JPH0646850A - 新規プロテア−ゼ - Google Patents

新規プロテア−ゼ

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JPH0646850A
JPH0646850A JP35172991A JP35172991A JPH0646850A JP H0646850 A JPH0646850 A JP H0646850A JP 35172991 A JP35172991 A JP 35172991A JP 35172991 A JP35172991 A JP 35172991A JP H0646850 A JPH0646850 A JP H0646850A
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JP
Japan
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plasmid
mutant
gly
puctz55
protease
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JP35172991A
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English (en)
Inventor
Kenichi Kai
建一 甲斐
Hiromasa Nagao
洋昌 長尾
Toshio Miyake
俊男 三宅
Atsuo Aoyama
淳夫 青山
Takashi Yoneya
隆 米屋
Shunichi Kidokoro
俊一 城所
Yoichiro Miki
洋一郎 三木
Kimiko Endo
きみ子 遠藤
Akimitsu Wada
昭允 和田
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Sagami Chemical Research Institute
Tosoh Corp
Original Assignee
Sagami Chemical Research Institute
Tosoh Corp
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Abstract

(57)【要約】 【構成】配列表1のアミノ酸配列を有する耐熱性中性プ
ロテアーゼにおいて、アミノ末端から119番目のグル
タミン残基が他のアミノ酸残基に置換された新規なプロ
テアーゼ、又は、上記の他のアミノ酸残基がグルタミン
酸、ヒスチジン、リジンまたはアルギニンである新規な
プロテアーゼ 【効果】本発明における変異体酵素は、特定の合成ペプ
チドに対する分解活性が著しく高いものであり、種々の
用途における本酵素の利用に際し、反応効率の上昇や反
応時間の短縮などの点で優れた効果を発揮する。

Description

【発明の詳細な説明】
【産業上の利用分野】本発明は、サーモリシン様金属プ
ロテアーゼの改良に関するものである。サ−モリシンは
工業的に製造されている有用な酵素であり、その用途は
洗剤、食品製造、化粧品等広範な分野に渡っている。例
えば、人工甘味料の一種であるアスパルテ−ムの前駆体
であるベンジルオキシカルボニル−α−L−アスパルチ
ルフェニルアラニンメチルエステルの合成等に使用され
る。
【0002】
【従来の技術】サーモリシンは好熱菌の一種であるバチ
ルス サーモプロテオリチカス(Bacillus thermoprote
olyticus)の培養上清中に見つけられた金属プロテアー
ゼである(J. Fermentation Tech.,40,346 (1962) 参
照)。サ−モリシンに関しては一次構造(Titani K.,et
al.,Nature New Biol.(1972) 238,35-37)や三次構造(
Holmes, M.A., Matthews, B.W. J. Mol. Biol.(1982)
160,623-639)をはじめとして多くの報告がなされている
が、その遺伝子構造は明らかにされていない。ところが
最近、バチルス ステアロサーモフィラス(Bacillus s
tearothermophilus) より耐熱性中性プロテアーゼの遺
伝子(nprM)がクローン化され(Kubo M. and Iman
aka T., J.Gen.Microbiol. (1988) 134,1883-1892)、そ
の塩基配列から推測される成熟酵素のアミノ酸配列(配
列表1に記載)が、サーモリシンと極めて類似している
ことが明らかになった。nprM遺伝子の単離はサ−モ
リシン類似酵素の遺伝子工学的操作が可能になったこと
を意味し、この手法を応用し、より工業的に汎用性のあ
る酵素を開発する道が開かれた。尚、本明細書において
はこのnprM遺伝子に由来するプロテアーゼを「サー
モリシン様金属プロテアーゼ」と呼ぶ。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本酵素の基質特異性、
至適pH、物理的安定性等はアミノ酸配列により規定さ
れている。工業用酵素として本酵素の利用範囲を拡大す
るためには、これらの諸性質を利用分野に適するよう改
変しなければならない。一般に蛋白質の高次構造はアミ
ノ酸配列に由来しており、蛋白質の性質を改変するため
にはアミノ酸配列を改変することが1つの解決策であ
る。
【0004】
【課題を解決するための手段】この様な課題を解決する
ために、本発明者らはタンパク質工学の手法を用いて、
上記 Bacillus stearothermophilus 由来のサーモリシ
ン様金属プロテアーゼの改変を行い、本発明を完成する
に至った。
【0005】すなわち、配列表1のアミノ酸配列を有す
る上記サーモリシン様金属プロテアーゼにおいて、アミ
ノ末端から119番目のグルタミン残基を他のアミノ酸
に置換することにより、新規なプロテアーゼを作製し
た。
【0006】置換するアミノ酸としては種々のものが考
えられるが、たとえばグルタミン酸、ヒスチジン、リジ
ン、アルギニン等に置換した場合に、優れた性質の酵素
が得られることがわかった。以下、これらの変異体酵素
の作製方法について具体的に説明する。
【0007】nprM遺伝子を枯草菌において発現させ
る方法が報告されている(Kubo M.and Imanaka T., J. B
acteriol.(1989) 171, 4080-4082) 。本報告における、
プラスミドpMK1はnprM遺伝子を含み枯草菌で複
製される領域およびカナマイシン耐性遺伝子を有する。
本プラスミドによって形質転換された枯草菌は培地中に
多量のサーモリシン様金属プロテアーゼを分泌すること
が見出された。この結果からnprM遺伝子は枯草菌に
おいても効率よく発現されることがわかるが、さらに効
率の良いプロモーター等を導入することにより発現量を
高めることは可能であると考えられる。また枯草菌内で
複製可能な他のベクターを用いても同様に本遺伝子を発
現させることができるであろう。
【0008】クローン化DNAへの部位特異的な変異導
入方法は種々の方法が報告されている。我々はVandeyar
らの方法(Vandeyar M.,et al. Gene (1988) 65, 129.)
を用いて、M13ファージにnprM遺伝子の全体ま
たは一部をクローン化して得られた一本鎖DNAを鋳型
とし、化学合成したオリゴヌクレオチドを変異プライマ
ーとして、変異体nprM遺伝子断片を作製した。
【0009】鋳型一本鎖DNAの作製はたとえば次のよ
うにして行うことができる。図1に示したように、プラ
スミドpMK1より制限酵素PstIおよびBamHI
で消化して得られる約3.5kbの断片をプラスミドp
UC9にサブクローン化しpUCTZ55なるプラスミ
ドを作製した。
【0010】さらに図2に示したように119番目に変
異を導入する場合にはpUCTZ55よりBamHI、
SphIで消化して得られる約730bpの断片を、M
13ファージmp19にクローン化し(M13TZBa
−Sp)一本鎖DNAを調製した。
【0011】変異プライマーは119番目のグルタミン
残基のコドンを含む鋳型一本鎖DNAと部分的に相補性
があれば良く例えば次のようなものが考えられる。
【0012】119番目のグルタミン残基を他のアミノ
酸に置換する場合の例 アルギニン 5´AACGGTTCGCGTATGGTGTAT 3´ リジン 5´AACGGTTCGAAAATGGTGTAT 3´ ヒスチジン 5´AACGGTTCGCATATGGTGTAT 3´ アスパラギン 5´AACGGTTCGAATATGGTGTAT 3´ アスパラギン酸 5´AACGGTTCGGATATGGTGTAT 3´ バリン 5´AACGGTTCGGTTATGGTGTAT 3´ アラニン 5´AACGGTTCGGCTATGGTGTAT 3´ フェニルアラニン5´AACGGTTCGTTTATGGTGTAT 3´ トリプトファン 5´AACGGTTCGTGGATGGTGTAT 3´ ロイシン 5´AACGGTTCGCTTATGGTGTAT 3´ イソロイシン 5´AACGGTTCGATTATGGTGTAT 3´ メチオニン 5´AACGGTTCGATGATGGTGTAT 3´ トレオニン 5´AACGGTTCGACTATGGTGTAT 3´ セリン 5´AACGGTTCGAGTATGGTGTAT 3´ グルタミン 5´AACGGTTCGCAAATGGTGTAT 3´ チロシン 5´AACGGTTCGTATATGGTGTAT 3´ グリシン 5´AACGGTTCGGGGATGGTGTAT 3´ システイン 5´AACGGTTCGTGTATGGTGTAT 3´ プロリン 5´AACGGTTCGCCTATGGTGTAT 3´
【0013】これらの変異プライマーを用いることによ
り所望のアミノ酸に置換することができる。部位特異的
変異導入を行った後、変異体M13ファージをクローン
化し、DNA塩基配列を決定することによって目的のア
ミノ酸置換が起こっていることを確認した。
【0014】変異体M13ファージの二本鎖DNAから
変異体nprM遺伝子断片を切り出し、プラスミドpU
CTZ55の相当領域と置換することにより変異体np
M遺伝子を含むプラスミドpUCTZ55(muta
nt)が得られた。
【0015】図3に示したように、まず野性型サーモリ
シン様金属プロテアーゼの遺伝子の一部を欠失したプラ
スミドpMK8を作製した。これは以下の操作において
野性型酵素の組換体の出現を防ぐために重要な意味を持
つ。
【0016】図4に示したように、pMK8およびpU
CTZ55(mutant)をそれぞれBamHIで切
断した後、DNAリガーゼで連結しpMK9(muta
nt)を作製した。本プラスミドにより形質転換された
枯草菌を培養し、変異体酵素を培地中に分泌発現させ
た。
【0017】分泌させた酵素を通常の方法、たとえば疎
水クロマトグラフィーやゲル濾過によって均一に精製し
た。
【0018】精製された変異体酵素は合成ペプチドであ
るFurylacryloyl−Gly−Leu−am
ide(以下FAGLAと略す)の分解において著しい
比活性の上昇が認められた。
【0019】本発明の新規プロテアーゼは、上に詳細に
記載したアミノ酸配列を有するポリペプチドのほかに、
これと実質上同じアミノ酸配列を有するポリペプチドを
包含する。特定の酵素活性を有するポリペプチド中の酵
素活性に関与しない領域においてアミノ酸配列に変更を
加えても、当該酵素活性が影響を受けない場合があるこ
とは、当業者により良く知られている。したがって、そ
のような変更を含むポリペプチドも、本発明の特徴を保
持している限り、すなわち配列表1において119番目
のグルタミン残基を置換したものである限り本発明の範
囲に属するものである。
【0020】
【実施例】以下に本発明を更に詳細に説明するために実
施例を記載するが、これらの実施例は本発明を説明する
ための一例であり、本発明を限定するものではない。
【0021】Bacillus stearothermophilus MK232 株由
来のサ−モリシン様金属プロテア−ゼ遺伝子、npr
を含むプラスミドpMK1、1μgを20マイクロリッ
トルの反応液(50mM トリス−塩酸 pH7.5、
10mM 塩化マグネシウム、100mM 食塩、1m
M DTT)にPstI、5ユニットおよびBam
I、5ユニットを加えて37℃で2時間反応させた。こ
のサンプルを1%アガロ−スゲル電気泳動で約3.5k
bのDNA断片を分離し、バイオ101社ジ−ンクリ−
ンDNA精製キットを用いて精製した。
【0022】一方、プラスミドベクタ−pUC9、1μ
gを含む20マイクロリットルの反応液(50mM ト
リス−塩酸 pH7.5、10mM 塩化マグネシウ
ム、100mM 食塩、1mM DTT)にPstI、
BamHI各5ユニットを加えて37℃で2時間反応さ
せた。
【0023】このようにして得られたnprM遺伝子の
PstI−BamHI断片と、pUC9のPstI−
amHI消化物を宝酒造社製DNAライゲ−ションキッ
トを用いて反応させ、常法に従って大腸菌JM109に
形質転換し、nprM遺伝子のPstI−BamHI断
片を含む組換体プラスミド(pUCTZ55)を得た。
【0024】組換体プラスミドpUCTZ55、1μg
を含む20マイクロリットルの反応液(50mMトリス
−塩酸 pH7.5、10mM 塩化マグネシウム、1
00mM 食塩、1mM DTT)にBamHI、Sp
I各5ユニットを加えて37℃で2時間反応させた。
このサンプルを1%アガロ−スゲル電気泳動で約730
bpのDNA断片を分離し、バイオ101社ジ−ンクリ
−ンDNA精製キットを用いて精製した。
【0025】一方、ファ−ジベクタ−M13mp18、
1μgを20マイクロリットルの反応液(50mM ト
リス−塩酸 pH7.5、10mM 塩化マグネシウ
ム、100mM 食塩、1mM DTT)にBam
I、SphI各5ユニットを加えて37℃で2時間反応
させた。
【0026】このようにして得られたnprM遺伝子の
BamHI−SphI断片と、M13mp18のBam
HI−SphI消化物を宝酒造社製DNAライゲ−ショ
ンキットを用いて反応させ、常法に従って大腸菌JM1
09に形質転換し、nprM遺伝子のBamHI−Sp
I断片を含む組換体ファ−ジ(M13TZBa−S
p)を得た。
【0027】得られたM13TZBa−Spから、常法
に従って1本鎖DNAを調製し、変異の導入に用いた。
変異の導入に用いたオリゴヌクレオチドはアプライドバ
イオシステムズ社製380B型DNA合成装置を用いて
作製し、その塩基配列の一例を以下に記す。 5´AACGGTTCGGAAATGGTGTAT 3´ 変異の導入は、東洋紡社製T7−GENインビトロミュ
−タゲネシスキットを用いて行い、DNAの配列決定に
よって確認した。
【0028】変異を導入したM13TZBa−Sp及
び、pUCTZ55の二本鎖DNAを、常法に従って調
製し、それぞれ1μgを含む20マイクロリットルの反
応液(50mM トリス−塩酸 pH7.5、10mM
塩化マグネシウム、100mM 食塩、1mM DT
T)にBamHI、SphI各5ユニットを加えて37
℃で2時間反応させた。このサンプルを1%アガロ−ス
ゲルで電気泳動しM13TZBa−Sp消化物からは、
730ベ−スペアのDNA断片を分離し、pUCTZ5
5消化物からは、5.1キロベ−スペアのDNA断片を
分離し、バイオ101社ジ−ンクリ−ンDNA精製キッ
トを用いて精製した。
【0029】このようにして得られたnprM遺伝子の
変異の導入されたBamHI−SphI断片と、pUC
TZ55のBamHI−SphI断片を宝酒造社製DN
Aライゲ−ションキットを用いて反応させ、常法に従っ
て大腸菌JM109に形質転換し、nprM遺伝子の変
異の導入されたPstI−BamHI断片を含む組換体
プラスミドpUCTZ55(Q119E)を得た。
【0030】プラスミドpMK1、1μgを含む20マ
イクロリットルの反応液(50mMトリス−塩酸 pH
7.5、10mM 塩化マグネシウム、100mM 食
塩、1mM DTT)にBamHI、5ユニットを加え
て37℃で2時間反応させた。pMK1消化物を1%ア
ガロ−スゲルで電気泳動し、15.8キロベ−スペアの
DNA断片を分離し、バイオ101社ジ−ンクリ−ンD
NA精製キットを用いて精製した。
【0031】このようにして得られたpMK1のBam
HI断片を宝酒造社製DNAライゲ−ションキットを用
いて反応させ、常法に従って枯草菌MT−2株(trp
C2leuC7 hsdR hsdM Npr−)に形
質転換し、5μg/ミリリットルのカナマイシンを含む
LB寒天培地に塗布し、37℃にて一夜培養し、コロニ
−を単離することにより、組換体プラスミドpMK8を
持った形質転換体を得た。これより常法に従ってプラス
ミドDNAを調製した。
【0032】プラスミドpMK8およびpUCTZ55
(Q119E)それぞれ1μgを20マイクロリットル
の反応液(50mM トリス−塩酸 pH7.5、10
mM塩化マグネシウム、100mM 食塩、1mM D
TT)にBamHI、5ユニットを加えて37℃で2時
間反応させた。
【0033】これらを宝酒造社製DNAライゲ−ション
キットを用いて反応させ、常法に従って枯草菌MT−2
株に形質転換し、1%カゼイン、5μg/ミリリットル
のカナマイシンを含むLB寒天培地に塗布し、37℃に
て一夜培養し、ハロー形成コロニーを単離することによ
り、組換体プラスミドpMK9(Q119E)を持った
形質転換体を得た。
【0034】組換枯草菌MT−2/pMK9(Q119
E)の単一コロニ−を、5μg/ミリリットルの濃度で
カナマイシンを含む5ミリリットルのLB培地で37℃
にて一夜培養したのち、5μg/ミリリットルの濃度で
カナマイシンを含む100ミリリットルの2L培地(2
% バクトトリプトン、1% イ−ストイクストラク
ト、0.5% 食塩)に植菌し、37℃、18時間培養
した。培養液を12000×gにて10分間遠心分離し
て菌体を除去し、上清に60%飽和になるように硫安を
加えて4℃で一夜攪拌した。
【0035】遠心分離により沈殿を回収し、この沈殿を
10ミリリットルの緩衝液(20mM トリス−塩酸
pH9.0、10mM 塩化カルシウム)に溶解し、2
0ミリリットルのブチルトヨパ−ル650Mにアプライ
し、同じ緩衝液で1.5ミリリットル/分の流速で溶
出、活性画分を集め、60%飽和硫安にて塩析、250
00×gにて10分間遠心分離して、沈殿を集めた。
【0036】続いて、この沈殿を5ミリリットルの緩衝
液(20mM トリス−塩酸 pH7.5、10mM
塩化カルシウム)に溶解し、G2000SW(21.5
×600mm)にアプライし、同じ緩衝液で3ミリリッ
トル/分の流速で溶出、活性画分を集め精製物を得た。
【0037】各種のpHに調整した基質溶液(200m
M トリス−マレイン酸、10mM塩化カルシウム、
1.5mM FAGLA)2.0ミリリットルに精製酵
素溶液(20mM トリス−塩酸 pH7.5、10m
M 塩化カルシウムに酵素を溶解したもの)0.2ミリ
リットルを加えて反応を開始し、反応液の345nmに
おける吸光度の減少を測定した。FAGLAの加水分解
による345nmでのモル吸光度変化として317M
−1cm−1、酵素の280nmでのモル吸光係数とし
て6.11X104M−1cm−1を用い、常法により
反応速度定数を求め、野性型酵素の反応速度定数と比較
した。
【0038】図5に示したように、119番目のグルタ
ミン残基をグルタミン酸、ヒスチジン、アルギニン、リ
ジンに置換すると、FAGLA分解活性の上昇が認めら
れた。なお変異体酵素の表し方として、例えば119番
目のグルタミン残基をグルタミン酸に置換したものをQ
119Eと表した。
【0039】
【発明の効果】本発明における変異体酵素は、特定の合
成ペプチドに対する分解活性が著しく高いものであり、
種々の用途における本酵素の利用に際し、反応効率の上
昇や反応時間の短縮などの点で優れた効果を発揮する。
【0040】また、本発明の変異体のうちQ119Eは
すでに報告されているサ−モリシンと同一のアミノ酸残
基である。しかし、活性およびpHプロファイルの点に
おいて、配列表1に示した野生型酵素が市販のサ−モリ
シンときわめて類似していることから考えて、このよう
な著しい酵素活性の上昇が起こるという効果は予想する
ことができなかったことであり、本発明の効果が顕著で
あることを示している。
【0041】尚、本発明における配列表1は以下の様に
表現される。
【0042】[配列表1]
【0043】配列の長さ:316 トポロジ−:直鎖状 配列の種類:蛋白質 起源:バチルス属
【0044】 Ile Thr Gly Thr Ser Thr Val Gly Val Gly Arg Gly Val Leu Gly 1 5 10 15 Asp Gln Lys Asn Ile Asn Thr Thr Tyr Ser Thr Tyr Tyr Tyr Leu 20 25 30 Gln Asp Asn Thr Arg Gly Asn Gly Ile Phe Thr Tyr Asp Ala Lys 35 40 45 Tyr Arg Thr Thr Leu Pro Gly Ser Leu Trp Ala Asp Ala Asp Asn 50 55 60 Gln Phe Phe Ala Ser Tyr Asp Ala Pro Ala Val Asp Ala His Tyr 65 70 75 Tyr Ala Gly Val Thr Tyr Asp Tyr Tyr Lys Asn Val His Asn Arg 80 85 90 Leu Ser Tyr Asp Gly Asn Asn Ala Ala Ile Arg Ser Ser Val His 95 100 105 Tyr Ser Gln Gly Tyr Asn Asn Ala Phe Trp Asn Gly Ser Gln Met 110 115 120 Val Tyr Gly Asp Gly Asp Gly Gln Thr Phe Ile Pro Leu Ser Gly 125 130 135 Gly Ile Asp Val Val Ala His Glu Leu Thr His Ala Val Thr Asp 140 145 150 Tyr Thr Ala Gly Leu Ile Tyr Gln Asn Glu Ser Gly Ala Ile Asn 155 160 165 Glu Ala Ile Ser Asp Ile Phe Gly Thr Leu Val Glu Phe Tyr Ala 170 175 180 Asn Lys Asn Pro Asp Trp Glu Ile Gly Glu Asp Val Tyr Thr Pro 185 190 195 Gly Ile Ser Gly Asp Ser Leu Arg Ser Met Ser Asp Pro Ala Lys 200 205 210 Tyr Gly Asp Pro Asp His Tyr Ser Lys Arg Tyr Thr Gly Thr Gln 215 220 225 Asp Asn Gly Gly Val His Ile Asn Ser Gly Ile Ile Asn Lys Ala 230 235 240 Ala Tyr Leu Ile Ser Gln Gly Gly Thr His Tyr Gly Val Ser Val 245 250 255 Val Gly Ile Gly Arg Asp Lys Leu Gly Lys Ile Phe Tyr Arg Ala 260 265 270 Leu Thr Gln Tyr Leu Thr Pro Thr Ser Asn Phe Ser Gln Leu Arg 275 280 285 Ala Ala Ala Val Gln Ser Ala Thr Asp Leu Tyr Gly Ser Thr Ser 290 295 300 Gln Glu Val Ala Ser Val Lys Gln Ala Phe Asp Ala Val Gly Val 305 310 315 Lys
【0045】
【図面の簡単な説明】
【0046】
【図1】プラスミドpMK1からプラスミドpUCTZ
55を構築する工程図である。
【0047】
【図2】プラスミドpUCTZ55からM13ファ−ジ
M13TZBa−Spを構築する工程図である。
【0048】
【図3】プラスミドpMK1からプラスミドpMK8を
構築する工程図である。
【0049】
【図4】プラスミドpMK8およびプラスミドpUCT
Z55(mutant)からpMK9(mutant)
を構築する工程図である。
【0050】
【図5】FAGLA分解における各変異体のpHプロフ
ァイルである。図中、●は配列表1に示される野生型酵
素を、▲は市販されているサ−モリシンを、■はQ11
9Hを、○はQ119Eを、△はQ119Rを、□はQ
119Kを示す。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.5 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 (C12N 9/54 C12R 1:125) (72)発明者 青山 淳夫 東京都小金井市貫井南町4−18−12 (72)発明者 米屋 隆 東京都町田市中町3−18−6 (72)発明者 城所 俊一 神奈川県相模原市南台1−9−2 (72)発明者 三木 洋一郎 神奈川県相模原市西大沼4−4−1 (72)発明者 遠藤 きみ子 東京都町田市金森1733−10 (72)発明者 和田 昭允 東京都港区赤坂8−11−4

Claims (2)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】配列表1のアミノ酸配列を有する耐熱性中
    性プロテアーゼにおいて、アミノ末端から119番目の
    グルタミン残基が他のアミノ酸残基に置換された新規な
    プロテアーゼ
  2. 【請求項2】請求項1に記載された他のアミノ酸残基が
    グルタミン酸、ヒスチジン、リジンまたはアルギニンで
    ある新規なプロテアーゼ 【0001】
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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2006527584A (ja) * 2003-06-19 2006-12-07 ノボザイムス アクティーゼルスカブ プロテアーゼ
JP2013078334A (ja) * 2007-11-01 2013-05-02 Danisco Us Inc サーモリシン及びその変異体の生成及び液体洗剤での使用

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