DE20023437U1 - Hydantoin racemase - Google Patents
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Abstract
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Hydantoin-Racemase von Arthrobacter aurescens (DSM 3747, hyuA).The present invention relates to a hydantoin racemase from Arthrobacter aurescens (DSM 3747, hyuA).
Innerhalb der Industriezweige Landwirtschaft, Lebensmittel und Pharmazie gibt es ein wachsendes Interesse an der Herstellung optisch reiner Aminocarbonsäuren. Vor allem die enzymatische Hydrolyse von Hydantoinen ist ein attraktives Verfahren für die Synthese von D- und L-Aminosäuren mit Bezug auf preisgünstige Ausgangsmaterialien und einem vollständigen Substratumsatz.Within the agriculture industries, There is a growing interest in the food and pharmaceutical industries Production of optically pure aminocarboxylic acids. Especially the enzymatic one Hydrolysis of hydantoins is an attractive method for synthesis of D and L amino acids with regard to inexpensive raw materials and a full one Substrate turnover.
Es wurden verschiedene hydantoinabbauende Mikroorganismen isoliert und die enzymatische Umwandlung von 5'-monosubstituierten Hydantoinen wurde ausführlich studiert (Syldatk und Pietzsch, "Hydrolysis and formation of hydantoins" (1995), VCH Verlag, Weinheim, S. 409–434; Ogawa et al., J. Mol. Catal. B: Enzym. 2 (1997), 163–176; Syldatk, C., May, O., Altenbuchner, J., Mattes, R. und Siemann, M. (1999) Microbiol. hydantoinases – industrial enzymes from the origin of life? Appl. Microbiol. Biotechnol. 51, 293–309). Die asymmetrische Biokonversion in L- oder D-Aminosäuren umfasst die folgenden 3 Schritte:There have been various hydantoin breakdowns Microorganisms were isolated and the enzymatic conversion of 5'-monosubstituted hydantoins was carried out in detail studied (Syldatk and Pietzsch, "Hydrolysis and formation of hydantoins "(1995), VCH Verlag, Weinheim, pp. 409-434; Ogawa et al., J. Mol. Catal. B: enzyme. 2: 163-176 (1997); Syldatk, C., May, O., Altenbuchner, J., Mattes, R. and Siemann, M. (1999) Microbiol. hydantoinases - industrial enzymes from the origin of life? Appl. Microbiol. Biotechnol. 51 293-309). Asymmetric bioconversion into L or D amino acids includes the following 3 steps:
- (i) chemische und/oder enzymatische Racemisierung von 5' substituierten Hydantoinen,(i) chemical and / or enzymatic racemization of 5 'substituted hydantoins
- (ii) eine durch eine Hydantoinase erreichte Ringöffnungshydrolyse und(ii) Ring opening hydrolysis achieved by a hydantoinase and
- (iii) Carbamoylase-katalysierte Hydrolyse der in dem zweiten Schritt erzeugten N-Carbamoylaminosäure.(iii) Carbamoylase-catalyzed hydrolysis of the second Step generated N-carbamoyl amino acid.
Die chemische Racemisierung von Hydantoinen geht über eine Enolisierung vonstatten. Die Geschwindigkeit ist von der elektronischen Beschaffenheit des Rests an der 5'-Position abhängig (Ware, Chem. Rev. (1950), 46, 403–470), gewöhnlich ist die Racemisierung jedoch ein sehr langsamer Prozess. Bei Raumtemperatur und einem pH-Wert von 8,5 werden zum Beispiel innerhalb von 20 Stunden nur etwa 10 % L-IMH zu D-IMH racemisiert (Syldatk et al., "Biocatalytic production of amino acids and derivatives" (1992), Hanser publishers, New York, S. 75–176). Die Racemisierungsgeschwindigkeit wird durch einen sehr basischen pH-Wert (>10) und eine hohe Temperatur (>80 °C) erhöht.The chemical racemization of hydantoins passes over enolization. The speed is electronic Condition of the rest depending on the 5 'position (Ware, Chem. Rev. (1950), 46, 403-470), usually however, racemization is a very slow process. At room temperature and a pH of 8.5, for example, within 20 hours only about 10% L-IMH racemized to D-IMH (Syldatk et al., "Biocatalytic production of amino acids and derivatives "(1992), Hanser publishers, New York, pp. 75-176). The racemization rate is increased by a very basic pH value (> 10) and a high temperature (> 80 ° C).
Unter physiologischen Bedingungen wird eine hohe Racemisierungsgeschwindigkeit durch Hydantoin-spezifische Racemasen erreicht. Bisher wurden Hydantoin-Racemasen gereinigt und charakterisiert von Arthrobacter (Syldatk et al., "Biocatalytic production of amino acids and derivatives" (1992), Hanser publishers, New York, S. 75–176; Syldatk et al., "Hydrolysis and formation of hydantoins" (1995), VCH Verlag, Weinheim, S. 409–434) und einer Pseudomonas-Spezies (Watabe et al., J. Bacteriol. (1992a), 174, 3461–3466; Watabe et al., J. Bacteriol. (1992b), 174, 7989–7995). Nur die Letztere ist auch hinsichtlich Nucleotidsequenz und genetischem Aufbau charakterisiert.Under physiological conditions is a high racemization rate due to hydantoin-specific Racemases reached. So far, hydantoin racemases have been purified and characterized by Arthrobacter (Syldatk et al., "Biocatalytic production of amino acids and derivatives "(1992), Hanser publishers, New York, pp. 75-176; Syldatk et al., "Hydrolysis and formation of hydantoins "(1995), VCH Verlag, Weinheim, pp. 409–434) and a Pseudomonas species (Watabe et al., J. Bacteriol. (1992a), 174, 3461-3466; Watabe et al., J. Bacteriol. (1992b), 174, 7989-7995). Only the latter is also characterized in terms of nucleotide sequence and genetic makeup.
Es war daher ein Ziel der vorliegenden Erfindung, eine weitere Rec-Hydantoin-Racemase bereitzustellen, die Hydantoine unter physiologischen Bedingungen mit einer akzeptablen Geschwindigkeit für deren Implementierung in einem Verfahren zur Herstellung entantiomer angereicherter Aminocarbonsäuren im industriellen Maßstab zu racemisieren.It was therefore a goal of the present Invention to provide another Rec-hydantoin racemase the hydantoins under physiological conditions with an acceptable Speed for their implementation in an entantiomeric production process enriched aminocarboxylic acids on an industrial scale to racemize.
Durch die Bereitstellung der rekombinant abgeleiteten Hydantoin-Racemase von Arthrobacter aurescens DSM 3747 (Seq. 4) kann auf die oben erwähnte Aufgabe verzichtet werden. Insbesondere kann die erfindungsgemäße Racemase vorteilhafterweise in einem großtechnischen Verfahren zur Herstellung von enantiomer angereicherten Aminocarbonsäuren einbezogen werden. Die Möglichkeit der Bereitstellung der Racemase in einer rekombinanten Weise ist der Schlüssel zur Akzeptanz dieses Verfahrens im Hinblick auf wirtschaftliche Effizienz.By providing the recombinant derived hydantoin racemase from Arthrobacter aurescens DSM 3747 (Seq. 4) can refer to the above Task to be waived. In particular, the racemase according to the invention advantageously in an industrial scale Process for the preparation of enantiomerically enriched aminocarboxylic acids included become. The possibility the provision of the racemase in a recombinant manner the key to accept this method in terms of economic Efficiency.
Ferner wird ein Gen (Seq. 3), das die erfindungsgemäße Racemase kodiert, geschützt. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung wird das Gen als eine Gruppe von Genen angesehen, die alle möglichen Gene umfasst, die das fragliche Protein gemäß der Degeneration des genetischen Codes kodieren.Furthermore, a gene (Seq. 3), the the racemase according to the invention encoded, protected. In the context of the present invention, the gene is considered a group viewed by genes that all sorts Genes includes the protein in question according to the degeneration of the genetic Encode codes.
In einer anderen Ausgestaltung schließt die vorliegende Erfindung Plasmide, Vektoren und Mikroorganismen ein, die das Gen der vorliegenden Erfindung umfassen. Im Rahmen der vorliegenden Erfindung sind alle Plasmide, Vektoren und Mikroorganismen, die vorteilhafterweise zur Umsetzung der Erfindung verwendet werden könnten und dem Fachkundigen bekannt sind, hiermit eingeschlossen. Insbesondere die in Studier et al., Methods Enzymol. 1990, 185, 61–69 erwähnten oder die in Broschüren von Novagen, Promega, New England Biolabs, Clontech oder Gibco BRL präsentierten werden als geeignet befunden. Noch mehr geeignete Plasmide, Vektoren sind zu finden in:In another embodiment, the present one closes Invention Plasmids, Vectors and Microorganisms Containing the Gene of the present invention. As part of the present Invention are all plasmids, vectors and microorganisms that can advantageously be used to implement the invention could and are known to those skilled in the art. In particular described in Studier et al., Methods Enzymol. 1990, 185, 61-69 mentioned or those in brochures from Novagen, Promega, New England Biolabs, Clontech or Gibco BRL presented are found to be suitable. More suitable plasmids, vectors can be found in:
- DNA cloning: a practical approach. Volumen I–III, herausgegeben von D. M. Glover, IRL Press Ltd., Oxford, Washington DC, 1985, 1387;DNA cloning: a practical approach. Volumes I-III by D. M. Glover, IRL Press Ltd., Oxford, Washington DC, 1985, 1387;
- Denhardt, D. T. und Colasanti, J.: A surey of vectors for regulating expression of cloned DNA in E. coli. In: Rodriguez, R.L. und Denhardt, D. T (Hrsg), Vectors, Butterworth, Stoneham, MA, 1987, S. 179–204;Denhardt, D.T. and Colasanti, J .: A surey of vectors for regulating expression of cloned DNA in E. coli. In: Rodriguez, R.L. and Denhardt, D. T (ed.), Vectors, Butterworth, Stoneham, MA, 1987, pp. 179-204;
- Gene expression technology. In: Goeddel, D. V. (Hrsg), Methods in Enzymology, Volumen 185, Academic Press, Inc., San Diego, 1990; Gene expression technology. In: Goeddel, D.V. (ed.), Methods in Enzymology, volume 185, Academic Press, Inc., San Diego, 1990;
- Sambrook, J., Fritsch, E.F. und Maniatis, T. 1989. Molecular cloning: a laboratory manual, 2. Ausgabe. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold SpringHarbor, N. Y.Sambrook, J., Fritsch, E.F. and Maniatis, T. 1989. Molecular cloning: a laboratory manual, 2nd edition. Cold Spring Harbor Laboratory Press, Cold SpringHarbor, N.Y.
Darüber hinaus werden Primer, die zur Amplifikation des erfindungsgemäßen Gens in einer PCR hilfreich sind, ebenso geschützt. Mögliche Primer sind zum Beispiel:In addition, primers that helpful for amplifying the gene according to the invention in a PCR are protected as well. Possible Examples of primers are:
Ferner werden alle anderen Primer, die zur Umsetzung der vorliegenden Erfindung dienen könnten und die der fachkundigen Person bekannt sind, in diesem Sinne als nützlich angesehen. Das Auffinden eines geeigneten Primers geschieht durch einen Vergleich bekannter DNA-Sequenzen oder die Translation von Aminosäuresequenzen in das Codon des fraglichen Organismus (z.B. für Streptomyzeten: Wright et al., Gene 1992, 113, 55–65). Ähnlichkeiten in Aminosäuresequenzen von Proteinen so genannter Überfamilien sind in dieser Hinsicht ebenfalls hilfreich (Firestine et al., Chemistry & Biology 1996, 3, 779–783). Weitere Informationen sind in Oligonucleotide synthesis: a practical approach, herausgegeben von M.J. Gait, IRL Press Ltd, Oxford Washington DC, 1984; PCR Protocols: A guide to methods and applications, herausgegeben von M.A. Innis, D.H. Gelfound, J.J. Sninsky und T.J. White. Academic Press, Inc., San Diego, 1990, enthalten. Diese Strategien sind hiermit durch Bezugnahme eingeschlossen.Furthermore, all other primers, which could be used to implement the present invention and that are known to the skilled person are considered useful in this sense. A suitable primer is found by comparison known DNA sequences or the translation of amino acid sequences into the codon of the organism in question (e.g. for streptomycetes: Wright et al., Gene 1992, 113, 55-65). similarities in amino acid sequences of so-called superfamily proteins are also helpful in this regard (Firestine et al., Chemistry & Biology 1996, 3, 779-783). For more information, see Oligonucleotide synthesis: a practical approach, edited by M.J. Gait, IRL Press Ltd, Oxford Washington DC, 1984; PCR Protocols: A guide to methods and applications by M.A. Innis, D.H. Gelfound, J.J. Sninsky and T.J. White. Academic Press, Inc., San Diego, 1990. These strategies are hereby included by reference.
Eine weitere Ausgestaltung der vorliegenden
Erfindung ist die Verwendung der erfindungsgemäßen Racemase in einem Verfahren
zur Herstellung von Aminocarbonsäuren
oder Derivaten davon. Vorzugsweise wird sie gemäß der Erfindung in einem Verfahren
zur Herstellung enantiomer angereicherter Derivate verwendet. Am
bevorzugtesten erfolgt die Verwendung in einem kovalenten Enzymmembranreaktor
(DE19910691.6) oder nach einer nichtkovalenten oder kovalenten Immobilisierung
an festen Trägern
(
Für
einen Nachweis der Enzymfunktion wurde das Gen durch PCR vom Plasmid
pAW16 mit den Primern 51137 und 51138 amplifiziert und unter die
Kontrolle eines Rhamnose-Promotors
gestellt, der von dem Expressionssystem pJOE2702 bereitgestellt
wurde. Das resultierende Plasmid wurde pAW210 genannt (
Das Plasmid pAW210 in E. coli JM109 wurde zur Reinigung der Racemase verwendet. Ein Zweistufenverfahren bestehend aus Ammoniumsulfatfraktionierung und MonoQ-Anionenaustauschchromatographie wurde wie nachfolgend beschrieben durchgeführt. Die Racemase wurde 10fach auf Homogenität mit einer Gesamtausbeute von 35 % gereinigt (Tab. 1).The plasmid pAW210 in E. coli JM109 was used to purify the racemase. A two-step process consisting of ammonium sulfate fractionation and MonoQ anion exchange chromatography as described below. The racemase became 10-fold on homogeneity cleaned with a total yield of 35% (Tab. 1).
Tabelle 1: Reinigung der Racemase HyuA von E. Coli JM109 pAW210 Table 1: Purification of Racemase HyuA from E. Coli JM109 pAW210
Die spezifische Aktivität des gereinigten Enzyms wurde durch einen Standardenzymansatz mit D-Benzylhydantoin als Substrat mit 313 U/mg bestimmt. In Kaliumphosphatpuffer, pH 7,0, mit 25 % Glycerol, konnte das gereinigte Enzym mindestens 6 Monate lang bei –20°C ohne erkennbaren Aktivitätsverlust aufbewahrt werden.The specific activity of the purified enzyme was determined by a standard enzyme approach with D-Ben cylhydantoin determined as a substrate with 313 U / mg. In potassium phosphate buffer, pH 7.0, with 25% glycerol, the purified enzyme could be stored at -20 ° C for at least 6 months without any apparent loss of activity.
Eine matrixgestützte Laser-Desorption/Ionisations-Spektrometrie (MALDI) der gereinigten Racemase erbrachte einen Peak bei einer Molekülmasse von 25078,7. Dies stimmt im Gegensatz zur SDS-PAGE-Elektrophorese, die eine relative Molekülmasse von 31 kDa für das Racemase-Monomer erbrachte, recht gut mit dem berechneten Wert von 25085 Da überein. Auf einer geeichten Superose 12 HR Säule wurde die relative Molekülmasse des nativen Enzyms mit etwa 170 kDa ± 25 geschätzt. Aufgrund der kleinen Untereinheit von 25 kDa und einer Ungenauigkeit des Gelfiltrationsverfahrens in diesem Bereich wird vorgeschlagen, dass das native Enzym entweder ein Hexamer, Heptamer oder Octamer ist.Matrix-assisted laser desorption / ionization spectrometry (MALDI) the purified racemase produced a peak with a molecular mass of 25078.7. In contrast to SDS-PAGE electrophoresis, this is true a relative molecular mass of 31 kDa for the racemase monomer performed quite well with the calculated value out of 25085 there. The relative molecular mass of the. Was measured on a calibrated Superose 12 HR column native enzyme estimated to be approximately 170 kDa ± 25. Because of the small subunit of 25 kDa and an inaccuracy of the gel filtration process in this area it is suggested that the native enzyme either is a hexamer, heptamer or octamer.
Die Wirkung von pH-Wert und Temperatur
auf die Enzymaktivität
und -stabilität
ist in den
Es wurde die Racemisierung der 5-substituierten Hydantoine BH, IMH und MTEH durch HyuA untersucht (Tab. 2).It was the racemization of the 5-substituted Hydantoine BH, IMH and MTEH examined by HyuA (Tab. 2).
Tabelle 2: Substratspezifität von HyuA Table 2: Substrate specificity of HyuA
L- und D-BH erbrachten die höchsten Aktivitätsraten, wohingegen das L- und D-Isomer von MTEH eher schlecht racemisiert wurden, was ein Hinweis darauf war, dass aromatische Hydantoine als Substrate bevorzugt wurden.L and D-BH had the highest activity rates, whereas the L and D isomer of MTEH is rather poorly racemized which was an indication that aromatic hydantoins were preferred as substrates.
Die KM-Werte
von IMH und BH konnten aufgrund der begrenzten Löslichkeit der Substrate nicht
bestimmt werden. Stattdessen wurden die Anfangsgeschwindigkeiten
bei verschiedenen Konzentrationen von L-MTEH gemessen. Das kinetische
Diagramm (
Der für die Erfindung verwendete Mikroorganismus Arthrobacter aurescens wurde bei der Deutschen Sammlung für Mikroorganismen mit der Beitrittsnummer DSM 3747 hinterlegt.The one used for the invention Microorganism Arthrobacter aurescens was found in the German Collection for microorganisms deposited with the accession number DSM 3747.
Beispiele:Examples:
Bakterienstämme, Plasmide und Wachstumsbedingungen. E. coli JM109 (Yanisch-Perron et al., Gene (1985), 33, 103–109) wurde zum Klonieren, Sequenzieren und Exprimieren des hyuA Gens von Arthrobacter aurescens DSM 3747 verwendet (Groß et al., Biotech. Tech. (1987), 2, 85–90). E. coli Stämme wurden in flüssiger 2xYT Nährlösung oder auf 2xYT Agar kultiviert (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (1989), Cold Spring Harbour Laboratory Press, New York). Die Medien wurden mit 100 μg/ml Ampicillin angereichert, um plasmidtragende Stämme zu selektieren. Die Kulturen wurden bei 37°C wachsen gelassen; für die hyuA-Expression wurde die Temperatur auf 30°C reduziert.Bacterial strains, plasmids and growth conditions. E. coli JM109 (Yanisch-Perron et al., Gene (1985), 33, 103-109) for cloning, sequencing and expressing the hyuA gene of Arthrobacter aurescens DSM 3747 used (Groß et al., Biotech. Tech. (1987), 2, 85-90). E. coli strains were in liquid 2xYT nutrient solution or cultivated on 2xYT agar (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York). The media were enriched with 100 μg / ml ampicillin, around plasmid-bearing strains to select. The cultures were grown at 37 ° C; for hyuA expression the temperature was raised to 30 ° C reduced.
Allgemeine Protokolle. Alle angewendeten DNA-Rekombinationstechniken waren Standardverfahren (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (1989), Cold Spring Harbour Laboratory Press, New York). PCR-Reaktionen fanden mit Taq-DNA-Polymerase gemäß den Empfehlungen von Roche Molecular Biochemicals statt. Die DNA-Sequenzierung erfolgte von pUC-Subklonen mit einem automatisierten Laserfluoreszenz-DNA-Sequenzer (Pharmacia LKB, Freiburg) unter Verwendung des AutoReadTM Sequenzierungskits und M13 Vorwärts- und Rückwärtsprimer.General protocols. All recombinant DNA techniques used were standard procedures (Sambrook et al., Molecular Cloning: A Laboratory Manual (1989), Cold Spring Harbor Laboratory Press, New York). PCR reactions were performed with Taq DNA polymerase according to Roche Molecular Biochemicals recommendations. DNA sequencing was performed from pUC subclones using an automated laser fluorescence DNA sequencer (Pharmacia LKB, Freiburg) using the AutoRead ™ sequencing kit and M13 forward and backward primers.
Expression von hyuA in E. coli. Das Racemasegen wurde durch PCR mit den Primern S1137 (5'-AGAACATATGAGAATCCTCGTGATCAA-3') und 51138 (5'-AAAACTGCAGCTAGAGGTACTGCTTCTCTG-3') und pAW16 als Matrize amplifiziert (Wilms et al., J. Biotechnol. (1999), 68, 101–113). Das Fragment wurde zwischen den Orten NdeI und PstI des Expressionsvektors pJOE2702 eingesetzt (Volff et al., Mol. Microbiol. (1996), 21, 1037–1047), um das Plasmid pAW210 zu schaffen. Die Expression wurde durch Zugabe von 0,2 % Rhamnose zu den Kulturen bei einer optischen Dichte von 0,3 bei 600 nm induziert. Nach 6 Stunden wurden Zellen, die einer OD600 von 10 entsprachen, geerntet, gewaschen und resuspendiert in 1 ml Zerfallspuffer (0,07 M Kaliumphosphat, pH 7,0) und durch Beschallung lysiert (Ultrasonics Sonicator, Mikrospitze, 2 × 30 s, Arbeitszyklus 50 % gepulst). Geklärte Extrakte wurden durch Zentrifugation bei 14000 UPM über einen Zeitraum von 10 Minuten erhalten.Expression of hyuA in E. coli. The racema gene was determined by PCR with the primers S1137 (5'-AG AACATATGAGAATCCTCGTGATCAA-3 ') and 51138 (5'-AAAACTGCAGCTAGAGGTACTGCTTCTCTG-3') and pAW16 amplified as a template (Wilms et al., J. Biotechnol. (1999), 68, 101-113). The fragment was inserted between the NdeI and PstI sites of the expression vector pJOE2702 (Volff et al., Mol. Microbiol. (1996), 21, 1037-1047) to create the plasmid pAW210. Expression was induced by adding 0.2% rhamnose to the cultures at an optical density of 0.3 at 600 nm. After 6 hours, cells corresponding to an OD 600 of 10 were harvested, washed and resuspended in 1 ml of disintegration buffer (0.07 M potassium phosphate, pH 7.0) and lysed by sonication (Ultrasonics Sonicator, microtip, 2 × 30 s, Duty cycle 50% pulsed). Clarified extracts were obtained by centrifugation at 14,000 rpm for 10 minutes.
Enzymansätze. Die Racemisierung von L-BH wurde durch ORD-Polarimetrie (Modell 341, Perkin Elmer Bodenseewerk, Überlingen, Deutschland) bei einer Wellenlänge von 295 nm im Standardansatz für Racemase-Enyzm-Aktivität gemessen. 3 mM L-BH wurden in 0,1 M Tris, pH 3, bei 45°C in einem Ultraschallwasserbad gelöst, auf Raumtemperatur gekühlt, und der pH-Wert wurde mit 3 M NaOH auf 8,5 eingestellt. Zu 1 ml Substratlösung wurden 0,1 ml Enzym, das in 0,1 M Tris, pH 8,5, verdünnt war, gegeben und es wurde die Veränderung der optischen Drehung bei 37°C durch Polarimetrie bestimmt (Teves et al., Fresenius' J. Anal. Chem. 1999, 363, 738-743). Die Racemisierung von MTEH und IMH durch HyuA wurde bei Substratkonzentrationen von 0,9 mM bestimmt und durch ORD bei 253 nm und 334 nm aufgezeichnet. Die spezifischen Aktivitäten wurden anhand der anfänglichen Reaktionsgeschwindigkeiten berechnet, die gemäß Teves et al. (1999) bestimmt wurden. Zur Bestimmung der Enzymaktivität durch HPLC wurde 1 mM L-IMH wie oben beschrieben gelöst. Das Gemisch mit 900 μl Enzymlösung wurde 5 Minuten lang bei 37°C inkuziert. Die Reaktion wurde durch Zugabe von 400 μl 14 % Trichloressigsäure und Zentrifugation in einer Eppendorf-Zentrifuge bei voller Drehzahl unterbrochen. 100 μl der Probe wurden mit 0,9 ml 0,1 M TrisHCl, pH 8,5, verdünnt, und D-IMH und L-IMH in dem Überstand wurden per HPLC (Thermoseparation Products, Darmstadt, Deutschland) durch Injektion einer 20-μl-Probe in eine Chiralpak WH-Säule getrennt (0,46 × 25 cm; Daicel Chemicals Industris LTD, Griesheim, Deutschland). Die Säule wurde mit 0,25 mM CuSO4, pH 5,5, äquilibriert. Die Fließgeschwindigkeit betrug 1 ml/min bei 50°C und IMH wurde bei 254 nm nachgewiesen. Die chemische Racemisierung des Substrats wurde berücksichtigt. Die Racemisierung von 1 μM Substrat je Minute wurde als ein Einheitsenzym definiert.Enzyme approaches. The racemization of L-BH was measured by ORD polarimetry (model 341, Perkin Elmer Bodenseewerk, Überlingen, Germany) at a wavelength of 295 nm in the standard approach for racemase enzyme activity. 3 mM L-BH was dissolved in 0.1 M Tris, pH 3, at 45 ° C in an ultrasonic water bath, cooled to room temperature, and the pH was adjusted to 8.5 with 3 M NaOH. 0.1 ml of enzyme, which was diluted in 0.1 M Tris, pH 8.5, was added to 1 ml of substrate solution and the change in the optical rotation at 37 ° C. was determined by polarimetry (Teves et al., Fresenius 'J. Anal. Chem. 1999, 363, 738-743). The racemization of MTEH and IMH by HyuA was determined at substrate concentrations of 0.9 mM and recorded by ORD at 253 nm and 334 nm. The specific activities were calculated from the initial reaction rates, which according to Teves et al. (1999). To determine the enzyme activity by HPLC, 1 mM L-IMH was dissolved as described above. The mixture with 900 ul enzyme solution was incubated at 37 ° C for 5 minutes. The reaction was interrupted by adding 400 μl of 14% trichloroacetic acid and centrifuging in an Eppendorf centrifuge at full speed. 100 ul of the sample was diluted with 0.9 ml of 0.1 M TrisHCl, pH 8.5, and D-IMH and L-IMH in the supernatant were determined by HPLC (Thermoseparation Products, Darmstadt, Germany) by injection of a 20- μl sample separated into a Chiralpak WH column (0.46 × 25 cm; Daicel Chemicals Industris LTD, Griesheim, Germany). The column was equilibrated with 0.25 mM CuSO 4 , pH 5.5. The flow rate was 1 ml / min at 50 ° C and IMH was detected at 254 nm. The chemical racemization of the substrate was taken into account. The racemization of 1 μM substrate per minute was defined as a unit enzyme.
Reinigung von rekombinantem hyuA. Zur Herstellung von Rohextrakt wurden Zellen einer 300-ml-Kultur von Rhamnoseinduziertem E. coli JM109 pAW210 in 3 ml Zerfallspuffer resuspendiert und dreimal durch French-press (Amico, SLM Instruments Inc, Illinois, USA) bei einem Druck von 600 bar gespalten. Festes (NH4)2SO4 wurde allmählich zum zellfreien Extrakt auf eine Konzentration von 1,5 M gegeben und 2 Stunden lang bei 4°C gerührt. Das sich ausbildende Präzipitat wurde durch Zentrifugation (Sorvall) entfernt und verworfen. Weitere 0,7 M (NH4)2SO4 wurden zum Überstand gegeben. Das zweite Präzipitat, das durch Zentrifugation gewonnen wurde, wurde in Puffer A (10 mM Kaliumphosphat, pH 6,5) resuspendiert und auf eine MonoQ® HR 5/5 Säule aufgebracht, die in Puffer A äquilibriert war, und eluierte mit einem linearen Gradienten von 0 bis 1,0 M NaCl in Puffer A. HyuA wurde bei einer Konzentration von 0,37 M NaCl eluiert. Peakfraktionen wurden gepoolt und mit Zerfallspuffer dialysiert, Glycerol wurde auf eine Endkonzentration von 25 % zugegeben und bei –20°C gelagert.Purification of recombinant hyuA. To produce crude extract, cells from a 300 ml culture of rhamnose-induced E. coli JM109 pAW210 were resuspended in 3 ml disintegration buffer and cleaved three times by French press (Amico, SLM Instruments Inc, Illinois, USA) at a pressure of 600 bar. Solid (NH 4 ) 2 SO 4 was gradually added to the cell-free extract to a concentration of 1.5 M and stirred at 4 ° C for 2 hours. The precipitate which formed was removed by centrifugation (Sorvall) and discarded. Another 0.7 M (NH 4 ) 2 SO 4 was added to the supernatant. The second precipitate which was collected by centrifugation, was dissolved in buffer A (10 mM potassium phosphate, pH 6.5), resuspended and applied to a MonoQ 5/5 column ® HR equilibrated in buffer A, and eluted with a linear gradient from 0 to 1.0 M NaCl in buffer A. HyuA was eluted at a concentration of 0.37 M NaCl. Peak fractions were pooled and dialyzed with decay buffer, glycerol was added to a final concentration of 25% and stored at -20 ° C.
Proteincharakterisierung. Eine Natriumdodecylsulfatpolyacrylamid-Gelelektrophorese (SDS-PAGE) wurde gemäß dem Verfahren von Laemmli (Laemmli, Nature (1970), 227, 680–685) durchgeführt. Proteinkonzentrationen wurden mit dem Verfahren von Bradford (Bradford, Anal. Biochem. (1976), 72, 248–254) unter Verwendung des Biorad Protein Assay Farbstoffreagenzkonzentrat bestimmt. Standardkurven wurden mit Rinderserumalbumin erzeugt. Mr von nativem Protein wurde per Gelfiltration unter Verwendung einer Superose12HR Säule wie zuvor beschrieben bestimmt (Wilms et al., J. Biotechnol. (1999), 68, 101–113), die Säule wurde äquilibriert und eluierte mit einem Puffer aus 0,1 M Kaliumphosphat und 0,1 M NaCl, pH 7. Das pH-Profil der gereinigten Racemase wurde zwischen dem pH-Bereich von 7,0 bis 9,5 in Tris-Puffer gemessen. Das Substrat wurde in 0,1 M Tris, pH 3, bei 45°C unter Verwendung eines Ultraschallwasserbades gelöst. Nach dem Kühlen auf Raumtemperatur wurde der pH-Wert mit Natriumhydroxid auf den gewünschten pH-Wert eingestellt und die Enzymaktivität wurde mit dem Standardansatz ermittelt. Die optimale Reaktionstemperatur der gereinigten Racemase wurde unter Verwendung von Temperaturen zwischen 25 und 65°C im Standardansatz bestimmt. Die Stabilität des Enzyms wurde nach einer Vorinkubation bei Temperaturen zwischen 25 und 70°C 15 Minuten lang in Anwesenheit von jeweils Zerfallspuffer und 0,1 M Tris-Puffer, pH 8,5, bestimmt. Die erhöhte chemische Racemisierung wurde jeweils bei hohem pH-Wert und hohen Temperaturen betrachtet. Die Wirkung von EDTA, DTT, HgCl2 und Iodoacetamid auf HyuA wurde durch Inkubation der jeweiligen Substanz (10 mM) und des gereinigten Enzyms (12 μg) in Zerfallspuffer (Endvolumen 20 μl) bei 30°C getestet. Nach 1 Stunde wurden die spezifischen Aktivitäten mit dem Standardenzymansatz bestimmt.Protein characterization. Sodium dodecyl sulfate polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE) was performed according to the method of Laemmli (Laemmli, Nature (1970), 227, 680-685). Protein concentrations were determined using the Bradford method (Bradford, Anal. Biochem. (1976), 72, 248-254) using the Biorad Protein Assay dye reagent concentrate. Standard curves were generated with bovine serum albumin. M r of native protein was determined by gel filtration using a Superose12HR column as previously described (Wilms et al., J. Biotechnol. (1999), 68, 101-113), the column was equilibrated and eluted with a buffer from 0, 1 M potassium phosphate and 0.1 M NaCl, pH 7. The pH profile of the purified racemase was measured between pH 7.0 and 9.5 in Tris buffer. The substrate was dissolved in 0.1 M Tris, pH 3, at 45 ° C using an ultrasonic water bath. After cooling to room temperature, the pH was adjusted to the desired pH with sodium hydroxide and the enzyme activity was determined using the standard approach. The optimal reaction temperature of the purified racemase was determined using temperatures between 25 and 65 ° C in the standard batch. The stability of the enzyme was determined after preincubation at temperatures between 25 and 70 ° C. for 15 minutes in the presence of each decay buffer and 0.1 M Tris buffer, pH 8.5. The increased chemical racemization was considered at high pH and high temperatures. The effect of EDTA, DTT, HgCl 2 and iodoacetamide on HyuA was tested by incubating the respective substance (10 mM) and the purified enzyme (12 μg) in decay buffer (final volume 20 μl) at 30 ° C. After 1 hour, the specific activities were determined using the standard enzyme approach.
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