DD279586A3 - PROCESS FOR PRODUCING NEW SPECIFIC OXIDASES - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung neuer spezifischer Oxidasen. Ziel ist es, die Substrate der Oxidasen quantitativ und stoechiometrisch bei geringstmoeglichem Enzymeinsatz und unter Vermeidung der Denaturierung der Enzyme durch das intermediaer entstehende Wasserstoffperoxid umzusetzen. Aufgabe der Erfindung ist es, eine Oxidase und ein H2O2-verbrauchendes Enzym so miteinander zu verknuepfen, dass das am aktiven Zentrum der Oxidase entstehende H2O2 unmittelbar zum aktiven Zentrum des H2O2-verbrauchenden Enzyms geleitet und dort aufgenommen wird. Die Loesung der Aufgabe erfolgt mit einer neuen spezifischen Oxidase der allgemeinen Formel, wobei A eine chinoide Verbindung mit 1-3 Kernen, E1 ein O2-verbrauchendes Enzym und E2 ein H2O2-verbrauchendes Enzym ist, und deren Herstellungsverfahren. Anwendungsgebiet ist die biochemische Analytik, die medizinische Diagnostik und die Biotechnologie. FormelThe invention relates to a process for the preparation of new specific oxidases. The aim is to react the substrates of the oxidases quantitatively and stoichiometrically with the least possible enzyme use and avoiding the denaturation of the enzymes by the intermediaer resulting hydrogen peroxide. The object of the invention is to link an oxidase and an enzyme that consumes H2O2 with one another such that the H2O2 formed at the active site of the oxidase is conducted directly to the active center of the H2O2-consuming enzyme and absorbed there. The object is achieved by a new specific oxidase of the general formula wherein A is a quinoid compound having 1-3 nuclei, E1 is an O2-consuming enzyme and E2 is an H2O2-consuming enzyme, and their method of preparation. Field of application is biochemical analysis, medical diagnostics and biotechnology. formula
Description
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung neuer spezifischer Oxidasen. Anwendungsgebiete der Erfindung sind alle Bereiche, in denen spezifische Oxidasen in Gemisch mit Wasserstoffperoxidverbrauchenden Enzymen in Lösung oder immobilisiert eingesetzt werden, beispielsweise die biochemische Analytik, die medizinische Diagnostik und die biotechnologische Herstellung von Substratoxidationsprodukten.The invention relates to a process for the preparation of new specific oxidases. Areas of application of the invention are all areas in which specific oxidases in mixture with hydrogen peroxide-consuming enzymes are used in solution or immobilized, for example biochemical analysis, medical diagnostics and the biotechnological production of substrate oxidation products.
Sequentiell arbeitende Mischungen von spezifischen Oxidasen mit Wasserstoffpernxidverbrauchenden Enzymen, gleich ob sie in gelöster oder in immobilisierter Form vorliegen, sind seit langem bekannt. Sie werden im Falle der Mischung von Oxidasen mit peroxidatisch aktiven Enzymen bsnutzt zum qualitativen und quantitativen Nachweis der Oxidasesubstrate („Analyte") durch die Bestimmung des entstehende.! Wasserstoffperoxids mittels der, durch peroxidatisch aktives Enzym katalysierten, meistens chromogenen, aber auch fluorogenen Oxidation von Peroxidase-Substraten nach folgendem Schema: Nachweisreaktion:Sequential mixtures of specific oxidases with hydrogen-acid-consuming enzymes, whether in dissolved or immobilized form, have long been known. In the case of the mixture of oxidases with peroxidatively active enzymes, they are used for the qualitative and quantitative detection of the oxidase substrates ("analytes") by determining the resulting hydrogen peroxide by means of the mostly chromogenic, but also fluorogenic oxidation catalyzed by peroxidatively active enzyme Peroxidase substrates according to the following scheme: Detection reaction:
Analyt + O2—-—' > Analytoxidationsprodukt + H2OjAnalyte + O 2 --- '> Analytoxidationsprodukt + H 2 Oj
Indikatorreaktion:Indicator reaction:
,. n _. peroxidatische Aktivität „. . ,,„. n _. peroxidative activity ". , ,, "
H2O2 + Chromogen — > Chromophor + H2OH 2 O 2 + chromogen -> chromophore + H 2 O
Diesem Vorgehen haftet eine Reihe von Nachteilen an, die auf die für die Indikatorreaktion erforderliche hohe intermediäre Wasserstoffperoxid-Konzentration zurückgehen, insbesondereThis approach has a number of disadvantages attributable to the high intermediate hydrogen peroxide concentration required for the indicator reaction, in particular
- Nebenreaktionen bzw. Zersetzung des entstehenden Wasserstoffperoxids,Side reactions or decomposition of the resulting hydrogen peroxide,
- zeitliche Verzögerung der Indikatorreaktion gegenüber der Analytumsetzung,time delay of the indicator reaction towards the analyte conversion,
- Nichtlinearität des Zusammenhangs zwischen Analytkonzentration und Chromophorbildung, sowie- Nonlinearity of the relationship between analyte concentration and chromophore formation, as well
- mangelnde Funktionsstabilität.- lack of functional stability.
(Vgl. Wingard, L.B. et al., Biochim. Biophys. Acta 748,21 [1983|; Brooks, S. P. J. et al., Canad. J. Biochem. Cell Biol. 62 (10], 945 (19841)(See Wingard, L.B. et al., Biochim., Biophys, Acta 748, 211 (1983), Brooks, S.P.J., et al., Canad, J. Biochem., Cell Biol. 62 (10), 945 (19841).
Im Falle von Mischungen von Oxidasen mit katalatisch aktiven Enzymen, die zur präparativen Gewinnung von spezifischen aktiven Oxidasebubstrat-Oxidationsprodukten benutzt worden, verläuft die Umsetzung nach folgendem Schema: Oxidationsreaktion:In the case of mixtures of oxidases with catalatically active enzymes which have been used for the preparative recovery of specific active oxidase-substrate oxidation products, the reaction proceeds according to the following scheme: oxidation reaction:
Substrat + O2—-—' »Substratoxidationsprodukt + H2O2 Substrate + O2 --- ' Substrate oxidation product + H 2 O 2
Disproportionierungsieaktion:Disproportionierungsieaktion:
u _ katalatisch aktives Enzym u _ , .. , u _ catalatically active enzyme u _, ..,
H2U2 : * H2U + /'. I 1H 2 U 2 : * H 2 U + / '. I 1
Hier tritt als Nachteil der sequentiellen Reaktionsführung insbesondere die mangelhafte Funktionsstabilität der spezifischen Oxidase infolge ihrer Zerstörung durch das intermediär auftretende Wasserstoffperoxid in Erscheinung (Buchholz, K. et al., Biotechnol. Bioengng.20,1201 [1978]).Here, the disadvantage of the sequential reaction is the deficient functional stability of the specific oxidase as a result of its destruction by the hydrogen peroxide occurring intermediately (Buchholz, K. et al., Biotechnol. Bioengng.20, 201 [1978]).
Es ist bereits bekannt, daß eine teilweise Minderung der genannten Nachteile eintritt, wenn das Wasserstoffperoxidverbrauchende Enzym in erheblichem Überschuß gegenüber der wasserstoffperoxHerzeugenden Oxidase eingesetzt wird (s. Leon, L. P. et al., Clin. Chem. 2217| 1017 [1976]; Bonin, J. C. et al., Biochim. Biophys. Acta 438. 23 [1976]).It is already known that there is a partial reduction in the abovementioned disadvantages when the enzyme consuming hydrogen peroxide is used in considerable excess over the hydrogen peroxide generating oxidase (see Leon, LP et al., Clin. Chem. 2217 | 1017 [1976]; JC et al., Biochim., Biophys. Acta 438, 23 [1976]).
Diesem Vorgehen haftet jedoch stets der Nachteil an, daß durch den Enzymüberschuß erhebliche Kosten erwachsen sowie Störungen durch interferierende Wasserstoffperoxidverbrauchende enzymatische oder nicht enzymatische Beimengungen nur unter erheblichem Aufwand zu umgehen sind (vgl. DD-AP 150256, DD-AP 130178).This approach, however, always has the disadvantage that considerable costs are incurred by the enzyme surplus and interference by interfering with hydrogen peroxide-consuming enzymatic or non-enzymatic admixtures can only be avoided with considerable effort (see DD-AP 150256, DD-AP 130178).
Es ist auch bekannt und wurde bereits vorgeschlagen (Hartmeier, W. et al., Biotechn. Lett. 5,743 11983]; DP-DE 2214422 B 2), Oxidasen mit Wasserstoffperoxidverbrauchenden Enzymen gemeinsam auf einem Träger zu immobilisieren, wobei allerdings stets die mit der Immobilisierung der Enzyme einhergehenden Veränderungen ihrer katalytischer) Eigenschaften (Aktivitätsminderung), die Aufhebung der Löslichkeit und die enge Bindung an den Träger in Kauf genommen werden müssen, ohne daß die an die sequentielle Reaktionsf Jhrurig gebundenen kinetischen Nachteile damit aufgehoben werden. Selbst bei „molekülnachbarlicher" Anordnung von Oxidase und Peroxidase wird vom immobilisierten System die Effektivität des löslichen Gemischs der Enzyme nicht erreicht (Miller, J. N. et al., Anal. Chim. Acta 93,353 [1977]).It is also known and has already been proposed (Hartmeier, W. et al., Biotechn., Lett., 5, 743, 11983); DP-DE 2214422 B 2) to immobilize oxidases with hydrogen peroxide-consuming enzymes together on a support, although always with the Immobilization of the enzymes associated with changes in their catalytic) properties (activity reduction), the removal of the solubility and the close bond to the carrier must be accepted, without the kinetic disadvantages associated with the sequential Reaktionsf Jhrurig be repealed. Even with "molecule-neighborable" assembly of oxidase and peroxidase, the immobilized system does not achieve the effectiveness of the soluble mixture of enzymes (Miller, J.N. et al., Anal. Chim. Acta 93, 333 [1977]).
Es ist auch bereits bekannt, p-Benzochinon als bifunktionelles Reagenz zur Anbindung von Enzymen an feste Träger einzusetzen (Urayama, O. et al., Anal. Biochem. 141,194 [1984]).It is also known to use p-benzoquinone as a bifunctional reagent for attaching enzymes to solid supports (Urayama, O. et al., Anal. Biochem., 141, 194 [1984]).
Auch wurde bereits vorgeschlagen, nach Immobilisierung von Glukoseoxidase und Peroxidase in Gelatine, die Gelatine nachträglich mit Chinon zu vernetzen, um so die Auflösung zu vermeiden (DD-WP 0152808).It has also been proposed, after immobilization of glucose oxidase and peroxidase in gelatin, to subsequently crosslink the gelatin with quinone so as to avoid the dissolution (DD-WP 0152808).
Eine spezifische Kopplung zweier Enzyme über ein als Elektronenmediator wirkendes Chinon tritt jedoch bei diesen Verfahren in keinem Fall ein, so daß die o.g. Nachteile sequentieller Systeme erhalten bleiben.However, a specific coupling of two enzymes via a quinone acting as an electron mediator does not occur in these processes in any way, so that the o.g. Disadvantages of sequential systems are preserved.
Auch ist bekannt, daß Chinone als Elektronenmediatoren zwischen Oxidasen und Peroxidase, insbesondere bei Messung des Substratumsatzes mittels elektrochemischer Methoden wirken können (s. Ikeda, T. et al., Agric. Biol. Chem. 48 [8] 1969 [1984]).It is also known that quinones can act as electron mediators between oxidases and peroxidase, in particular when measuring the substrate conversion by means of electrochemical methods (see Ikeda, T. et al., Agric., Biol. Chem. 48 [8] 1969 [1984]).
Allerdings liegen hierbei die Chinone als lösliche Bestandteile der Mischungen der Enzyme frei vor, so daß sie zwar den Elektrodenstrom erhöhan können, nicht aber die Nachteile der sequentiellen Reaktionsführung ausschalten.However, in this case the quinones are freely present as soluble constituents of the mixtures of the enzymes, so that although they can increase the electrode current, they do not eliminate the disadvantages of sequential reaction control.
Das Ziel der Erfindung besteht darin, die Substrate der Oxidasen Quantitativ und stöchiometrisch bei geringstmöglichem Enzymumsatz und unter Vermeidung der Denaturierung der Enzyme durch das intermediär entstehende H2O2 umzusetzen.The object of the invention is to react the substrates of the oxidases quantitatively and stoichiometrically with the lowest possible enzyme conversion and while avoiding the denaturation of the enzymes by the intermediately formed H 2 O 2 .
Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine OxidasR und ein H2O2-verbrauchendes Enzym so miteinander zu verknüpfen, daß das am aktiven Zentrum der Oxidase entstehende H2O2 unmittelbar zum aktiven Zentrum des H2O2-verbrauchenden Enzyms geleitet und dort aufgenommen wirdThe invention is based on the object, a OxidasR and a H 2 O 2- consuming enzyme to link together so that the resulting at the active site of the oxidase H 2 O 2 directly to the active site of the H 2 O 2- consuming enzyme and there is recorded
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch eine neue spezifische Oxidase der allgemeinen Formel The object is achieved by a new specific oxidase of the general formula
E1 4 A \- E 1 4 A -
wobei A eine chinoide Verbindung mit 1-3 Kernen, Ei ein saiserstoffverbrauchendes Enzym und E2 ein H2O2-verbrauchendes Enzym ist, gelöst.where A is a quinoid compound having 1-3 nuclei, egg is an emollient-consuming enzyme and E 2 is an H 2 O 2- consuming enzyme.
Das Verfahren zur Herstellung der neuen Verbindung ist dadurch gekennzeichnet, daß eine wäßrige 0-30 Vol.-% eines mit Wasser mischoaren Lösungsmittels enthaltende Lösung des Fnzyms E1 (oder E2) mit einem mindestens 2- bis lOOOOfachen molaren Überschuß einer chinoiden Verbindung, die mindc&ienszwei zur 1,4-Addition befähigte Positionen aufweist, im Bereich von pH 7-9 innerhalb von 0,5-20 Stundon umgesetzt, das Reaktionsprodukt nach bekannten Verfahren angereichert und anschließend auf analoge Weise mit dem Enzym E2 (oder E1) zu (I) umgesetzt wird.The process for the preparation of the novel compound is characterized in that an aqueous 0-30% by volume of a solution of the enzyme E 1 (or E 2 ) containing water-coarse solvent with at least 2 to 10000 molar excess of a quinoid compound, having at least two positions capable of 1,4-addition, reacted in the range of pH 7-9 within 0.5-20 hours, the reaction product enriched by known methods and then in an analogous manner with the enzyme E 2 (or E 1 ) to (I) is implemented.
+ HpO Zv;eitsubstratoxidation+ HpO Zv;
Die neuen Oxidasen werden hergestellt aus zwei, an sich unabhängig voneinander arbeitenden Enzymen, die bei der Umsetzung ihrer Substrate nacheinander reduzierte und oxidierte Zustände durchlaufen. Da jedoch ein Produkt des Enzyms E1 Wasserstoffperoxid ist, das seinerseits wieder ein Substrat des Enzyms E2 ist, kommt es zu einer sequentiellen Reaktion, bei der die Gesamtausbeute entscheidend von den Eigenschaften des intermediären Wasserstoffperoxids abhängt (Gleichung 1 a... 1 b).The new oxidases are prepared from two, independently acting enzymes, which successively reduced in the implementation of their substrates and undergo oxidized states. However, since a product of the enzyme E 1 is hydrogen peroxide, which in turn is a substrate of the enzyme E 2 , there is a sequential reaction in which the overall yield depends crucially on the properties of the intermediate hydrogen peroxide (Equation 1 a ... 1 b ).
a) S1 + O2 —-— P1 + H2O2 a) S 1 + O 2 --- P 1 + H 2 O 2
b) S2 + H2O2 b) S 2 + H 2 O 2
E2 ,E 2 ,
c) H9Op - HpO + ·ρ-0ο HpOp-Dispropcrtionierungc) H 9 Op - HpO + · ρ-0 ο HpOp disassembly
CL. O.CL. O. (Z.(Z. O. L~O. L ~ C C—C C-
Wasserstoffperoxid ist eine leicht diffusible, aggressive Verbindung, die sich bei freier Diffusion rasch im Milieu verteilt. Deshalb tritt die erwünschte Hauptreaktion mit dem Enzym E2 erst nach einer gewissen Verzögerungszeit („lag time") ein, seine intermediäre Konzentration steigt an und Nebenreaktionen werden begünstigt. Zu den Nebenreaktionen gehören insbesondere die aktivitätszerstörende Einwirkung von H2O2 auf Teile des wasserstoffperoxidbildenden Enzyms, die nicht identisch mit dem aktiven Zentrum sind oder die Umsetzung mit Verunreinigungen, die insbesondere technischen Produkten anhaften. Mischungen von Oxidasen mit H2O2-verbrauchenden, substratoxidierenden Enzymen („peroxidatische Aktivität") werden üblicherweise zur quantitativen, spezifischen Bestimmung der Oxidase-Substrate genutzt, wobei die peroxidatisch oxidierten Substrate leicht nachweisbare Oxidationsprodukte, z.B. Farbstoffe bilden.Hydrogen peroxide is a slightly diffusible, aggressive compound, which spreads quickly in the environment with free diffusion. Therefore, the desired main reaction with the enzyme E 2 occurs only after a certain delay time ("lag time"), its intermediate concentration increases and side reactions are favored, The side reactions include in particular the activity-destroying action of H 2 O 2 on parts of the hydrogen peroxide-forming Enzymes that are not identical to the active site or the reaction with impurities that adhere in particular technical products.Mixes of oxidases with H 2 O 2- consuming, substrate-oxidizing enzymes ("peroxidic activity") are usually used for the quantitative, specific determination of the oxidase Used substrates, the peroxidatively oxidized substrates easily detectable oxidation products, such as dyes form.
Bei der technisch bedeutsamen Herstellung von Glukonsäure aus Glukose durch Giukoseoxidase-kstalysierte Luftsauorstoffoxidation muß die H2O2-bedingte Zerstörung des Enzyms durch Katalase, die das H2O2 disproportioniert, verzögert werden.In the industrially important production of gluconic acid from glucose by glucose oxidase-catalyzed air-acid oxidation, the H 2 O 2 -related destruction of the enzyme by catalase, which disproportionates the H 2 O 2 , must be delayed.
Überraschenderweise wurde nunmehr gefunden, daß der freie Übertritt des intermediäran Wasserstoffperoxids in das die Oxidase umgebende Medium verhindert werden kann, wenn das wasserstoffferoxiderzeugende und das wasserstoffperoxidverbrauchende Enzym durch ein Chinon verknüpft werden. Zur Verknüpfung geeignet sind prinzipiell alle Oxidoreduktasen, die entweder Wasserstoffperoxid erzeugen (Ei) oder verbrauchen (E2). Beispiele für Ei sind Alkoholoxidase, Cholesteroloxidase, Cholinoxidase, Glukoseoxidase, Glutamatoxidase, Uricase und Xanthinoxidase; für E2 alle peroxidatisch oder kataiatisch aktiven Proteine, wie Hämoglobin, Katalase, Lactoperoxidase und Meerrettichperoxidase. Die derart verknüpften Enzyme bilden eine neue Oxidase entsprechend der allgemeinen Formel (!), bei der die Komponenten nicht mehr unabhängig voneinander, sondern koordiniert nacheinander reduzierte und oxidierte Zustände durchlaufen. Wasserstoffperoxid tritt nicht mehr als frei diffusibles Intermediat in Erscheinung, wodurch die damit verbundenen Nachteile wegfallen. Die Umsetzung der Substrate erfolgt bei den neuen Oxidasen nach folgender allgemeiner Reaktionsgleichung 2:Surprisingly, it has now been found that free transfer of the intermediate hydrogen peroxide into the medium surrounding the oxidase can be prevented if the hydrogen-generating and hydrogen peroxide-consuming enzyme are linked by a quinone. Suitable for linking are in principle all oxidoreductases which either produce hydrogen peroxide (Ei) or consume (E 2 ). Examples of egg are alcohol oxidase, cholesterol oxidase, choline oxidase, glucose oxidase, glutamate oxidase, uricase and xanthine oxidase; for E 2 all peroxidatively or catalytically active proteins, such as hemoglobin, catalase, lactoperoxidase and horseradish peroxidase. The enzymes linked in this way form a new oxidase corresponding to the general formula (!), In which the components no longer run independently of one another but in coordinated, successively reduced and oxidized states. Hydrogen peroxide no longer appears as a freely diffusible intermediate, eliminating the associated disadvantages. The reaction of the substrates takes place with the new oxidases according to the following general reaction equation 2:
a) S1 + S2 + O2 —ÜLL*. P1+P2 + 2H2Oa) S 1 + S 2 + O 2 -ÜLL *. P 1+ P 2 + 2H 2 O
b) 2S1 + O2 —ÜLl_^ 2P2 + 2?r 20b) 2S 1 + O 2 -ÜLl_ ^ 2P 2 + 2? r 2 0
(a: nur Zweitsubstratoxidation)(a: only secondary substrate oxidation)
Die Verknüpfung von E, und E2 über ein Chinon gelingt durch zwei nacheinander vorzunehmende 1,4-Additionsreaktionen. Dazu wird entweder die Oxidase oder das wasserstoffperoxidverbrauchende Enzym in einem Puffer, in dem es hinreichend stabil ist, gelöst und mit einer Lösung eines Überschusses eines Chinons, vorzugsweise p-Benzochinon, 1,2-Naphthochinon oder Anthrachinone in einem schwach alkalischen Puffer, vorzugsweise von pH 8 bis 9, versetzt. Die Absolutkonzentration sollte möglichst hoch sein, sie wird in der Regel durch die Löslichkeit der Reaktanden bestimmt.The linking of E, and E 2 via a quinone is achieved by two successive 1,4-addition reactions. For this purpose, either the oxidase or hydrogen peroxide-consuming enzyme in a buffer in which it is sufficiently stable, and dissolved with a solution of an excess of a quinone, preferably p-benzoquinone, 1,2-naphthoquinone or anthraquinones in a weakly alkaline buffer, preferably from pH 8 to 9, added. The absolute concentration should be as high as possible, it is usually determined by the solubility of the reactants.
Die Menge des Chinons iut an sich unkritisch, muß jedoch mindestens die gegenüber dem Enzym doppelte Konzentration aufweisen, damit die Oxidation des enzymsubstituierten Hydrochinons zum enzymsubstituierten Chinon erfolge. Das Chinon muß mindestens zwei zur 1,4-Addition befähigte unsubstituierte Positionen enthalten (Gleichung 3). Ist die Löslichkeit des Chinons in wäßrigem Puffer zu gering, empfiehlt es sich, bis zu 30% eines mit Wasser vermischbaren Lösungsmittels, vorzugsweise Dimethylformamid, Alkohole oder Glykole zuzusetzen.The amount of quinone per se is not critical, but must at least be at least twice that of the enzyme to effect oxidation of the enzyme-substituted hydroquinone to the enzyme-substituted quinone. The quinone must contain at least two unsubstituted positions capable of 1,4-addition (Equation 3). If the solubility of the quinone in aqueous buffer is too low, it is advisable to add up to 30% of a water-miscible solvent, preferably dimethylformamide, alcohols or glycols.
Gleichung 3:Equation 3:
KtCiKtCi
OHOH
OHOH
OHOH
Die Bildung von Bisadditionsprodukten, die zwei Moleküle E1 bzw. E2 mit Chinon verknüpft enthalten, erfolgt erst nach einer Reaktionszeit von mehr als 10 Stunden in größerer Menge, eine Reaktionszeit über 20 Stunden hinaus empfiehlt sich daher nicht. Oas Enzym-Chinon-Addukt (II) wird danach auf an sich bekannte Weise, beispielsweise durch Zentrifugation, Ultrafiltration oder Gelchrornatographie vom überschüssigen Chinon und gebildeten Hydrochinon befreit.The formation of bis addition products which contain two molecules E 1 and E 2 linked to quinone takes place only after a reaction time of more than 10 hours in a larger amount, a reaction time beyond 20 hours is therefore not recommended. Oas Enzyme quinone adduct (II) is then freed in a conventional manner, for example by centrifugation, ultrafiltration or gel chromatography from the excess quinone and formed hydroquinone.
Anschließend wird die Prozedur analog wiederholt. Das Enzym-Chinon-Addukt (II) wird entweder mit einer äouimolaren Menge dec wasserstoffperoxidverbrauchenden Enzyms in möglichst konzentrierter Lösung von pH 7 bis 9, vorzugsweise 8 (wenn das Addukt [II] mit dem wasserstoffperoxiderzeugenden Enzym bereitet wurde), oder anderer falls mit einer äquimolaren Menge des wasserstoffperoxiderzeugenden Enzyms versetzt, wobei sich die reduzierte Form der erfindungsgemäß hergestellten neuen Oxidase bildet (Gleichung 4).Subsequently, the procedure is repeated analogously. The enzyme-quinone adduct (II) is used either with an equimolar amount of hydrogen peroxide-consuming enzyme in the most concentrated solution of pH 7 to 9, preferably 8 (when the adduct [II] was prepared with the hydrogen peroxide generating enzyme), or otherwise with a equimolar amount of the hydrogen peroxide generating enzyme is added to form the reduced form of the novel oxidase prepared according to the invention (equation 4).
JiJi
Da die reduzierte Form (III) leicht durch noch unumgesetztes Addukt Il oxidiert wird, empfiehlt es sich, zur Vermeidung von Ausbeuteminderungen, (III) durch geringe Subütratmengen und Luftsauerstoff in die oxidierte Form (I) überzuführen. (I) wird danach wie vorher (II) isoliert bzw. gereinigt. Danach sind die erfindungsgomäß hergestellten neuen Oxidasen prinzipiell wie die Gemische von E1 und E2 einsetzbar, ohne jedoch die bereits geschilderten Nachteile aufzuweisen. Des weiteren besitzen sie vorteilhafte Eigenschaften, die im allgemeinen vernetzten oder immobilisierten Enzymen eigen sind, beispielsweise eine höhere Funktionsstabilität, eine erhöhte Thermostabilität und eine höhere Lagerstabilität gegenüber den Ausgangskomponenten.Since the reduced form (III) is easily oxidized by still unreacted adduct II, it is advisable, in order to avoid yield reductions, to convert (III) into the oxidized form (I) by means of small amounts of substutrate and atmospheric oxygen. (I) is then isolated or purified as before (II). Accordingly, the novel oxidases prepared according to the invention can in principle be used in the same way as the mixtures of E 1 and E 2 , without, however, having the disadvantages already described. Furthermore, they have advantageous properties which are intrinsic in general crosslinked or immobilized enzymes, for example, a higher functional stability, increased thermal stability and a higher storage stability compared to the starting components.
AusführangsbeispieleAusführangsbeispiele
Herstellung einer spezifischen Glucose-, Chromogen-Oxidase (Verknüpfungsprodukt aus Glucoseoxidase (GOD) und Peroxidase (PODl)Production of a specific glucose, chromogen oxidase (linkage product of glucose oxidase (GOD) and peroxidase (PODl)
1. Herstellung das GOD-substituierten Chinons1. Preparation of the GOD-substituted quinone
0,8ml einer 2 · 10~5molarenGOD-Lösung, hergestellt aus 42 mg angereicherter GOD/ml 0,1 M Na-Acetat-PufferpH 5,0, werden mit 1,6m! einer 0,1 M Chinonlösung pH 8,0 und 0,8ml 0.05M Na-Phosphatpuffer pH 8,0 0,5h bei 25°C leicht geschüttelt. Dann chromatographiert man diese Lösung über Molselect G 25 mit 0,05 M Phosphatpuffer pH 8,0. Das erste bräunlich gefärbte Eluat enthält d is GOD-substituieite Chinon.0.8 ml of a 2 · 10 -5 molarenGOD solution prepared from 42 mg enriched GOD / ml 0.1 M Na-acetate buffer pH 5.0, are with 1.6m! a 0.1 M quinone solution pH 8.0 and 0.8 ml of 0.05M Na phosphate buffer pH 8.0 0.5 h at 25 ° C shaken gently. Then this solution is chromatographed on Molselect G 25 with 0.05 M phosphate buffer pH 8.0. The first brownish colored eluate contains the GOD-substituted quinone.
2. Kopplung von POD an das GOD-substituierte Chinon2. Coupling of POD to the GOD-substituted quinone
2,5ml d9r GOD substituierten Chinonlösung werden mit 0,25ml einer 2 · 10~5molaren POD-Lösung, hergestellt aus 18mg angereichertes POD/ml 0,1 M Na-Chinonpuffer pH 5,0,5 Stunden bei 25°C geschüttelt.2.5ml D9R GOD substituted quinone solution are shaken with 0.25 ml of a 2 · 10 -5 molar POD solution prepared from 18 mg enriched POD / ml 0.1 M Na-quinone buffer pH 5,0,5 hours at 25 ° C.
3. Charakterisierung der enzymaiischen Aktivität des Kopplungsproduktes3. Characterization of the enzymatic activity of the coupling product
Die enzymatische Aktivität des erhaltenen GOD/POD-Komplexes wird wie folgt ermittelt: Reagenzien: Citronensäure/Phosphatpuffer pH 5,5The enzymatic activity of the resulting GOD / POD complex is determined as follows: Reagents: citric acid / phosphate buffer pH 5.5
(Mcllvaine-Puffer)(McIlvaine buffer)
o-Dianisidin-Lösung (0,42 mg o-Dianisidin-HCI/ml Mcllvaine-Puffer) Glucose-Lösung (1 M in Mcllvaine-Puffer)o-dianisidine solution (0.42 mg o-dianisidine-HCl / ml Mcllvaine buffer) glucose solution (1 M in Mcllvaine buffer)
Gelatine-Lösung (3%ig in Mcllvaine-Puffer)Gelatin solution (3% in Mcllvaine buffer)
GOD/POD-Verknüpfungsprodukt (Verdünnung mit Mcllvaine-Puffer)GOD / POD linkage product (dilution with Mcllvaine buffer)
Der Start der Reaktion erfolgt mit der Zi gäbe des GOD/POD-Komplexes.The start of the reaction takes place with the Zi gäbe the GOD / POD complex.
Die Reaktion wird spektralphotometriscii bei 436πm verfolgt und die Aktivität aus der Initialgeschwindigkeit errechnet.The reaction is followed spectrophotometrically at 436 μm and the activity is calculated from the initial rate.
Man erhält ein Verknüpfungsprodukt, bei dem die Aktivitäten der Enzymkomponenten der Ausgangsaktivität vor der Verknüpfung entsprechen.A linkage product is obtained in which the activities of the enzyme components correspond to the starting activity before the linkage.
Die Kinetik der enzymatischen Reaktion des Verknüpfungsproduktes unterscheidet sich in der Startphase durch die fehlende lag-time von der Reaktion der ungekoppelten Einzelkomponenten.The kinetics of the enzymatic reaction of the linkage product differs in the start phase due to the lack of lag time of the reaction of the uncoupled individual components.
Herstellung einer spezifischen Harnsäure-, Chromogen-Oxidase (Verknüpfungsprodukt aus Uricase und POD)Production of a specific uric acid, chromogenic oxidase (uricase-POD linkage product)
1. Herstellung des Uricase-substituierten Chinons1. Preparation of uricase-substituted quinone
1 mi einer 2 · 10"5molaren Uricase-Lösung, hergestellt aus 40mg angereicherter Uricase/ml 0,02 M Na-Borat/HCI-Puffer pH 8,0, wird mit 2 ml einer 0,1 M Chinonlösung pH 8,0 und 1 ml 0,05 M Na-Phosphat-Puffer pH 8,0 2 h bei 250C leicht geschüttelt und wie in Beispiel 1 beschrieben weiterbehandelt.1 ml of a 2 x 10 "5 molar uricase solution prepared from 40 mg enriched uricase / ml 0.02 M Na-borate / HCl buffer pH 8.0, is treated with 2 ml of a 0.1 M solution pH 8.0 Chino and 1 ml of 0.05 M Na phosphate buffer pH 8.0 shaken gently at 25 0 C for 2 h and further treated as described in Example 1.
2. Kopplung der POD an das Uricase-substituierte Chinon2. Coupling of the POD to the uricase-substituted quinone
Zu 2,5 ml der erhaltenen Lösung werden 0,25 ml einer 2 · 10~°molarenPOD-Lösung, hergestellt aus 9 mg angereicherter POD/ml 0,1 M Na-Citrat-Puffer pH 5,0, gegeben und nach der in Beispiel 1 beschriebenen Methode verfahren.To 2.5 ml of the resulting solution is added 0.25 ml of a 2 x 10 -6 molar POD solution prepared from 9 mg of enriched POD / ml 0.1 M Na citrate buffer pH 5.0 and added after the in Method described in Example 1.
3. Charakterisierung der enzymatischen Aktivität des Kopplungsproduktes3. Characterization of the enzymatic activity of the coupling product
Die enzymatische Aktivität des Uricase/POD-Komplexes wird nach folgender Methodo bestimmt: Reagenzien: Na-Borat/HCI-Puffer,0.02M pH 8,0The enzymatic activity of the uricase / POD complex is determined by the following methodology: Reagents: Na borate / HCl buffer, 0.02M pH 8.0
o-Dianisidin-Lösung (0,42mg o-Dianisidin HCI/ml Na-Borat/HCI-Puffer) Harnsäure-Lösung, 0,012 M in Na-Borat/HCI-Puffero-dianisidine solution (0.42 mg o-dianisidine HCl / ml Na borate / HCl buffer) uric acid solution, 0.012 M in Na borate / HCl buffer
Gelatine-Lösung, 3%ig in Na-Borat/HCI-PufferGelatin solution, 3% in Na borate / HCI buffer
Uricase/POD-Komplex (verdünnt mit Na-Borat/HCI-Puffer)Uricase / POD complex (diluted with Na borate / HCI buffer)
Die Reaktion wird durch Zugabe des Enzymkomplexes gestartet und der Verlauf spektrophotometrisch bei 436 nm verfolgt. Als Grundlage für die Berechnung der Aktivität dient die Initialgeschwindigkeit.The reaction is started by addition of the enzyme complex and the course followed spectrophotometrically at 436 nm. The initial speed serves as the basis for calculating the activity.
Die so erhaltene neue Oxidase aus Uricase und POD unterscheidet sich bei der Startphase der Reaktion von der Folgereaktion beider Einzelkomponenten. Durch die kovalente Kopplung der beiden Enzyme wird der Wegfall der lag-Phase bei geringerer Konzentration des 2. Enzyms erreicht.The new oxidase from uricase and POD thus obtained differs in the starting phase of the reaction from the subsequent reaction of the two individual components. Due to the covalent coupling of the two enzymes, the elimination of the lag phase is achieved at a lower concentration of the second enzyme.
Die Aktivitäten der Einzelenzyme des Komplexes weisen nach der chemischen Modifizierung noch ihre Ausgangsaktivitäten auf.The activities of the individual enzymes of the complex still have their initial activities after the chemical modification.
Herstellung sines spezifischen Xanthin-, Chromogen-Oxidase-VerknüpfungsproduktesPreparation of Specific Xanthine, Chromogen Oxidase Linkage Product
1. Herstellung des XOD-substituierten Chinons1. Preparation of the XOD-substituted quinone
1 ml einer XOD-Lösung-hergestellt aus 10mg XODgelöst in 1ml 0,02 M Phosphatpufferr, 1 M (NH4J2SO,)- werden mit 2ml eine: 0,1 M Chinonlösung pH 8,0 und 1ml0,05M Phosphatpuffer pH 8,0 2h bei 250C unter leichtern Schütteln zur Reaktion gebracht. Das entstandene Kopplungsprodukt wird mit Molselect ΰ-25 bei pH 8,0 chromatographiert, um das überschüssige Chinon zu entfernen. Das LEIuat-eine bräunlich gefärbte Lösung-enthält das enzymsubstituierte Chinon.1 ml of an XOD solution prepared from 10 mg XOD dissolved in 1 ml 0.02 M phosphate buffer, 1 M (NH 4 J 2 SO 4 ) - are mixed with 2 ml of a 0.1 M quinone solution pH 8.0 and 1 ml 0.05 M phosphate buffer pH 8.0 2h at 25 0 C with gentle shaking reacted. The resulting coupling product is chromatographed with Molselect ΰ-25 at pH 8.0 to remove the excess quinone. The LEIuat-a brownish colored solution-contains the enzyme-substituted quinone.
2. Herstellung des Komplexes XOD/POD2. Preparation of the complex XOD / POD
3 ml der XOD-substituierten Chinonfraktion werden mit 1 ml einer POD-Lösunq, die 5 mg Enzym/ml 0,05 M Na-Citrat-Puffer pH 5,0enthält, erneut 10h bei 250C geschüttelt.3 ml of XOD-substituted quinone fraction with 1 ml of a POD-Lösunq containing 5 mg enzyme / ml 5,0enthält 0.05 M Na-citrate buffer pH, again shaken 10 h at 25 0 C.
Nach dieser Reaktionszeit bildet sich ein Produkt, bei dem POD und XOD kovalent miteinander gekoppelt sind.After this reaction time, a product is formed in which POD and XOD are covalently coupled to each other.
3. Charakterisierung des XOD/POD-Kopplungsproduktes3. Characterization of the XOD / POD Coupling Product
Die enzymatische Aktivität des entstandenen Enzymkomplexes kann anhand der Produktbildung - in diesem Fall Bildung eines Chromogens aus seiner Leukoform - nachgewiesen werdenThe enzymatic activity of the resulting enzyme complex can be demonstrated by product formation, in this case formation of a chromogen from its leuco form
Reagenzien: 0,1 M Na-Phosphat-Puffer pH 7,0 Reagents: 0.1 M Na phosphate buffer pH 7.0
2OmM ABTS (2,2'-Azino-di-[3-äthyl-benzthiazolin-Suifonat (6)) in Phosphat-Puffer 1OmM Hypoxanthin-Lösung in Phosphat-Puffer2OmM ABTS (2,2'-azino-di- [3-ethyl-benzthiazoline-suifonate (6)] in phosphate buffer 10 mM hypoxanthine solution in phosphate buffer
1 mM EDTA in Phosphat-Puffer1 mM EDTA in phosphate buffer
XOD/POD-Kornplex (Verdünnung mit Phosphat-Puffer)XOD / POD-Kornplex (dilution with phosphate buffer)
Durch Zugabe des Enzymkomplexes wird die Reaktion gsstartet und deren Verlauf spektroplOtometrisch bei 414nm verfolgt. Als Grundlage für die Berechnung der spezifischen Aktivität dient die Initialgeschwindigkeit.By addition of the enzyme complex, the reaction is started and its course followed spectrophotometrically at 414 nm. The initial speed serves as the basis for calculating the specific activity.
Das gebildete Verknüpfungsprodukt zeichnet sich wie ähnlich hergestellte Produkte aus anderen Enzymkombinationen durch eine hohe Aktivität (Erhalt von mindestens 80% der Ausgangsaktivitäten der beiden Enzympartner) und durch eine rasche Reaktionskinetik aus. Trotz einer Verminderung der eingesetzten Menge des Folgeenzyms ist ein Wegfall der lag-Phase zu verzeichnen. Des weiteren zeichnen sich so hergestellte Verknüpfungsprodukte durch eine erhöhte Lagerstabilität aus.The resulting linkage product is characterized by similar high activity (retention of at least 80% of the starting activities of the two enzyme partners) and similarly fast reaction kinetics. Despite a reduction in the amount of the sequence enzyme used, there is a loss of the lag phase. Furthermore, linking products produced in this way are distinguished by increased storage stability.
Claims (6)
Priority Applications (1)
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---|---|---|---|
DD28312685A DD279586A3 (en) | 1985-11-22 | 1985-11-22 | PROCESS FOR PRODUCING NEW SPECIFIC OXIDASES |
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DD279586A3 true DD279586A3 (en) | 1990-06-13 |
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