DD264230A1 - PROCESS FOR OBTAINING BETA GALATOSIDASE FROM ESCHERICHIA COLI - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Gewinnung hochreiner b-Galactosidase aus Escherichia coli, die fuer den Einsatz als Markerenzym im Enzymimmunoassay und andere analytische und praeparative Anwendungsfaelle geeignet ist. Ausgehend von dem nach Zellaufschluss einer kultivierten Escherichia coli-Bakterienmasse erhaltenen Rohextrakt wird zunaechst eine fraktionierte PEG-Faellung durchgefuehrt. Die das Enzym enthaltende Fraktion wird in einem waessrigen Zweiphasensystem, bestehend aus PEG und einer hydrophilen zweiten Komponente zur Verteilung gebracht. Im Unterschied zu den anderen im Gemisch enthaltenen Proteinen ist die b-Galactosidase nahezu quantitativ in der PEG-Phase enthalten und wird hieraus in einem nachfolgenden Ionenaustauschschritt feingereinigt und isoliert. Das Verfahren liefert bei 30-40facher Anreicherung ein elektrophoretisch einheitliches Enzym in einer Gesamtausbeute von 60-70%.The invention relates to a method for obtaining highly purified b-galactosidase from Escherichia coli, which is suitable for use as a marker enzyme in enzyme immunoassay and other analytical and preparative applications. Starting from the crude extract obtained after cell disruption of a cultured Escherichia coli bacterial mass, a fractionated PEG precipitation is first carried out. The fraction containing the enzyme is distributed in an aqueous two-phase system consisting of PEG and a hydrophilic second component. In contrast to the other proteins contained in the mixture, the b-galactosidase is almost quantitatively contained in the PEG phase and is therefrom finely purified and isolated in a subsequent ion exchange step. The process provides an electrophoretically uniform enzyme at 30-40 fold enrichment in an overall yield of 60-70%.
Description
Anwendungsgebietfield of use
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Gewinnung von ß-Galactosidase aus Escherichia cdi in hochreiner Form. Dieses Enzym findet vorzugsweise seine Anwendung als Markerenzym bei cnzymimmiinologischen Meßverfahren in der medizinischen Diagnostik, in der Mikrobiologie und in der Lebensmittelanalytik. Ferner wird es zu enzymatischen Spaltungsreaktionen in der Lebensmittelinductrie sowie in der biochemischen Forschung für verschiedene Zwecke eingesetzt.The invention relates to a process for obtaining β-galactosidase from Escherichia cdi in a highly pure form. This enzyme is preferably used as a marker enzyme in cnzymimmiinologische measurement methods in medical diagnostics, in microbiology and in food analysis. It is also used for enzymatic cleavage reactions in the food industry and in biochemical research for various purposes.
ß-Galactosidase ist ein Enzym, welches in vielen Mikroorganismen und zahlreichen tierischen Geweben zu finden ist. Ihr Gehalt hängt vcn der Art des Gewebes bzw. von der Art und der Züchtungsweise der Mikroorganismen ab. Die Gewinnung des Enzyms erfolgt bei den beschriebenen Methoden vorzugsweise aus Mikroorganismen. Dabei wurden folgende Verfahrenswege bsschritten: G. R. Graven, E. Jr. Steers, G. B. Anfinsen, J. Biol. Chem. 240,2468-2477 (1965) reinigten das Enzym aus Escherichia coli durch Ammoniumsulfatfällung, lonenaustauschchromatographie und Gelfiltration.β-galactosidase is an enzyme found in many microorganisms and numerous animal tissues. Their content depends on the type of tissue or on the type and method of cultivation of the microorganisms. The recovery of the enzyme is preferably carried out in the described methods of microorganisms. The following procedures were followed: G.R. Graven, E.J. Steers, G.B. Anfinsen, J. Biol. Chem. 240, 2468-2477 (1965) purified the enzyme from Escherichia coli by ammonium sulfate precipitation, ion exchange chromatography and gel filtration.
E. Jr.Steers, P.Cuafecasas, H. B. Pollard, J. Biol. Chem. 246,196-200 (1971) benutzten spezifische AFinitätssorbentien als einen wesentlichen Schritt für die Isolierung des Enzyms aus dem gleichen Material.E. Jr. Steers, P. Cuafecasas, H. B. Pollard, J. Biol. Chem. 246, 1996-200 (1971) used specific affinity sorbents as an essential step for the isolation of the enzyme from the same material.
Die Nachteile der beschrieoenen Verfahren bestehen in eintm hohen Zeitaufwand (Kolonnenchromatographie), den prinzipiellen Schwierigkeiten einer Gelchromatographie unter Präparationsbedingungen in größerem Maßstab und den geringen Ausbeuten, die meist unter 50% liegen.The disadvantages of the beschrieoenen method consist in eintm high time (column chromatography), the principal difficulties of gel chromatography under preparation conditions on a larger scale and the low yields, which are usually below 50%.
Der Vorteil der Selektivität o'er Affinitätsadsorption wird durch den relativ hohen Zeit und Kostenaufwand zur Herstellung des Affinitätssorbents und seiner begrenzten Wiederverwendbarkeit eingeschränkt. Die beschriebenen Verfahren sind durchweg als Laborverfahren ausgelegt und können nicht ohne methodische Änderung beliebig maßstabsvergrößert warden. Eine von A.Veide.A.-L.Smeds, S.-O.Enforsin Biotechnol. Bioeng. 25,1789-1800 (1983) beschriebene Anv/endung eines wäßrigen Zweiphassnsystems zur Anreicherung des Enzyms aus Extrakten von Escherichia coli diente nicht dem Ziel der Hochreinigung des Enzyms.The advantage of selectivity of affinity adsorption is limited by the relatively high time and expense involved in making the affinity sorbent and its limited reusability. The described methods are consistently designed as laboratory methods and can not be scaled up without a methodical change. An A.Veide.A.-L.Smeds, S.-O.Enforsin Biotechnol. Bioeng. 25, 1789-1800 (1983), an aqueous two-phase system for enrichment of the enzyme from extracts of Escherichia coli did not serve the purpose of high purification of the enzyme.
Die in der Patentliteratur beschriebenen Verfahren zur Isolierung und Reinigung von ß-Galactosidase aus verschiedenen Mikroorganismen bedienen sich durchweg bekannter herkömmlicher Verfahren zur Proteinreinigung, wie Fällung, Ultrafiltration, Gel- und lonenauslauschchrumatographie bei verschiedener Kombination der Verfahransschritte (z. B.The processes described in the patent literature for isolating and purifying β-galactosidase from various microorganisms all use well-known conventional methods for protein purification, such as precipitation, ultrafiltration, gel and ion exchange chromatography with different combinations of the traversing steps (eg.
DE-PS 2904225, DD-PS 2558012, GB-PS 2038837).DE-PS 2904225, DD-PS 2558012, GB-PS 2038837).
Das Ziel der Erfindung ist die Gewinnung hochreiner ß-Galactosidase nach einem einfachen Verfahren, welches sowohl unter Labor- als auch unter Technikumsbedingungen durchzuführen ist und mit geringem Material- und Zeitaufwtnd das Enzym in hoher Ausbeute liefert.The aim of the invention is to obtain high purity β-galactosidase according to a simple process which is to be carried out under both laboratory and pilot plant conditions and which provides the enzyme in high yield with low material and time expenditure.
Darlegung des Wesens der ErfindungExplanation of the essence of the invention
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, hochroine ß-Galactosidase in einer Qualität zu gewinnen, die für den Einsatz als Markerenzyrn im Enzymimmunotest und darüber hinaus a's analytisches Reagenz in Her Mikrobiologie und Lebensmittelchemie sowie zu enzymatischen Spaltungsreaktionen in der Lebensmittelindustrie und in der biochemischen Forschung geeignet ist. Die Aufgabe wird erfindungsgemäß dadurch gelöst, daß als Quelle für die Gewinnung eine Zßllmasse von fc'scherichia coli verwendet wird, aus der das Enzym wie folgt gewonnen wird:It is an object of the present invention to obtain high-grade β-galactosidase in a quality which is suitable for use as a marker enzyme in the enzyme immunoassay and moreover as an analytical reagent in microbiology and food chemistry as well as in enzymatic cleavage reactions in the food industry and in biochemical research , The object is achieved according to the invention in that the source of the extraction is a Zßllmasse of fc'scherichia coli is used, from which the enzyme is obtained as follows:
Die Zellen werden in an sich bekannter Weise mechanisch, osmotisch oder c'urch Ultraschall unter Zusatz eines geeigneten Puffers, wie z. B. Tris/HCI-Puffer pH 7,6, aufgeschlossen und der lösliche Zellinhalt v/ird als Überstand durch Zentrifugation gewonnen. Eine sich anschließende fraktionierte Fällung mit Polyethyler.glykol odor Oxidwachs A wird so gestaltet, daß sich das Enzym im ersten Konzentrationsbereich der Fällung im Überstand und im zweiten Konzentrationsbereich der Fällung im Sediment befindet. Es wird durch eine weitere Zentrifugation abgetrennt und in einem Puffer, wie Phcsphatpuffer, pH 7,0, gelöst. Danach wird das gelöste Proteingemisch in einem wäßrigen Zweiphasensystem, welches sich aus einer Lösung von Poiyethylenglykol und Salz oder aus Polyethylenglykol und einem anderen geeignete1!, wasserlöslichen Polymer bestimmter Konzentration bildet, verteilt, wobei die ß-Galactosidase im Unterschied zu den anderer, im Gemisch enthaltenen Proteinen nahezu quantitativ in der oberen Phase enthalten ist.The cells are in a conventional manner mechanically, osmotic or c'urch ultrasound with the addition of a suitable buffer, such as. B. Tris / HCl buffer pH 7.6, digested and the soluble cell content v / ird obtained as a supernatant by centrifugation. A subsequent fractional precipitation with Polyethyler.glykol odor oxide wax A is designed so that the enzyme is in the first concentration range of precipitation in the supernatant and in the second concentration range of precipitation in the sediment. It is separated by another centrifugation and dissolved in a buffer such as phosphate buffer, pH 7.0. Thereafter, the dissolved protein mixture in an aqueous two-phase system, which is formed from a solution of polyethylene glycol and salt or of polyethylene glycol and another suitable 1 !, Water-soluble polymer of certain concentration, distributed, the ß-galactosidase, in contrast to the other, in a mixture contained proteins is contained almost quantitatively in the upper phase.
Die Phasen werden getrennt und die ß-Galactosidase wird aus der polyethylenglykolreichen Phase durch Adsorption an einen schwachen Απί inenaustauscher (z. B. DEAE-Cellulose) und nachfolgende Desorption durch Erhöhung der lonenstärke gewonnen. Zu: Aufbewahrung wird das Enzym nach bekannten Verfahren konzentriert. Die Erfindung soll an nachstehenden Durchführungsbeispielen erläutert werden:The phases are separated and the β-galactosidase is recovered from the polyethylene glycol-rich phase by adsorption to a weak Απί inaustauschers (eg., DEAE-cellulose) and subsequent desorption by increasing the ionic strength. For storage, the enzyme is concentrated by known methods. The invention will be explained with reference to the following implementation examples:
Au&führungsbeispleleAu & führungsbeisplele
50g Bakterienmasse Escherichia coli K12SA288 (M. Kaasch, J. Kaasch, Diplomarbeit Martin-Luther-Universität Halle, 1986) werden mit 100g Alcoa unter Zugabe von 50ml Tris/HCI-Puffer pH7,6 (Tris-HCI, 200mmol/l, NaCI, 200mmol/l, Magnesiumacetat, IOmmol/1, Mercaptoethanol, 10mmol/l, Glycerol, 50g/l) 10 min bei 4°C intensivveiriebbn und nach Zugabe von woiteren 150ml Tris/HCI-Puffer 30min zentrifugiert (K23,4000xg, 40C). Der Überstand (200ml) wird unter Rühren mit 12g festem PEG 6000 versetzt, 1 h bei Raumtemperatur nachgerührt, der Niederschlag in der Kälte bei 4000xg abientrifugiert und verworfen. Aus dem Überstand wird durch Zugabe von weiteren 12g PEG, wie oben beschrieben, erneut gefällt und50g bacterial mass Escherichia coli K12SA288 (M. Kaasch, J. Kaasch, Diploma thesis Martin-Luther-University Halle, 1986) with 100g Alcoa with the addition of 50ml Tris / HCl buffer pH7.6 (Tris-HCl, 200mmol / l, NaCl , 200 mmol / l, magnesium acetate, IOmmol / 1, mercaptoethanol, 10 mmol / l, glycerol, 50g / l) 10 min intensivveiriebbn at 4 ° C and centrifuged after addition of 150ml woiteren Tris / HCl buffer 30min (K23,4000xg, 4 0 C). The supernatant (200 ml) is added with stirring to 12 g of solid PEG 6000, stirred for 1 h at room temperature, the precipitate was centrifuged off in the cold at 4000 × g and discarded. From the supernatant is reprecipitated by adding another 12g PEG, as described above, and
abzentrifugiert. Der Überstand wird verworfen und der Niederschlag in 50ml Kaliumphosphatpuffer pH7,0 (Kaliumphosphat, 10mmol/l, MgCI2,1 mmol/l, Mercaptoethanol, 50mmo!/l) aufgenommen.centrifuged. The supernatant is discarded and the precipitate taken up in 50 ml potassium phosphate buffer pH 7.0 (potassium phosphate, 10 mmol / l, MgCl 2 , 1 mmol / l, mercaptoethanol, 50 mmol / l).
Das gelöste Sediment wird in einem Zweiphasensystem PEG/Phosphat (5% PEG 6000,12,5% KaüUiTiphosphat pH7,0, MgCi2, 1 mmol/l, Mercaptoethanol, 50mmol/l) durch kurzzeitiges gelindes Schütteln zur Verteilung gebracht (2,5mg Protein/g System) und die enzymhaltige Oberphase nach Zentrifugation abgetrennt.The dissolved sediment is in a two-phase system PEG / phosphate (5% PEG 6000.12% KaüUiTiphosphat pH7.0, MgCl 2 , 1 mmol / l, mercaptoethanol, 50mmol / l) by brief gentle shaking for distribution (2.5 mg Protein / g system) and the enzyme-containing upper phase separated after centrifugation.
Die Oberphase wird mit Tris/HCI-Puffer pH7,5 (Tris-HCI, 10mmol/i, MgCI2,1 mmol/l, Mercaptoethanol, 10mmol/l 1:5 verdünnt und mit DEAE-Cellulose (10 mg Protein/g Cellulose [Feuchtgewicht]), die mit o. g. Tris/HCI-Puffer äquilibriert ist verrührt.The upper phase is diluted 1: 5 with Tris / HCl buffer pH 7.5 (Tris-HCl, 10 mmol / l, MgCl 2 , 1 mmol / l, mercaptoethanol, 10 mmol / l and with DEAE-cellulose (10 mg protein / g cellulose [Wet weight]), which is equilibrated with the above Tris / HCl buffer.
AnschließondwirdungebundenesProteinmitTris/HCI-Puffer(Tris-HCI,10mmol/l,MgCI2,1mmol/l,Mürcaptoethanol,10mmol/l) pH7,5 im Batch-Verfahren übor eine G3-Fritte ausgewaschen und danach mittels KCI-haltigem Tris/HCI-Puffer pH7,5 (Tris-HCI, IOmmol/1, KCI, 750mmol/l, MgCI2,1 mmol/l, Mercaptoethanol, 10mmol/l) die reine ß-Galactosidase eluiert. Zur stabilen Aufbewahrung bei 40C wird das enzymhaltige Eluat durch Ultrafiltration aufkonzentriert und gegen gesättigte Ammoniumsulfat Lösung dialysiert.Subsequently, unbound protein with Tris / HCl buffer (Tris-HCl, 10 mmol / l, MgCl 2 , 1 mmol / l, mercaptoethanol, 10 mmol / l) pH 7.5 was batch-washed over a G3 frit and then triturated with KCI-containing Tris / HCl. Buffer pH7.5 (Tris-HCl, 10 mmol / l, KCl, 750 mmol / l, MgCl 2 , 1 mmol / l, mercaptoethanol, 10 mmol / l) the pure β-galactosidase eluted. For stable storage at 4 0 C, the enzyme-containing eluate is concentrated by ultrafiltration and dialyzed against saturated ammonium sulfate solution.
Ausgehend von 50g Bakterienmasse können auf dem beschriebenen Wege etwa 5100OU elektrophoretisch einheitliche ß-Galactosidase mit einer spezifischen Aktivität von 180U/mg (bestimmt bei 20°C und mit p-Nitrophenyl-galactopyranosid als Substrat Umrechnungsfaktor zum Vergleich mit Literaturangaben bei 37 0C und mit oNitrophenyl-galactopyranosid als Substrat ist 4,3) gewonnen werden.Based on 50 g of bacterial mass about 5100OU electrophoretically uniform ß-galactosidase with a specific activity of 180U / mg (determined at 20 ° C and with p-nitrophenyl galactopyranoside as a substrate conversion factor for comparison with literature data at 37 0 C and with o-nitrophenyl-galactopyranoside as substrate is 4.3).
Die Gesamtausbeute des Verfahrens liegt somit zwischen 60 und 70%. Bezugnehmend auf eine durchschnittliche spezifische Aktivität des Rohextraktes von U/mg beträgt der Reinigungsfaktor 36.The overall yield of the process is thus between 60 and 70%. Based on an average specific activity of the crude extract of U / mg, the purification factor is 36.
Bakterienaufschluß und fraktionierte PEG-FSIIung werten wie im Beispiel I beschrieben, durchgeführt.Bacterial digestion and fractionated PEG-FSIIung values as described in Example I performed.
Zur Phasenverteilung wird ein System PEG/Ammoniumsulfat (5% PEG 6000,14% (NH4I2SO4, MgCI2,1 mmol/l, Mercaptoethanol, 50 mmol/l) verwendet (1,5 mg Protein/g System) und die das Enzym enthaltene Oberphase wje unter Beispiel I weiterverarbeitet.For phase distribution, a PEG / ammonium sulfate system (5% PEG 6000.14% (NH 4 I 2 SO 4 , MgCl 2 , 1 mmol / l, mercaptoethanol, 50 mmol / l) is used (1.5 mg protein / g system). and the upper phase containing the enzyme wje further processed under Example I.
Bakterienaufschluß und fraktionierte PEG-Fällung werden wie im Beispiel I beschrieben durchgeführt.Bacterial digestion and fractionated PEG precipitation are carried out as described in Example I.
Zur Phasenverteilung wird ein Systgm PEG/AQUAPHASE PPT (6,5% PEG 6000,14% AQUAPHASE PPT [teilhydrolysierte Hydroxypropylstärke, Perstorp AB, Schweden], KCI, 75mmol/l, MgCI2,1 mmol/l, Mornaptoethanol, 50mmol/l) eingesetzt (1 mg Protein/g System) und die das Enzym enthaltende Oberphase wie unter Beispiel I weiterverarbeitet.For the phase distribution, a system PEG / AQUAPHASE PPT (6.5% PEG 6000.14% AQUAPHASE PPT [partially hydrolyzed hydroxypropyl starch, Perstorp AB, Sweden], KCl, 75 mmol / l, MgCl 2 , 1 mmol / l, mornaptoethanol, 50 mmol / l ) (1 mg protein / g system) and the upper phase containing the enzyme further processed as in Example I.
50g Bakterienmasse Escherichia coli werden wie im Beispiel I aufgeschlossen und gereinigt.50 g bacterial mass Escherichia coli are digested and purified as in Example I.
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DD30647387A DD264230A1 (en) | 1987-08-31 | 1987-08-31 | PROCESS FOR OBTAINING BETA GALATOSIDASE FROM ESCHERICHIA COLI |
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Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP1088887A1 (en) * | 1999-09-23 | 2001-04-04 | Dsm N.V. | Crosslinked enzyme aggregates |
-
1987
- 1987-08-31 DD DD30647387A patent/DD264230A1/en not_active IP Right Cessation
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EP1088887A1 (en) * | 1999-09-23 | 2001-04-04 | Dsm N.V. | Crosslinked enzyme aggregates |
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