JPH04271784A - 5−置換ヒダントインラセミ化酵素及びそれをコードする遺伝子 - Google Patents
5−置換ヒダントインラセミ化酵素及びそれをコードする遺伝子Info
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- JPH04271784A JPH04271784A JP3065591A JP6559191A JPH04271784A JP H04271784 A JPH04271784 A JP H04271784A JP 3065591 A JP3065591 A JP 3065591A JP 6559191 A JP6559191 A JP 6559191A JP H04271784 A JPH04271784 A JP H04271784A
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
- Y02P20/00—Technologies relating to chemical industry
- Y02P20/50—Improvements relating to the production of bulk chemicals
- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Landscapes
- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
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。
め要約のデータは記録されません。
Description
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は5−置換ヒダントインを
ラセミ化する方法に関する。
ラセミ化する方法に関する。
【0002】
【従来の技術】DL−5−置換ヒダントインを相当する
光学活性アミノ酸に変換する微生物として、フラボバク
テリウム属(特公昭61−12296)、バチルス属(
特公昭63−24895)、シュードモナス属(特公昭
64−71476)、アースロバクター属(特開昭60
−214889)に属する細菌が知られている。DL−
5−置換ヒダントインを効率よく相当する光学活性アミ
ノ酸に変換するには、5−置換ヒダントインのラセミ化
が必要であり、これらの菌では化学的あるいは酵素的に
5−置換ヒダントインのラセミ化が起こっていると考え
られている。
光学活性アミノ酸に変換する微生物として、フラボバク
テリウム属(特公昭61−12296)、バチルス属(
特公昭63−24895)、シュードモナス属(特公昭
64−71476)、アースロバクター属(特開昭60
−214889)に属する細菌が知られている。DL−
5−置換ヒダントインを効率よく相当する光学活性アミ
ノ酸に変換するには、5−置換ヒダントインのラセミ化
が必要であり、これらの菌では化学的あるいは酵素的に
5−置換ヒダントインのラセミ化が起こっていると考え
られている。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】中性付近のpHでは、
5−置換ヒダントインの化学的ラセミ化は、ほとんど進
行しない。また従来の細菌は、ラセミ化酵素の生産量が
充分ではなかった。
5−置換ヒダントインの化学的ラセミ化は、ほとんど進
行しない。また従来の細菌は、ラセミ化酵素の生産量が
充分ではなかった。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、このような課
題を解決するために、ラセミ化酵素を持つ細菌から、そ
の遺伝子をクローニングし、遺伝子増幅、転写及び翻訳
活性を高めることにより目的の酵素生産量を高めようと
するものである。すなわち本発明は、5−置換ヒダント
インラセミ化酵素の遺伝子、それを含むDNA断片、そ
のDNA断片を組み込んだベクターDNA、そのベクタ
ーDNAにより形質転換された微生物、該微生物を使用
する5−置換ヒダントインのラセミ化方法、該微生物か
ら調製したラセミ化酵素、及び本ラセミ化酵素による5
−置換ヒダントインのラセミ化方法である。
題を解決するために、ラセミ化酵素を持つ細菌から、そ
の遺伝子をクローニングし、遺伝子増幅、転写及び翻訳
活性を高めることにより目的の酵素生産量を高めようと
するものである。すなわち本発明は、5−置換ヒダント
インラセミ化酵素の遺伝子、それを含むDNA断片、そ
のDNA断片を組み込んだベクターDNA、そのベクタ
ーDNAにより形質転換された微生物、該微生物を使用
する5−置換ヒダントインのラセミ化方法、該微生物か
ら調製したラセミ化酵素、及び本ラセミ化酵素による5
−置換ヒダントインのラセミ化方法である。
【0005】本発明を更に具体的に説明する。
【0006】本発明でラセミ化される5−置換ヒダント
インは、一般式(I)で示されるものである。 (但し、式中Rは5−置換基を示す)Rの具体例として
は、種々のアミノ酸に対応した5−置換ヒダントインに
対応したものがあり、例えば、β−ラクタム系抗生物質
の側鎖として重要なp−ヒドロキシ−D−フェニルグリ
シン、D−フェニルグリシン、D−システイン、D−ア
スパラギン酸など、アンジオテンシン変換酵素阻害剤の
合成原料としてのD−ホモフェニルアラニン或いは除草
剤であるL−2−アミノ−4−メチルフォスフィノ酪酸
に対応したものがあり、又更に、5−置換ヒダントイン
に対応するアミノ酸としてアラニン・CH3 CH(N
H2)COOH、バリン・(CH3)2 CHCH(N
H2)COOH、ロイシン・(CH3)2 CHCH2
CH(NH2)COOH、イソロイシン・CH3 C
H2 CH(CH3)CH(NH2)COOH、セリン
・HOCH2 CH(NH2)COOH、スレオニン・
CH3 CH(OH)CH(NH2)COOH、メチオ
ニン・CH3 SCH2(NH2)COOH、フェニル
アラニンC6H5CH2 CH(NH2 )COOH、
チロシン・HOC6 H4 CH2 CH( NH2)
COOH 、に対応したものが重要であり、アルキル基
を示すのもとして、メチル基、イソプロピル基、イソブ
チル基、1−メチルプロピル基、又、ヒドロキシル基、
アルキルチオ基、ヒドロキシフェニル基或いはインドリ
ル基等で置換されたアルキル基を示すものとして、ヒド
ロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−メチル
チオエチル基、ベンジル基、p−ヒドロキシベンジル基
或いはインドリルメチル基がある。 (1)遺伝子のクローニング シュードモナス属NS671菌(FERM P−95
43)は、DL−5−置換ヒダントインを相当するL−
アミノ酸に変換する能力を持つ細菌である。我々は、こ
の細菌から5−置換ヒダントイン変換に関与する遺伝子
、すなわちDL特異的ヒダントイナーゼとL特異的N−
カルバミルアミノ酸ハイドロラーゼの遺伝子をクローニ
ングした(特願平2−137120)。このとき同時に
クローニングされた遺伝子が5−置換ヒダントインラセ
ミ化酵素のものであることが明らかになった。
インは、一般式(I)で示されるものである。 (但し、式中Rは5−置換基を示す)Rの具体例として
は、種々のアミノ酸に対応した5−置換ヒダントインに
対応したものがあり、例えば、β−ラクタム系抗生物質
の側鎖として重要なp−ヒドロキシ−D−フェニルグリ
シン、D−フェニルグリシン、D−システイン、D−ア
スパラギン酸など、アンジオテンシン変換酵素阻害剤の
合成原料としてのD−ホモフェニルアラニン或いは除草
剤であるL−2−アミノ−4−メチルフォスフィノ酪酸
に対応したものがあり、又更に、5−置換ヒダントイン
に対応するアミノ酸としてアラニン・CH3 CH(N
H2)COOH、バリン・(CH3)2 CHCH(N
H2)COOH、ロイシン・(CH3)2 CHCH2
CH(NH2)COOH、イソロイシン・CH3 C
H2 CH(CH3)CH(NH2)COOH、セリン
・HOCH2 CH(NH2)COOH、スレオニン・
CH3 CH(OH)CH(NH2)COOH、メチオ
ニン・CH3 SCH2(NH2)COOH、フェニル
アラニンC6H5CH2 CH(NH2 )COOH、
チロシン・HOC6 H4 CH2 CH( NH2)
COOH 、に対応したものが重要であり、アルキル基
を示すのもとして、メチル基、イソプロピル基、イソブ
チル基、1−メチルプロピル基、又、ヒドロキシル基、
アルキルチオ基、ヒドロキシフェニル基或いはインドリ
ル基等で置換されたアルキル基を示すものとして、ヒド
ロキシメチル基、1−ヒドロキシエチル基、2−メチル
チオエチル基、ベンジル基、p−ヒドロキシベンジル基
或いはインドリルメチル基がある。 (1)遺伝子のクローニング シュードモナス属NS671菌(FERM P−95
43)は、DL−5−置換ヒダントインを相当するL−
アミノ酸に変換する能力を持つ細菌である。我々は、こ
の細菌から5−置換ヒダントイン変換に関与する遺伝子
、すなわちDL特異的ヒダントイナーゼとL特異的N−
カルバミルアミノ酸ハイドロラーゼの遺伝子をクローニ
ングした(特願平2−137120)。このとき同時に
クローニングされた遺伝子が5−置換ヒダントインラセ
ミ化酵素のものであることが明らかになった。
【0006】シュードモナス属NS671菌(FERM
P−9543)のプラスミドpHN671を制限酵
素MboIにより部分消化し、制限酵素BamHI消化
してホスファターゼ処理したプラスミドベクターpUC
18にライゲーションした。この組換え体DNAを用い
て大腸菌JM103を形質転換し、得られた形質転換株
をDL−5−(2−メチルチオエチル)ヒダントインを
唯一の窒素源とする寒天培地にまいた。目的の遺伝子を
含む組換え体DNAを持つ形質転換株は、DL−5−(
2−メチルチオエチル)ヒダントインをL−アミノ酸に
変換する際に生成するアンモニウムイオンを窒素源とし
て利用し、上記の寒天培地で生育し、コロニーを形成す
るので容易に分離できる。この選択培地上に形成された
コロニーから形質転換株を培養し、プラスミドDNAを
調製した結果、約10.2キロ塩基と約15.5キロ塩
基の大きさを持つ2種類のプラスミドが得られた。前者
のプラスミドをpHPB12、後者のプラスミドをpH
PB14と命名した。プラスミドpHPB12は、DL
特異的ヒダントイナーゼの遺伝子(図1、ORF2とO
RF3)とL特異的N−カルバミルアミノ酸ハイドロラ
ーゼの遺伝子(図1、ORF4)を含んでいた(特願平
2−137120)。プラスミドpHPB14は、プラ
スミドpHPB12の挿入DNAの下流が約5.3キロ
塩基だけ伸びた構造になっていることが制限酵素消化に
よるDNA断片の解析から明らかになった。
P−9543)のプラスミドpHN671を制限酵
素MboIにより部分消化し、制限酵素BamHI消化
してホスファターゼ処理したプラスミドベクターpUC
18にライゲーションした。この組換え体DNAを用い
て大腸菌JM103を形質転換し、得られた形質転換株
をDL−5−(2−メチルチオエチル)ヒダントインを
唯一の窒素源とする寒天培地にまいた。目的の遺伝子を
含む組換え体DNAを持つ形質転換株は、DL−5−(
2−メチルチオエチル)ヒダントインをL−アミノ酸に
変換する際に生成するアンモニウムイオンを窒素源とし
て利用し、上記の寒天培地で生育し、コロニーを形成す
るので容易に分離できる。この選択培地上に形成された
コロニーから形質転換株を培養し、プラスミドDNAを
調製した結果、約10.2キロ塩基と約15.5キロ塩
基の大きさを持つ2種類のプラスミドが得られた。前者
のプラスミドをpHPB12、後者のプラスミドをpH
PB14と命名した。プラスミドpHPB12は、DL
特異的ヒダントイナーゼの遺伝子(図1、ORF2とO
RF3)とL特異的N−カルバミルアミノ酸ハイドロラ
ーゼの遺伝子(図1、ORF4)を含んでいた(特願平
2−137120)。プラスミドpHPB14は、プラ
スミドpHPB12の挿入DNAの下流が約5.3キロ
塩基だけ伸びた構造になっていることが制限酵素消化に
よるDNA断片の解析から明らかになった。
【0007】(2)プラスミドpHPB14がコードす
る変換能 プラスミドpHPB14で大腸菌JM103を形質転換
し、アンピシリン耐性を指標にして形質転換株を得た。 この形質転換株は、D−5−(2−メチルチオエチル)
ヒダントインを全てL−メチオニンに変換する能力を有
していた。これに対して、プラスミドpHPB12によ
る形質転換株(FERM P−11176)は、D−
5−(2−メチルチオエチル)ヒダントインをN−カル
バミル−D−メチオニンにしか変換できない。
る変換能 プラスミドpHPB14で大腸菌JM103を形質転換
し、アンピシリン耐性を指標にして形質転換株を得た。 この形質転換株は、D−5−(2−メチルチオエチル)
ヒダントインを全てL−メチオニンに変換する能力を有
していた。これに対して、プラスミドpHPB12によ
る形質転換株(FERM P−11176)は、D−
5−(2−メチルチオエチル)ヒダントインをN−カル
バミル−D−メチオニンにしか変換できない。
【0008】(3)プラスミドpHPB14の縮小プラ
スミドpHPB14の制限酵素地図を図1に示した。実
線部分はベクターDNAであるpUC18を、棒線部分
はシュードモナス属NS671菌(FERMP−954
3)のプラスミドpHN671由来の挿入DNAを示す
。7.5キロ塩基位置の制限酵素BamHI部位よりも
上流の挿入DNAは、プラスミドpHPB12のものと
同一である。制限酵素名に附記した数字は挿入DNAの
始点からの距離(キロ塩基)を示す。塩基配列決定の結
果見いだされたオープンリーディングフレーム(ORF
)の領域と向きを矢印で示した。
スミドpHPB14の制限酵素地図を図1に示した。実
線部分はベクターDNAであるpUC18を、棒線部分
はシュードモナス属NS671菌(FERMP−954
3)のプラスミドpHN671由来の挿入DNAを示す
。7.5キロ塩基位置の制限酵素BamHI部位よりも
上流の挿入DNAは、プラスミドpHPB12のものと
同一である。制限酵素名に附記した数字は挿入DNAの
始点からの距離(キロ塩基)を示す。塩基配列決定の結
果見いだされたオープンリーディングフレーム(ORF
)の領域と向きを矢印で示した。
【0009】制限酵素SalIで消化したプラスミドp
HPB14を、制限酵素AflII、SnaBI、Sp
lI、SphI、あるいはXhoIでそれぞれ二重消化
し、必要に応じKlenow酵素反応により末端を平滑
化し、セルフライゲーションさせ、欠失プラスミドを得
た。これらの欠失プラスミドで大腸菌JM103を形質
転換し、得られた形質転換株の変換能を調べた。この結
果、プラスミドpHPB14の10.2キロ塩基位置の
制限酵素SnaBI部位よりも下流を欠失させても、D
−5−(2−メチルチオエチル)ヒダントインを全てL
−メチオニンに変換する能力が保持されているが、9.
1キロ塩基位置の制限酵素SplI部位よりも下流を欠
失させると、もはや上記変換能が消失する(D−5−(
2−メチルチオエチル)ヒダントインをN−カルバミル
−D−メチオニンに変換する)ことが分かった。
HPB14を、制限酵素AflII、SnaBI、Sp
lI、SphI、あるいはXhoIでそれぞれ二重消化
し、必要に応じKlenow酵素反応により末端を平滑
化し、セルフライゲーションさせ、欠失プラスミドを得
た。これらの欠失プラスミドで大腸菌JM103を形質
転換し、得られた形質転換株の変換能を調べた。この結
果、プラスミドpHPB14の10.2キロ塩基位置の
制限酵素SnaBI部位よりも下流を欠失させても、D
−5−(2−メチルチオエチル)ヒダントインを全てL
−メチオニンに変換する能力が保持されているが、9.
1キロ塩基位置の制限酵素SplI部位よりも下流を欠
失させると、もはや上記変換能が消失する(D−5−(
2−メチルチオエチル)ヒダントインをN−カルバミル
−D−メチオニンに変換する)ことが分かった。
【0010】(4)塩基配列の決定
プラスミドpHPB14の7.0キロ塩基位置から11
.1キロ塩基位置までの制限酵素EcoRI消化断片を
M13mp18ファージにサブクローニングした。この
サブクローニングされた挿入DNA部分を各種制限酵素
あるいはキロシークエンス用ディリーションキット(宝
酒造)を用いて縮め、ジデオキシ法によって塩基配列を
決定した。プラスミドpHPB14の7.5キロ塩基位
置の制限酵素BamHI部位よりも上流の塩基配列は、
プラスミドpHPB12の挿入DNAの塩基配列と同一
であった。この結果、2個の新しいオープンリーディン
グフレーム、ORF5とORF6が見いだされた(図1
)。
.1キロ塩基位置までの制限酵素EcoRI消化断片を
M13mp18ファージにサブクローニングした。この
サブクローニングされた挿入DNA部分を各種制限酵素
あるいはキロシークエンス用ディリーションキット(宝
酒造)を用いて縮め、ジデオキシ法によって塩基配列を
決定した。プラスミドpHPB14の7.5キロ塩基位
置の制限酵素BamHI部位よりも上流の塩基配列は、
プラスミドpHPB12の挿入DNAの塩基配列と同一
であった。この結果、2個の新しいオープンリーディン
グフレーム、ORF5とORF6が見いだされた(図1
)。
【0011】(5)欠失プラスミドの作製プラスミドp
HPB14を制限酵素SalIとSnaBIで二重消化
し、Klenow酵素処理後、セルフライゲーションさ
せ、プラスミドpSNA101(ORF2、ORF3、
ORF4、ORF5、及びORF6を含む)を作製した
。プラスミドpSNA101を制限酵素KpnIで消化
し、セルフライゲーションさせ、プラスミドpKPN1
7(ORF6を含む)を作製した。プラスミドpKPN
17を制限酵素EcoRIで消化し、ホスファターゼ処
理し、プラスミドpHPB12の6.4キロ塩基の制限
酵素EcoRI消化断片(ORF2、ORF3、及びO
RF4を含む)とライゲーションさせた。オープンリー
ディングフレームの向きが同じになるようにDNA断片
が挿入されたものを選び、プラスミドpSNAdEE(
ORF2、ORF3、ORF4、及びORF6を含む)
と命名した。プラスミドpSNAdEEで大腸菌JM1
03を形質転換して得られた形質転換株は、D−5−(
2−メチルチオエチル)ヒダントインを全てL−メチオ
ニンに変換する能力を有していた。すなわち、ORF5
は本変換には必要ないことが分かった。したがって、O
RF6が本変換において重要な働きをしていると考えら
れた。
HPB14を制限酵素SalIとSnaBIで二重消化
し、Klenow酵素処理後、セルフライゲーションさ
せ、プラスミドpSNA101(ORF2、ORF3、
ORF4、ORF5、及びORF6を含む)を作製した
。プラスミドpSNA101を制限酵素KpnIで消化
し、セルフライゲーションさせ、プラスミドpKPN1
7(ORF6を含む)を作製した。プラスミドpKPN
17を制限酵素EcoRIで消化し、ホスファターゼ処
理し、プラスミドpHPB12の6.4キロ塩基の制限
酵素EcoRI消化断片(ORF2、ORF3、及びO
RF4を含む)とライゲーションさせた。オープンリー
ディングフレームの向きが同じになるようにDNA断片
が挿入されたものを選び、プラスミドpSNAdEE(
ORF2、ORF3、ORF4、及びORF6を含む)
と命名した。プラスミドpSNAdEEで大腸菌JM1
03を形質転換して得られた形質転換株は、D−5−(
2−メチルチオエチル)ヒダントインを全てL−メチオ
ニンに変換する能力を有していた。すなわち、ORF5
は本変換には必要ないことが分かった。したがって、O
RF6が本変換において重要な働きをしていると考えら
れた。
【0012】(6)ORF6の機能
プラスミドpKPN17で形質転換された大腸菌JM1
03とプラスミドpHPB12で形質転換された大腸菌
JM103(FERM P−11176)の混合培養
に、D−5−(2−メチルチオエチル)ヒダントインを
添加すると、全てL−メチオニンに変換された。このこ
とはORF6が、ORF2、ORF3、及びORF4と
は別の細胞で発現されても正常に機能することを示して
いる。プラスミドpKPN17で形質転換された大腸菌
JM103の培養に、D−5−(2−メチルチオエチル
)ヒダントインを添加し、一定時間反応させた後、細胞
を濾過により除き、プラスミドpHPB12で形質転換
された大腸菌JM103(FERM P−11176
)を代わりに加えて培養すると、反応時間に応じてL−
メチオニンの生成割合が増え、N−カルバミル−D−メ
チオニンの生成割合が減少し、1:1(モル比)の平衡
に達した。このことはORF6が5−置換ヒダントイン
ラセミ化酵素の遺伝子であることを示している。
03とプラスミドpHPB12で形質転換された大腸菌
JM103(FERM P−11176)の混合培養
に、D−5−(2−メチルチオエチル)ヒダントインを
添加すると、全てL−メチオニンに変換された。このこ
とはORF6が、ORF2、ORF3、及びORF4と
は別の細胞で発現されても正常に機能することを示して
いる。プラスミドpKPN17で形質転換された大腸菌
JM103の培養に、D−5−(2−メチルチオエチル
)ヒダントインを添加し、一定時間反応させた後、細胞
を濾過により除き、プラスミドpHPB12で形質転換
された大腸菌JM103(FERM P−11176
)を代わりに加えて培養すると、反応時間に応じてL−
メチオニンの生成割合が増え、N−カルバミル−D−メ
チオニンの生成割合が減少し、1:1(モル比)の平衡
に達した。このことはORF6が5−置換ヒダントイン
ラセミ化酵素の遺伝子であることを示している。
【0013】(7)ORF6遺伝子産物(5−置換ヒダ
ントインラセミ化酵素)の分子量 プラスミドpKPN17で大腸菌JM103を形質転換
し形質転換株を得た。本形質転換株は、工業技術院微生
物工業技術研究所(微工研)に微工研条寄第3188号
(FERM BP−3188)として寄託された。こ
の形質転換株を培養して得た菌体を破砕し、可溶性画分
を硫安塩析によって分画し、疎水クロマトグラフィー、
イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラ
フィーにより5−置換ヒダントインラセミ化酵素を精製
した。精製された酵素のSDS−ポリアクリルアミドゲ
ル電気泳動上での見かけの分子量は31,900であっ
た。ゲル濾過クロマトグラフィーから求められた分子量
は約130,000であった。このことから本ラセミ化
酵素は四量体構造を持っていると推定される。配列表に
ORF6を含むプラスミドpKPN17の挿入DNAの
部分塩基配列を示した。ORF6は196番目塩基のA
TGと202番目塩基のATGの2つの開始コドンで始
まる可能性がある。精製された酵素のN端アミノ酸配列
を分析した結果、MetLysIleLysValIl
eAsnProAsnThrの配列であることが明らか
となった。従って、本遺伝子は、202番目塩基のAT
Gを開始コドンとしていることが分かる。塩基配列から
判明する5−置換ヒダントインラセミ化酵素の分子量は
27,090である。
ントインラセミ化酵素)の分子量 プラスミドpKPN17で大腸菌JM103を形質転換
し形質転換株を得た。本形質転換株は、工業技術院微生
物工業技術研究所(微工研)に微工研条寄第3188号
(FERM BP−3188)として寄託された。こ
の形質転換株を培養して得た菌体を破砕し、可溶性画分
を硫安塩析によって分画し、疎水クロマトグラフィー、
イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラ
フィーにより5−置換ヒダントインラセミ化酵素を精製
した。精製された酵素のSDS−ポリアクリルアミドゲ
ル電気泳動上での見かけの分子量は31,900であっ
た。ゲル濾過クロマトグラフィーから求められた分子量
は約130,000であった。このことから本ラセミ化
酵素は四量体構造を持っていると推定される。配列表に
ORF6を含むプラスミドpKPN17の挿入DNAの
部分塩基配列を示した。ORF6は196番目塩基のA
TGと202番目塩基のATGの2つの開始コドンで始
まる可能性がある。精製された酵素のN端アミノ酸配列
を分析した結果、MetLysIleLysValIl
eAsnProAsnThrの配列であることが明らか
となった。従って、本遺伝子は、202番目塩基のAT
Gを開始コドンとしていることが分かる。塩基配列から
判明する5−置換ヒダントインラセミ化酵素の分子量は
27,090である。
【0014】(8)5−置換ヒダントインラセミ化酵素
遺伝子の利用法 本発明の遺伝子を含むDNA断片とベクターDNAとの
組換え体DNAを導入した大腸菌などの微生物を培地に
培養し、D−5−置換ヒダントインあるいはL−5−置
換ヒダントインを添加すればラセミ体の5−置換ヒダン
トインが得られる。また該微生物から5−置換ヒダント
インラセミ化酵素を調製して、酵素反応を行っても同様
である。本発明の方法を、5−置換ヒダントインをヒダ
ントイナーゼ反応によって相当するN−カルバミルアミ
ノ酸に変換する方法、及び光学活性N−カルバミルアミ
ノ酸をN−カルバミルアミノ酸ハイドロラーゼ反応によ
って相当する光学活性アミノ酸に変換する方法と組み合
わせて用いれば、原料のDL−5−置換ヒダントインの
全量を効率よく光学活性アミノ酸に変換することができ
る。
遺伝子の利用法 本発明の遺伝子を含むDNA断片とベクターDNAとの
組換え体DNAを導入した大腸菌などの微生物を培地に
培養し、D−5−置換ヒダントインあるいはL−5−置
換ヒダントインを添加すればラセミ体の5−置換ヒダン
トインが得られる。また該微生物から5−置換ヒダント
インラセミ化酵素を調製して、酵素反応を行っても同様
である。本発明の方法を、5−置換ヒダントインをヒダ
ントイナーゼ反応によって相当するN−カルバミルアミ
ノ酸に変換する方法、及び光学活性N−カルバミルアミ
ノ酸をN−カルバミルアミノ酸ハイドロラーゼ反応によ
って相当する光学活性アミノ酸に変換する方法と組み合
わせて用いれば、原料のDL−5−置換ヒダントインの
全量を効率よく光学活性アミノ酸に変換することができ
る。
【0015】
【実施例】実施例1.各種5−置換ヒダントインのラセ
ミ化 プラスミドpKPN17で形質転換された大腸菌JM1
03(FERM BP−3188)を50mlのLB
培地に植菌し、600nmのODが約0.2になるまで
30℃で振盪培養した。250μlの200mM I
PTGを添加し、さらに30℃で2時間振盪培養した。 この培養の20OD(600nm)分を遠心し、菌体を
得た。これを0.2%のD体あるいはL体の各種5−置
換ヒダントインを含む10mlの20mM トリス塩
酸バッファー(pH7.5)、0.1M塩化ナトリウム
に懸濁し、30℃で振盪させた。一定時間後に、1ml
ずつ抜き取り、遠心と濾過によって菌体を除き上清を得
た。
ミ化 プラスミドpKPN17で形質転換された大腸菌JM1
03(FERM BP−3188)を50mlのLB
培地に植菌し、600nmのODが約0.2になるまで
30℃で振盪培養した。250μlの200mM I
PTGを添加し、さらに30℃で2時間振盪培養した。 この培養の20OD(600nm)分を遠心し、菌体を
得た。これを0.2%のD体あるいはL体の各種5−置
換ヒダントインを含む10mlの20mM トリス塩
酸バッファー(pH7.5)、0.1M塩化ナトリウム
に懸濁し、30℃で振盪させた。一定時間後に、1ml
ずつ抜き取り、遠心と濾過によって菌体を除き上清を得
た。
【0016】この上清に存在する5−置換ヒダントイン
のD体とL体の割合を光学異性体分離用カラムCHIR
ALPAK WH(ダイセル化学工業)を用いてHP
LCによって分析し、結果を表1に示した。対照として
、プラスミドpUC18で形質転換された大腸菌JM1
03を用いて上記と同様の操作を行った結果、D体また
はL体の5−置換ヒダントインからの、それぞれL体ま
たはD体の5−置換ヒダントインの生成は検出できなか
った。
のD体とL体の割合を光学異性体分離用カラムCHIR
ALPAK WH(ダイセル化学工業)を用いてHP
LCによって分析し、結果を表1に示した。対照として
、プラスミドpUC18で形質転換された大腸菌JM1
03を用いて上記と同様の操作を行った結果、D体また
はL体の5−置換ヒダントインからの、それぞれL体ま
たはD体の5−置換ヒダントインの生成は検出できなか
った。
【0017】
【0018】実施例2.ラセミ化酵素の精製プラスミド
pKPN17で形質転換された大腸菌JM103(FE
RM BP−3188)を50mlのLB培地に植菌
し、30℃で一晩前培養した。この全量を3Lの培地(
6g/L リン酸二ナトリウム、3g/L リン酸
一カリウム、0.5g/L 塩化ナトリウム、1g/
L 塩化アンモニウム、5mM 硫酸マグネシウム
、0.5mM 塩化カルシウム、1% グリセロー
ル、2% 酵母エキス)に加え、ジャーファーメンタ
ーで550nmのODが約10になるまで30℃で培養
した。これに15mlの200mM IPTGを添加
し、さらに約2時間半培養した後、遠心によって集菌し
、約100gの湿菌体を得た。
pKPN17で形質転換された大腸菌JM103(FE
RM BP−3188)を50mlのLB培地に植菌
し、30℃で一晩前培養した。この全量を3Lの培地(
6g/L リン酸二ナトリウム、3g/L リン酸
一カリウム、0.5g/L 塩化ナトリウム、1g/
L 塩化アンモニウム、5mM 硫酸マグネシウム
、0.5mM 塩化カルシウム、1% グリセロー
ル、2% 酵母エキス)に加え、ジャーファーメンタ
ーで550nmのODが約10になるまで30℃で培養
した。これに15mlの200mM IPTGを添加
し、さらに約2時間半培養した後、遠心によって集菌し
、約100gの湿菌体を得た。
【0019】上記湿菌体を500mlの20mM ト
リス塩酸バッファー(pH7.5)、0.1M 塩化
ナトリウムに懸濁し、ゴーリンホモジェナイザーによっ
て菌体を破砕した。これを遠心にかけ不溶物を除き、上
清を得た。この上清の60−90%飽和硫安塩析画分を
100mlの20mM トリス塩酸バッファー(pH
7.5)、0.1M 塩化ナトリウム、0.5M
硫安に溶解し、同じバッファーで平衡化したブチル−ト
ヨパール(TOSOH)の疎水クロマトグラフィーにか
けた。
リス塩酸バッファー(pH7.5)、0.1M 塩化
ナトリウムに懸濁し、ゴーリンホモジェナイザーによっ
て菌体を破砕した。これを遠心にかけ不溶物を除き、上
清を得た。この上清の60−90%飽和硫安塩析画分を
100mlの20mM トリス塩酸バッファー(pH
7.5)、0.1M 塩化ナトリウム、0.5M
硫安に溶解し、同じバッファーで平衡化したブチル−ト
ヨパール(TOSOH)の疎水クロマトグラフィーにか
けた。
【0020】ラセミ化酵素の活性は次のようにして検出
した。すなわち、1mlのLB培地にプラスミドpHP
B12で形質転換された大腸菌JM103を植菌し、こ
れに100μlの2% D−5−(2−メチルチオエ
チル)ヒダントイン、5μlの200mM IPTG
、そして1μlの被検液を加え、30℃で一晩振盪培養
した。培養液をTLCにより分析し、メチオニン(L体
)またはN−カルバミルメチオニン(D体)の生成を調
べた。メチオニン(L体)の生成はラセミ化酵素活性の
存在を示している。また、ラセミ化酵素活性がないとき
はN−カルバミルメチオニン(D体)のみが生成する。
した。すなわち、1mlのLB培地にプラスミドpHP
B12で形質転換された大腸菌JM103を植菌し、こ
れに100μlの2% D−5−(2−メチルチオエ
チル)ヒダントイン、5μlの200mM IPTG
、そして1μlの被検液を加え、30℃で一晩振盪培養
した。培養液をTLCにより分析し、メチオニン(L体
)またはN−カルバミルメチオニン(D体)の生成を調
べた。メチオニン(L体)の生成はラセミ化酵素活性の
存在を示している。また、ラセミ化酵素活性がないとき
はN−カルバミルメチオニン(D体)のみが生成する。
【0021】ブチル−トヨパールクロマトグラフィーか
ら得られたラセミ化酵素活性画分を20mM トリス
塩酸バッファー(pH7.5)、50mM 塩化ナト
リウムに対して透析し、同じバッファーで平衡化したD
EAE−セファセル(ファルマシア)のイオン交換クロ
マトグラフィーにかけた。ラセミ化酵素活性は100−
150mM程度の塩化ナトリウムで溶出された。
ら得られたラセミ化酵素活性画分を20mM トリス
塩酸バッファー(pH7.5)、50mM 塩化ナト
リウムに対して透析し、同じバッファーで平衡化したD
EAE−セファセル(ファルマシア)のイオン交換クロ
マトグラフィーにかけた。ラセミ化酵素活性は100−
150mM程度の塩化ナトリウムで溶出された。
【0022】DEAE−セファセルクロマトグラフィー
から得られたラセミ化酵素活性画分をPM10メンブレ
ン(アミコン)によって濃縮し、20mM トリス塩
酸バッファー(pH7.5)、0.1M 塩化ナトリ
ウムで平衡化したセファディックスG−200スーパー
ファインのゲル濾過クロマトグラフィーにかけた。この
結果、ラセミ化酵素活性は分子量約130,000の位
置に溶出された。このラセミ化酵素活性画分をSDS−
ポリアクリルアミドゲル電気泳動によって分析した結果
、分子量31,900の位置にバンドが現れた。したが
って、本ラセミ化酵素は四量体構造を持っていると推定
される。
から得られたラセミ化酵素活性画分をPM10メンブレ
ン(アミコン)によって濃縮し、20mM トリス塩
酸バッファー(pH7.5)、0.1M 塩化ナトリ
ウムで平衡化したセファディックスG−200スーパー
ファインのゲル濾過クロマトグラフィーにかけた。この
結果、ラセミ化酵素活性は分子量約130,000の位
置に溶出された。このラセミ化酵素活性画分をSDS−
ポリアクリルアミドゲル電気泳動によって分析した結果
、分子量31,900の位置にバンドが現れた。したが
って、本ラセミ化酵素は四量体構造を持っていると推定
される。
【0023】
【発明の効果】本発明によって、5−置換ヒダントイン
ラセミ化酵素の遺伝子を大腸菌などの微生物で安定に高
度に発現させることが可能になった。この結果、このよ
うな微生物から容易に本酵素を調製できるようになった
。
ラセミ化酵素の遺伝子を大腸菌などの微生物で安定に高
度に発現させることが可能になった。この結果、このよ
うな微生物から容易に本酵素を調製できるようになった
。
【0024】
【配列表】配列の長さ:1282
配列の型:核酸
鎖の数:二本鎖
トポロジー:直鎖状
配列の種類:他の核酸 Plasmid DNA起
源生物名:シュードモナス(Pseudomonas
sp.) 株名:NS671 配列の特徴 特徴を表す記号:CDS 存在位置:202..951 特徴を決定した方法:E 配列 GAATTCGAGC TCGGTACCTG AAA
TTGATGG TGTAGTAGTG ATTGAT
AGTT TATAGAAACA 60ATTGT
TGACC CTTGGAAAAA ACAAGCAA
AC TAAAAACTTA TAAATCTCCT
GAAAAGAAAG 120AATATTGCGG
GAAATTAAGA AATTTGGGTC CG
TGGAAAAA GCTATAAAAT AAATT
CACTA 180AATTCTAGGA GGAA
A ATG GTT ATG AAA ATT AAA
GTT ATC AAC CCG AAT ACA
231
Met Lys Ile Lys Val
Ile Asn Pro Asn Thr
1
5
10ACT TTG GCA ATG A
CA AAG GGA ATT GAA CAT GC
T GCT AAG TCA GCT GCA
279Thr Leu Ala Met Thr Ly
s Gly Ile Glu His Ala Ala
Lys Ser Ala Ala
15
20 2
5 AGA TCT GAT ACT CAA ATT
GTT GCA GTG AGT CCT AAA
ATG GGT CCG GCT 327Arg
Ser Asp Thr Gln Ile Val
Ala Val Ser Pro Lys Met G
ly Pro Ala
30 35
40 TCA AT
T GAA TCC TAC TAT GAT GAA
TAT TTA AGC ATT CCA GGA
GTA ATT 375Ser Ile Glu
Ser Tyr Tyr Asp Glu Tyr
Leu Ser Ile Pro Gly Val I
le 45
50
55 GAG GAA
ATT AAA AAG GGA GAA GAA G
AA GGA GTA GAT GCA TTT GT
T ATA 423Glu Glu Ile L
ys Lys Gly Glu Glu Glu Gl
y Val Asp Ala Phe Val Ile
60
65 70
GCA TGC TGG GG
A GAC CCT GGA TTG CAT GCT
GCG AGA GAA GTA ACA GAT
471Ala Cys Trp Gly Asp
Pro Gly Leu His Ala Ala
Arg Glu Val Thr Asp 75
80
85
90 AAA CCA GTT GTA
GGC ATT GCG GAA TCC TCC G
TT TAT TTA GCA TCA ATG
519Lys Pro Val Val Gly I
le Ala Glu Ser Ser Val Ty
r Leu Ala Ser Met
95
100 1
05 CTT GCA GCC AGA TTT TC
C GTG GTC ACA GTT TTA CCT
AGA ATT AAA ACA 567Le
u Ala Ala Arg Phe Ser Val
Val Thr Val Leu Pro Arg
Ile Lys Thr 1
10 115
120 A
TG TTA GAA GAC CTG GTT GA
T TCA TAC GGT ATG CAA AAA
CGT GTA CTA 615Met Le
u Glu Asp Leu Val Asp Ser
Tyr Gly Met Gln Lys Arg
Val Leu 125
130
135 AAC
ATC CGT ACG ACA CCG ATG
GGC GTA TTA GAT TTT GAG A
GA GAT CCA 663Asn Ile
Arg Thr Thr Pro Met Gly V
al Leu Asp Phe Glu Arg As
p Pro 140
145
150 GAA GCG G
GA ATT GAA ATG TTA AGG CA
G GAA GGG AAA AGA GCG GTA
GAG 711Glu Ala Gly Il
e Glu Met Leu Arg Gln Glu
Gly Lys Arg Ala Val Glu
155 160
165
170 GAA GAT AAT
GCA GAA GCT ATT TTA CTT
GGA TGT GCT GGT ATG GCA G
AA 759Glu Asp Asn Ala
Glu Ala Ile Leu Leu Gly C
ys Ala Gly Met Ala Glu
175
180
185 TTT GCG GAT AGC CTT GAA A
AA GAA TTA GGA GTT CCC GT
T ATC GAT GGA 807Phe A
la Asp Ser Leu Glu Lys Gl
u Leu Gly Val Pro Val Ile
Asp Gly 190
195
200 GTT GTA GC
G GGT GTG AAA TTC GCC GAA
ACA ATT GTT GAT CTA GGA
AAG 855Val Val Ala Gly
Val Lys Phe Ala Glu Thr
Ile Val Asp Leu Gly Lys
205
210 215
AAA ACA AGT
AAA CTA AAA ACT TAT AAA T
AT CCA GAG AAA AAA GAA TA
T 903Lys Thr Ser Lys L
eu Lys Thr Tyr Lys Tyr Pr
o Glu Lys Lys Glu Tyr
220 225
230
GTT GGG GCA TTG GA
G AAC TTT GGA CGG AAT CAA
ACA ACA ACA AAA TAA 9
51Val Gly Ala Leu Glu Asn
Phe Gly Arg Asn Gln Thr
Thr Thr Lys 235
240
245 AAAATTA
AAG AGTTTTCACA CTTGTTAAAT
CATAGATAGT TTATATCAAT TT
TATTTAAT 1011TTTGGGCGAA T
TTCAATTAC TAGTGAAATT GCCC
ATTTTT TAAAAGCATA ACAGGGA
TTT 1071CAGTGATATT GACTGT
TAGG CAGAACAGAA ATTTTATTA
T ACATCCCTTG AATGAATTAT 1
131TGCATAGCAA ATGGGTGAAC
TATAAAAGTT CTTACATCAA TAT
GTATCAA AAAGGAGTGC 1191AG
TTATTCAT GGATTTAAAA TCTAA
CAGCG TCATCAATCC AGATCCAA
AT AGGATTCAAA 1251CAAATAA
TTT TAACATCATA AAAACAAGCT
T
1282
源生物名:シュードモナス(Pseudomonas
sp.) 株名:NS671 配列の特徴 特徴を表す記号:CDS 存在位置:202..951 特徴を決定した方法:E 配列 GAATTCGAGC TCGGTACCTG AAA
TTGATGG TGTAGTAGTG ATTGAT
AGTT TATAGAAACA 60ATTGT
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150 GAA GCG G
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G GAA GGG AAA AGA GCG GTA
GAG 711Glu Ala Gly Il
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165
170 GAA GAT AAT
GCA GAA GCT ATT TTA CTT
GGA TGT GCT GGT ATG GCA G
AA 759Glu Asp Asn Ala
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175
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185 TTT GCG GAT AGC CTT GAA A
AA GAA TTA GGA GTT CCC GT
T ATC GAT GGA 807Phe A
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200 GTT GTA GC
G GGT GTG AAA TTC GCC GAA
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AT CCA GAG AAA AAA GAA TA
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220 225
230
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G AAC TTT GGA CGG AAT CAA
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Phe Gly Arg Asn Gln Thr
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245 AAAATTA
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131TGCATAGCAA ATGGGTGAAC
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GTATCAA AAAGGAGTGC 1191AG
TTATTCAT GGATTTAAAA TCTAA
CAGCG TCATCAATCC AGATCCAA
AT AGGATTCAAA 1251CAAATAA
TTT TAACATCATA AAAACAAGCT
T
1282
【図1】図1はプラスミドpHPB14の制限酵素地図
である。
である。
Claims (2)
- 【請求項1】 配列表に記載された第202番目塩基
から第951番目塩基までの配列を有することを特徴と
する5−置換ヒダントインラセミ化酵素遺伝子。 - 【請求項2】 配列表に記載された第1番目アミノ酸
から第249番目アミノ酸までの配列を有することを特
徴とする5−置換ヒダントインラセミ化酵素。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3065591A JPH04271784A (ja) | 1990-12-10 | 1991-03-06 | 5−置換ヒダントインラセミ化酵素及びそれをコードする遺伝子 |
Applications Claiming Priority (3)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP40973890 | 1990-12-10 | ||
| JP2-409738 | 1990-12-10 | ||
| JP3065591A JPH04271784A (ja) | 1990-12-10 | 1991-03-06 | 5−置換ヒダントインラセミ化酵素及びそれをコードする遺伝子 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH04271784A true JPH04271784A (ja) | 1992-09-28 |
Family
ID=26406729
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3065591A Pending JPH04271784A (ja) | 1990-12-10 | 1991-03-06 | 5−置換ヒダントインラセミ化酵素及びそれをコードする遺伝子 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH04271784A (ja) |
Cited By (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002072841A1 (en) * | 2001-03-08 | 2002-09-19 | Ajinomoto Co., Inc. | Dna encoding hydantoinase, dna encoding n-carbamyl-l-amino acid hydrolase, recombinant dna, transformed cells, process for producing protein and process for producing optically active amino acid |
| WO2006080409A1 (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | Kaneka Corporation | 5-置換ヒダントインラセマーゼ、これをコードするdna、組換えdna、形質転換された細胞、および、光学活性n-カルバミルアミノ酸または光学活性アミノ酸の製造方法 |
| US7713724B2 (en) | 2002-05-23 | 2010-05-11 | Dsm Ip Assets B.V. | Hydantoin racemase |
| WO2011003702A1 (en) | 2009-07-09 | 2011-01-13 | Dsm Ip Assets B.V. | Stabilized enzyme compositions |
-
1991
- 1991-03-06 JP JP3065591A patent/JPH04271784A/ja active Pending
Cited By (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2002072841A1 (en) * | 2001-03-08 | 2002-09-19 | Ajinomoto Co., Inc. | Dna encoding hydantoinase, dna encoding n-carbamyl-l-amino acid hydrolase, recombinant dna, transformed cells, process for producing protein and process for producing optically active amino acid |
| US7098020B2 (en) | 2001-03-08 | 2006-08-29 | Ajinomoto Co., Inc. | DNA encoding hydantoinase, DNA encoding N-carbamyl-L-amino acid hydrolase, recombinant DNA, transformed cell, method of producing protein, and method of producing optically active amino acid |
| US7361490B2 (en) | 2001-03-08 | 2008-04-22 | Ajinomoto Co., Inc. | DNA encoding hydantoinase, DNA encoding N-carbamyl-L-amino acid hydrolase, recombinant DNA, transformed cell, method of producing protein and method of producing optically active amino acid |
| US8460902B1 (en) | 2001-03-08 | 2013-06-11 | Ajinomoto Co., Inc. | DNA encoding hydantoinase, DNA encoding N-carbamyl-L-amino acid hydrolase, recombinant DNA, transformed cell, method of producing protein, and method of producing optically active amino acid |
| US7713724B2 (en) | 2002-05-23 | 2010-05-11 | Dsm Ip Assets B.V. | Hydantoin racemase |
| WO2006080409A1 (ja) * | 2005-01-31 | 2006-08-03 | Kaneka Corporation | 5-置換ヒダントインラセマーゼ、これをコードするdna、組換えdna、形質転換された細胞、および、光学活性n-カルバミルアミノ酸または光学活性アミノ酸の製造方法 |
| US7709235B2 (en) | 2005-01-31 | 2010-05-04 | Kaneka Corporation | 5-Substituted hydantoin racemase, DNA encoding the same, recombinant DNA, transformed cell, and process for production of optically active N-carbamylamino acid or optically active amino acid |
| JP5096911B2 (ja) * | 2005-01-31 | 2012-12-12 | 株式会社カネカ | 5−置換ヒダントインラセマーゼ、これをコードするdna、組換えdna、形質転換された細胞、および、光学活性n−カルバミルアミノ酸または光学活性アミノ酸の製造方法 |
| WO2011003702A1 (en) | 2009-07-09 | 2011-01-13 | Dsm Ip Assets B.V. | Stabilized enzyme compositions |
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