壊後に収得する、請求項1ないし4のいずれかに
    記載したF−1,6−BP−アルドラーゼの収得方法。 6)酵素を細胞破壊の後に、分別された硫酸アンモニウ
    ム沈殿、pH−分別及びイオン交換体クロマトグラフィ
    ー分離によって単離する、請求項5記載の方法。 7)酵素含有液体に、細胞破壊後に水性2−相間抽出を
    行い、酵素を上相からアニオン交換体−クロマトグラフ
    ィーによって収得する請求項5記載の方法。 8)請求項1記載のF−1,6−BP−アルドラーゼを
    、アルデヒドとDHAPとの酵素反応による炭化水素又
    はその誘導体の合成に使用する方法。
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