DE1946137B2 - Verfahren zur Gewinnung von Glycerinkinase aus Mikroorganismen - Google Patents
Verfahren zur Gewinnung von Glycerinkinase aus MikroorganismenInfo
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Description
Die Erfindung betrifft ein neues Verfahren zur Gewinnung von Glycerinkinase, welches sich für die
Durchführung in technischem Maßstab eignet.
Aus der deutschen Auslegeschrift 1 238 422 ist ein Verfahren zur Herstellung von Glycerinkiiiase bekannt,
bei dem Candida mycoderma (Rees) Losser et v Rij aus dem Zentralbüro für Schimmelkulturen in
Baarn/Holland lyophilisiert, aus dem Lyophilisat durch Gärung bei 370C ein Extrakt hergestellt, dieser
einem Hitzeschritt, einer ersten Ammoniumsulfatfraktkniierung,
einer Dialyse mit anschließender Anionenaustauscherchromatographieundanschließend
einer zweiten Ammoniumsulfatfraktionierung unterworfen wird. Dieses Verfahren hat den Nachteil, daß
hierbei häufig erhebliche Verluste auftreten. Außerdem wurde festgestellt, daß der verwendete Mikroorganismus
sich gelegentlich so verändert, daß das Verfahren überhaupt nicht mehr durchführbar war.
Es ist auch schon ein Verfahren bekannt, bei dem aus Escherichia-coli-Stämmen durch Ultraschallaufschluß
ein Extrakt hergestellt, dieser einer Streptomycinfällung, anschließend einem Hitzeschritt,
einer ersten Ammoniumsulfatfraktionieiung, einer Dialyse, einer zweiten Ammoniumsullatfraktionierung
und schließlich einer Chromatography über Diäthylaminoäthyl-Zellulose
unterworfen wird (The Journal of 3iol. Chemistry, Vol. 242, Nr. 5, 1967, S. 1030 bis
1035). Dieses Verfahren führt nur zu mäßigen Ausbeuten von etwa 30 °0 und eignet sich nicht für andere
Mikroorganismen.
Es bestand daher ein Bedürfnis nach Schaffung eines technisch brauchbaren Verfahrens, welches zuverlässig
reproduzierbar bessere Ausbeuten als die bekannten Verfahren liefert.
Ausgangspunkt der Erfindung war die Hypothese, daß die unerklärlichen Verluste beim Verfahren der
obenerwähnten deutschen Auslegeschrift auf die Tätigkeil von Proteasen zurückzuführen sind. Es wurde
daher ein Verfahren entwickelt, bei dem durch geeignete Wahl der einzelnen Schritte die Möglichkeit
zur proteolytischen Zerstörung des gewünschten Enzyms weitgehend ausgeschaltet wird.
Das erfindungsgemäße Verfahren zur Gewinnung von Glycerinkinase aus Mikroorganismen besteht
daher darin, daß die einen die Aufarbeitung lohnenden Gehalt an Glycerinkinase aufweisenden Mikroorganismus
in der Hochdruckdispersion aufgeschlossen werden, die hierdurch erhaltene Suspension einer Protaminsuliatfällung
unterworfen wird, der Niederschlag abgetrennt und das Filtrat in an sich bekannter Weise
mit einem Anionenaustauscher auf Zellulose- oder Dextranbasis behandelt wird, wobei diese Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge ohne längere
Unterbrechung und bei einer Temperatur von höchstens 100C durchgeführt werden.
Das erfindungsgemäße Verfahren führt in hervorragender Ausbeute zu einem Präparat, welches beständig
ist. Falls eine Weiterreinigung des erfindungsgemäß erhaltenen Glycerinkinase-Piäparates erwünscht
ist, kann diese selbstverständlich in an sich bekannter Weise erfolgen.
Als Mikroorganismen werden vorzugsweise Candida-mycoderma-Stämme mit einem die Aufarbeitung
lohnenden Gehalt an Glycerinkinase verwendet. Es kann aber auch von anderen Mikroorganismen mit
einem die Aufarbeitung lohnenden Gehalt an Glycerinkinase ausgegangen werden.
Die Mikroorganismen können in frischem oder eingefrorenem
Zustand verwendet werden. Es ist aber auch möglich, von einem gefriergetrockneten Material
auszugehen. Im letzteren Fall wird Puffer zugesetzt, um eine Paste herzustellen, deren Konzentration
frisch gewonnener Zellpaste entspricht.
Die Zellsuspension wird in an sich bekannter Weise in der Hochdruckdispersion aufgeschlossen. Man erhält
so eine Enzymsuspension, deren Feststoffgehalt zweckmäßig zwischen ?0 und 40 mg/ml betragen sollte.
Gegebenenfalls wird vor oder nach dem Aufschluß eine entsprechende Menge Wasser zugesetzt.
Die erhaltene Enzymsuspension wird mit einer Protaminsulfatlosung versetzt, vorzugsweise bei einem
pH-Wert zwischen 6 und 8. Da die Glycerinkinase hierbei nicht mit ausfällt, ist es möglich, erschöpfend
zu fällen, und vorzugsweise wird daher so viel Protaminsulfatlosung
zugesetzt, daß bei weiterer Zugabe keine merkliche Trübung mehr eintritt.
Der gebildete Niederschlag wird nach irgendeiner geeigneten Methode, beispielsweise durch Filtrieren
oder Zentrifugieren, entfernt. Der erhaltene Filterkuchen wird zweckmäßig gewaschen und das Waschwasser
mit dem Filtrat vereinigt.
Die so erhaltenen vereinigten Filtrate werden mit einem Anionenaustauscher auf Zellulose- oder Dextranbasis
behandelt. Vorzugsweise werden Diäthylaminoäthylgruppen enthaltende Ionenaustauscher auf
Dextranbasis oder Zellulosebasis verwendet. Die Behandlung kann im Eichverfahren oder auf einer Säule
erfolgen. Bevorzugt wird wegen der Einfachheit der Durchführung die Behandlung im Batchverfahren,
d. h. die direkte Zugabe des Anionenaustauschers in die Enzymlösung.
Die zu verwendende Austauschermenge läßt sich in jedem Fall durch einen einfachen Vorversuch leicht
bestimmen, da die Glycerinkinase an den Austauscher gebunden wird. Es wird daher so viel Anionenaustauscher
zugesetzt, bis im Überstand Glycerinkinase nicht mehr nachweisbar ist.
Die Anwendung des Diäthylaminoäthyl-Zelluloseschrittes auf die Glycerinkinase ist an sich bekannt,
und die beschriebenen Methoden zur Elution eignen sich auch für das Verfahren der Erfindung.
Wesentlich für das Verfahren der Erfindung ist, daß
die Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge ohne längere Unterbrechung und zweckmäßig bei einer
Temperatur von höchstens 100C, vorzugsweise 50C1
durchgeführt werden. Durch die erfindungsgemäße Kombination von Verfahrensschritten erhält man so
ein überraschend stabiles Präparat, welches auch bei längerem Stehen in der Kälte keinen Aktivitätsverlust
mehr erleidet.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erzielt man bei Verwendung des gleichen Ausgangsmaterials und
der gleichen Menge wie beim Verfahren der erwähnten
deutschen Auslegeschrift eine Ausbeutesteigerung bei zu etwa 300%.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung weiter.
1. Aufschluß
6 kg Candida mycoderma werden mit Phosphatpuffer pH 7,0 auf 1001 aufgefüllt und homogen gerührt.
Die erhaltene Zellsuspension wird in der Hochdruckdispersion aufgeschlossen und mit kaltem, entsalztem
Wasser auf 200 1 verdünnt.
2. Protaminsulfatfällung
Die Enzymsuspension mit einem Feststoffgehalt von 20 bis 40 mg/ml wird mit ProtaminsulfatlÖsung, pH 7,0
{c = 10 mg/ml) versetzt, bis keine merkliche Trübung mehr eintritt. Nach kurzem Rühren wird der Niederschlag
durch Zentrifugation oder Filtration abgetrennt.
3. Anionenaustauscherbehandlung
Die erhaltene Enzymlösung wird sofort mit auf pH 7,0 equilibrierteni, salzfrei gewaschenem Diäthylaminoäthyl-dextran-lonenaustauscher
versetzt, bis im Überstand keine Glycerinkinase mehr nachweisbar ist.
Der Auslauscher wird abgetrennt und das Filtrat verworfen. Der Filterkuchen wird mit dem dreifachen
Volumen 0.05 M Kaliumphosphatpuffer pH 7,0 -r 0,1 M Natriumchlorid 20 Minuten gerührt und abgenutsclu.
Das Filtrai wird verwürfen.
Die ülyccrokinase wird nunmehr mit 0,05 M
kuliumphosphatpuffer pH 7,0 — 0.3 M Natriumchlorid
eluiert.
Die vereinigten Eluate enthalten 72% der ursprünglich vorhandenen Aktivität. Die spezifische Aktivität
beträgt etwa 8 Einheiten.
Zur Konzentrierung wird die Lösung mit Ammoniumsulfat bis 3.2 M gesättigt und abzentrifugiert, der
i berstand wird verworfen.
(Vergleichsbeispiel)
Um zu zeigen, daß es entscheidend auf die erfindungsgemäße
Kombination der Verfahrensschritte ankommt, wurden Vergleichsversuche durchgeführt.
Verglichen wurden:
1. das erfindungsgemäße Verfahren,
2. das Verfahren der deutschen Auslegeschrift 1 238 422,
3. das Verfahren der deutschen Auslegeschrift 1 238 422, durch zusätzlichen Protaminsulfatschritt
modifiziert,
4. das Verfahren der deutschen Auslegeschrift 1 238 422, durch Protaminsulfatschritt und einen
Schritt mit einem Diät'uylaminoäthylgruppen tragenden Ionenaustauscher auf Dextranbasis
modifiziert, und
5. eine der erfindungsgemäßen Methode insoweit ähnliche Arbeitsweise, als der Ionenaustauscher-Schritt
nach der Protaminsulfatstufe weggelassen wurde und als noch die weiteren angegebenen
ίο Maßnahmen angeschlossen wurden.
Die Ergebnisse dieser Versuche sind in der Tabelle 1 angegeben.
Bei der Durchführung der Versuche wurde wie im Beispiel 1 bzw. wie in der deutschen Auslegeschrift
1 238 422 beschrieben vorgegangen. Bei Versuch 1 wurde von 68 g Candida mycoderma, bei Versuch 2
von 300 g Candida mycoderma, bei Versuch 3 von 40 g Candida mycoderma und bei Versuch 4 von 107 g
so Candida mycoderma ausgegangen. In allen Versuchen
wurde von Zellen des gleichen Candida-mycoderma-Stammes ausgegangen.
Bei dem erfindungsgemäßen Versuch betrug die Ausbeute 97 %. Das erhaltene Produkt war beständig,
und die wäßrigen Lösungen vor Kristallisation waren nach lOtägigem Stehen bei 00C noch 100% aktiv.
Re: Versuch 2 betrug die Ausbeute 8,8 %. Die Ausbeute
an Enzym war 48 mg mit 95 E/mg aus 300 g Candida-Zellen. Erfindungsgemäß wurde also eine
bedeutend höhere Ausbeute erzielt. Die nach Versuch 2 erhaltenen Lösungen waren aber auch nach lOtägigem
Stehen bei O0C vollständig inaktiv.
Nach Versuch 3 betrug die Ausbeute 5,2 %. Berechnet auf 300 g Candida betrug die Ausbeute 23,8 me.
Durch Einfügung eines Protaminsulfatschrittes wurde also die Ausbeute des bekannten Verfahrens nicht
verbessert.
Nach Versuch 4 betrug die Ausbeute 22%. Die Ausbeute, bezogen auf 300 g Candida-Zellen, betrug
100 mg mit 95 Einheiten. Die Ausbeute im Vergleich zu Versuch 2 bzw. 3 wurde wesentlich verbessert.
Versuc'i 5 wurde nur bis zur Dialyse gefuhrt. Er
zeigt, da-i bei Weglassen des Anionenaustauscher-Schrittes
im erfindungsgemäßen Verfahren allein bei der Dialyse 34% der Aktivität verlorengehen.
(Vergleichsbeispiel)
Das Verfahren der Erfindung wurde mit dem aus J. of Biol. Chem. Vol. 242, Nr. 5, S. 1030 bis 1035
bekannten Streptomycin-Sulfatschritt verglichen, indem dieser an Stelle des Protaminsulfatschrittes der
Erfindung durchgeführt wurde.
Hierbei wurde, wie im Beispiel 1 beschrieben, ausgehend von Candida Mycoderma ein Hochdruckaufschluß,
anschließend eine Protaminsulfatfällung, eine Behandlung mit einem Diäthylaminoäthylgruppen
tragenden Ionenaustauscher auf Dextranbasis und dann ein Hitzeschritt, und zwar 60 Minuten bei 6O0C,
durchgeführt. Unter diesen wesentlich verschärften Bedingungen betrug die Ausbeute nach dem Hitze
schritt noch 36% der ursprünglichen Aktivität. Da die
Ausbeute des vorhergehenden Anionenaustauscherschrittes 72% betrug, gingen beim Erhitzungsschritt
50% der Restaktivität verloren.
Das Verfahren wurde in gleicher Weise wiederholt,
Das Verfahren wurde in gleicher Weise wiederholt,
jedoch wurde statt des Protaminsulfatschrittes eine
Streptomycinsulfatfäliung eingeschaltet. Beim anschließenden Anionenaustauscherschritt war die vierfache Austauschennenge wie bei der erfirdungsgemäßen
Arbeitsweise erforderlich. Das Austauschereluat wies
54% der ursprünglichen Aktivität auf. Beim Erhitzungsschritt erfolgte aber ein vollständiger Verlust
der Aktivität.
Streptomycinsulfatfäliung eingeschaltet. Beim anschließenden Anionenaustauscherschritt war die vierfache Austauschennenge wie bei der erfirdungsgemäßen
Arbeitsweise erforderlich. Das Austauschereluat wies
54% der ursprünglichen Aktivität auf. Beim Erhitzungsschritt erfolgte aber ein vollständiger Verlust
der Aktivität.
1. Aufschluß
300 g Oospora lactis werden mit Phosphatpuffer
pH 7,0 auf 5 1 aufgefüllt und homogen gerührt.
pH 7,0 auf 5 1 aufgefüllt und homogen gerührt.
Die erhaltene Zellsuspension wird in der Hochdruckdispersion aufgeschlossen und mit kaltem, entsalztem
Wasser auf 10 1 verdünnt.
Wasser auf 10 1 verdünnt.
2. Protaminsulfatfällung
Die Enzymsuspension mit einem Feststoffgehalt von
bis 40 mg/ml wird mit Protaminsulfatlösung,
pH 7,0 (c = 10 mg/ml) versetzt, bis keine merkliche
Triibung mehr eintritt. Nach kurzem Rühren wird der 25 Niederschlag durch Zentrifugation oder Filtration abgetrennt.
bis 40 mg/ml wird mit Protaminsulfatlösung,
pH 7,0 (c = 10 mg/ml) versetzt, bis keine merkliche
Triibung mehr eintritt. Nach kurzem Rühren wird der 25 Niederschlag durch Zentrifugation oder Filtration abgetrennt.
3. Aaionenaustauscherbehandlung
Die erhaltene Enzymlösung wird sofort mit auf pH 7,0 equilibriertem, salzfrei gewaschenem Diäthylaminoäthylgruppen
enthaltenden Dextranbasis-Austauscher versetzt, bis im Überstand keine Glycerinkinase
mehr nachweisbar ist. Der Austauscher wird abgetrennt und das Filtrat verworfen. Der Filterkuchen
wird mit dem dreifachen Volumen 0,05 M Kaliumphosphatpuffer pH 7,0 + 0,1 M Natriumchlorid 20 Minuten
gerührt und abgenuscht. Das Filtrat wird verworfen.
Die Glycerinkinase wird nunmehr mit 0,05 M Kaliumphosphatpuffer pH 7,0 + 0,3 M Natriumchlorid
eluiert.
Die vereinigten Eluate enthalten 77 % der ursprünglich vorhandenen Aktivität.
Zur Konzentrierung wird die Lösung mit Ammoniumsulfat bis 3,2 M gesättigt und abzentrifugiert,
der Überstand wird verworfen.
In der Tabelle 2 sind die in den einzelnen Stufen erzielten Ausbeuten und Aktivitätsmengen angegeben.
Stufe
ml
Aktivität
Ausbeute
o/ /o
1. Extrakt der Hochdruckdispersion
Protaminsulfatüberstand
Ionenaustauscher-Eluate (Ionenaustauscher = ein Diäthylaminoäthylgruppen
tragender Ionenaustauscher auf Dextranbasis)
2. Gärungs-Extrakt
Hitzeschritt bei 6O0C, Überstand
Ammonsulfat 2,05 M Lösung
Dialysat
Ionenaustauscher-Eluat (Ionenaustauscher = ein Diäthylaminoäthylgruppen
tragender Ionenaustauscher auf Dextranbasis)
3. Protaminsulfatüberstand nach Gärungsaufschluß
Hitzeschritt bei 6O0C, Überstand
Anmonsulfat-Niederschlag, gelöst
Dialysat
Ionenaustauscher-Eluat (Ionenaustauscher = ein Diäthylaminoäthylgruppen
tragender Ionenaustauscher auf Dextranbasis) ,
4. Protaminsulfatüberstand nach Gärungsaufschluß
Ionenaustauscher-Eluat (Ionenaustauscher = ein Diäthylaminoäthylgruppen
tragender Ionenaustauscher auf Dextranbasis)
Hitzeschritt bei 6O0C, Überstand
Ammonsulfat-Niederschlag, gelöst
Dialysat
Ionenaustauscher-Eluat (Ionenaustauscher = ein Diäthylaminoäthylgruppen
tragender Ionenaustauscher auf Dextranbasis)
5. Extrakt der Hochdruckdispersion
Protaminsulfatüberstand
Hitzeschritt bei 6O0C, Überstand
Ammonsulfat-Niederschlag, gelöst
Dialysat
210 000 220 000 |
1,01 · 106 1,01 · 10» |
24 000 | 9,8 -106 |
3 280 3 280 205 164 |
4,7 -104 1,71 · 10« 1,05 · 10* 1,01 · 10* |
470 | 0,41 · 10« |
1000 1000 20 22 |
5,6 -103 1,7 -103 5,06 · 10a 3,86 · 102 |
250 | 2,9 -102 |
2 500 | 1,4 -10* |
224 202 20 21 |
8,2 -103 3,96 · 103 4,14 · 103 3,22 · 103 |
235 | 3,20 · 103 |
420 440 440 20 24,5 |
3,2 -102 3,02 · 102 2,62 ■ 102 2,72 · 102 1,81 · 10°- |
100 100
97
100 36 22
21
8,8
100 30 9,1 6,9
5,2 100
60 28 29 23
22
100 95 82 85 56
I 946
Stufe
Aktivität
Ausbeut«
Extrakt von Hochdruckdispersion
Frotaminsulfat-Überstand
Ioccaaustausclier-Eluate (Ionenaustauscher = ein Diäthyiaminoäthylgruppen
tragender Ionenaustauscher auf Dextranbasis)
5000
8 900
8 900
1590
2,45 · 10* 2,2 -10*
1,89 · 10*
100 90
77
Claims (1)
- Patentanspruch:Verfahren zur Gewinnung von Glycerinkinase aus Mikroorganismen, dadurch gekennzeichnet, daß die einen die Aufarbeitung lohnenden Gehalt an Glycerinkinase aufweisenden Mikroorganismen in der Hochdruckdispersion aufgeschlossen werden, die hierdurch erhaltene Suspension einer Protaminsulfatfällung unterworfen sind, der Niederschlag abgetrennt und das Filtrat in an sich bekannter Weise mit einem Anionenaustauscher auf Zellulose- oder Dextranbasis behandelt wird, wobei diese Verfahrensschritte in der angegebenen Reihenfolge ohne längere Unterbrechung und bei einer Temperatur von höchstens 10° C durchgeführt werden.
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