DE2217745A1 - Penicillin acylase prepn - from e scherichia coli - Google Patents
Penicillin acylase prepn - from e scherichia coliInfo
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Abstract
Description
Reine, kristalline Penicillinacylase und Verfahren zu ihrer Herstellung Die vorliegende Erfindung betrifft das reine, kristalline Enzym Penicillinacylase aus Escherichia coli und das Verfahren zu dessen Herstellung.Pure crystalline penicillin acylase and process for its preparation The present invention relates to the pure, crystalline enzyme penicillin acylase from Escherichia coli and the process for its preparation.
Penicillinacylase (Penicillinamidase, Penicillindeacylase) (EC (Enzyme Comission) 3.5.1.11) ist ein seit längerem bekanntes Enzym (K. Sakaguchi und S. Murao, J. agr. Rohem. Soc., Japan, 23, 411 (1950)), das die Amidbindung in 6-Stellung von Benzylpenicillin unter Bildung von 6-Aminopenicillansäure (6APS)und Phenylessigsäure hydrolysiert. Das Vorkommen dieses Enzyms wurde in einer grossen Zahl von Bakterien und Pilzen nachgewiesen (J.M.T. Hamilton-Miller, Bact.Rev. 30, 761 (1966)). Penicillinacylase aus E.coli hat eine breite Spezifität; neben Benzylpenicillin werden eine grosse Zahl anderer Penicilline, z.B. Penicillin X und Ampicillin, sowie zahlreiche am Amidstickstoff aliphatisch oder aromatisch substituierte Amide der Phenylessigsäure und ihrer am a-C oder am Benzolring substituierten Derivate hydrolysiert tM. Oole, Biochem. J. 115, 733 (1969); W. Kaufmann und K. Bauer, Nature 203, 520 (1964)).Penicillin acylase (penicillin amidase, penicillin deacylase) (EC (enzymes Commission) 3.5.1.11) is an enzyme that has been known for a long time (K. Sakaguchi and S. Murao, J. agr. Rohem. Soc., Japan, 23, 411 (1950)), which has the amide bond in the 6-position of benzylpenicillin to form 6-aminopenicillanic acid (6APS) and phenylacetic acid hydrolyzed. This enzyme has been found in large numbers of bacteria and fungi (J.M.T. Hamilton-Miller, Bact. Rev. 30, 761 (1966)). Penicillin acylase from E. coli has a broad specificity; in addition to benzylpenicillin, there will be a large Number of other penicillins, e.g. penicillin X and ampicillin, as well as numerous am Amide nitrogen, aliphatic or aromatic substituted amides of phenylacetic acid and their derivatives substituted on the a-C or on the benzene ring hydrolyzed tM. Oole, Biochem. J. 115, 733 (1969); W. Kaufmann and K. Bauer, Nature 203, 520 (1964)).
Dle Wirkung des Enzyms wird weltweit in grosstechnischem Mapstab genutzt zur Herstellung von 6APS aus Benzylpenicillin.The effect of the enzyme is used worldwide in large-scale technical maps for the production of 6APS from benzylpenicillin.
Die technische Durchführung dieses Verfahrens erfolgte bisher durch Verwendung der ganze, das Enzym enthaltenden, Zellen (deutsche Patentschrift 1 111 778) oder eines aus den Zellen extrahierten, jedoch nicht weitergereinigten Enzyms (USA-Patentschrift 3,297,546), oder des ungereinigten, an Bentonit adsorbierten Enzyms (USA-Patentachrift 3,446,7o).The technical implementation of this process has so far been carried out by Use of the whole cells containing the enzyme (German patent specification 1 111 778) or an enzyme extracted from the cells but not further purified (U.S. Patent 3,297,546), or the crude adsorbed on bentonite Enzyme (U.S. Patent 3,446,7o).
Im letzteren Falle beschreiben die Beispiele das Verfahren nur für die Penicillinacylase aus Bacillus megaterium und aus Streptomyces, so dass sich daraus keine Hinweise für das Enzym aus E.coli gewinnen lassen.In the latter case, the examples describe the procedure only for the penicillin acylase from Bacillus megaterium and from Streptomyces, so that no evidence for the enzyme from E. coli can be obtained from this.
Die Adsorption von Proteinen und Enzymen an Bentonit ist zwar bekannt (Methods in Enzymology, Vol. I, 96), doch ist e6 bisher nur in den seltensten Fellen gelungen, ein adsorptiv gebundenes Enzym in guter Ausbeute und erhöhter Reinheit wieder zu eluieren.The adsorption of proteins and enzymes on bentonite is known (Methods in Enzymology, Vol. I, 96), but so far e6 has only been found in the rarest of skins succeeded in producing an adsorptively bound enzyme in good yield and increased purity to elute again.
Die Verwendung der ganzen Zellen oder des extrahierten, Jedoch ungereinigten Enzyms hat jedoch verschiedene Nachteile.Use whole cells or extracted, but unpurified However, the enzyme has several disadvantages.
Insbesondere ist ein solcher Nachteil die Zersetzung eines Teils des eingesetzten Penicillins durch die Wirkung anderer in den rohen Präparaten enthaltener Enzyme, insbesondere der Penicillin-B-Lactamase, und dadurch verursacht eine verminderte Ausbeute an 6APS. Ein anderer wichtiger Nachteil ist eine Verunreinigung der 6APS durch Proteine, welche zu allergischen Reaktionen bei der Anwendung der aus dieser 6APS hergestellten synthetischen Penicilline am Menschen führen können. Diese Verunreinigungen lassen sich nur durch aufwendige und verlustreiche Reinigungsschritte aus der 6APS entfernen.In particular, one such disadvantage is the decomposition of part of the penicillins used by the action of others contained in the raw preparations Enzymes, especially penicillin B-lactamase, and thereby caused a decreased Yield of 6APS. Another important disadvantage is contamination of the 6APS by proteins, which lead to allergic reactions when using the from this 6APS produced synthetic penicillins in humans. These impurities can only be removed from the 6APS through complex and lossy cleaning steps remove.
Die genannten Nachteile bei der Verwendung ganzer Zellen oder eines rohen, zellfreien Enzyms werden bei der Verwendung eines reinen Penicillinacylase-Präparates vermieden. Bisher stand jedoch ein einfaches, technisch durchführbares Verfahren zur Reindarstellung des Enzyms nicht zur Verfügung.The disadvantages mentioned when using whole cells or one raw, cell-free enzyme are obtained when using a pure penicillin acylase preparation avoided. So far, however, there has been a simple, technically feasible process not available for the pure preparation of the enzyme.
Die teilweise Reinigung der Penicillinacylase in kleineren Mengen ist bereits verschiedentlich beschrieben worden (P.S. Borkar et al., Hindustan Antibiotics Bull. 4, 152, (1961); A. Szentirmai, Acta Microbiologica Acad. Sci. Hung.The partial purification of penicillin acylase in smaller quantities has already been described variously (P.S. Borkar et al., Hindustan Antibiotics Bull. 4, 152, (1961); A. Szentirmai, Acta Microbiologica Acad. Sci. Hung.
12, 395, (1966); D.A. Self et al., Biotechnology and Bioengeneering 11, 337, (1969)). Diese Verfahren laufen über mehrere Fällungs-, Adsorptions- oder Chromatographie-Stufen und erbringen nur geringe Ausbeuten. Eine teilweise Reinigung in grösserem Maßstab durch Fällung mit Tannin und Reinigung mit verschiedenen Ionenaustauschern ist ferner in der Deutschen Offenlegungsschrift 1 907 365 beschrieben. Ein als elektrophoretisch homogen bezeichnetes Acylase-Präparat wurde von Bondareva et al. (Biochemistry (Russ.) 34, 76, (1969)) im Laboratoriumsmaßstab durch Ammoniumsulfat-Fällung, Chromatographie an CM-Cellulose und Chromatographie an DEAE-Cellulose in 27 % Ausbeute erhalten. Die Kristallisation der Penicillinacylase wurde bisher nicht beschrieben. Diese bekannten Verfahren liefern entweder nur ein teilgereinigtes Enzym oder sind kompliziert und verlustreich.12, 395, (1966); THERE. Self et al., Biotechnology and Bioengineering 11, 337, (1969)). These processes run over several precipitation, adsorption or Chromatography stages and only give low yields. A partial cleaning on a larger scale by precipitation with tannin and purification with various ion exchangers is also described in German Offenlegungsschrift 1 907 365. One as electrophoretic Acylase preparation labeled homogeneously was described by Bondareva et al. (Biochemistry (Russ.) 34, 76, (1969)) on a laboratory scale by ammonium sulfate precipitation, chromatography obtained on CM cellulose and chromatography on DEAE cellulose in 27% yield. The crystallization of penicillin acylase has not yet been described. These known processes either only provide a partially purified enzyme or are complicated and lossy.
Es bestand daher das Bedürfnis für ein einfaches Verfahrenzur Herstellung der reinen Penicillinacylase.There has therefore been a need for a simple method of manufacture of pure penicillin acylase.
Darüberhinaus war die Kristallisation erstrebenswert, da sie einerseits ein Reinheits-Kriterium ist und andererseits die Kristallsuspension eine stabile Aufbewahrungs- und Transportform des Enzyms darstellt.In addition, the crystallization was desirable because on the one hand it is a purity criterion and, on the other hand, the crystal suspension is stable Represents the storage and transport form of the enzyme.
Die vorliegende Erfindung beschreibt ein Verfahren, das es erlaubt, die reine Penicillinacylase aus E.coli in einfacher Weise zu gewinnen und zu kristallisieren. Durch den Adsorptions-/Elutionsschritt mit Betonit wird eine starke Reduktion des Voluens erzielt, die eine Durchführung des erfindungsgemässen Verfahrens im technischen Maßstab ermöglicht.The present invention describes a method that allows to obtain and crystallize the pure penicillin acylase from E. coli in a simple manner. The adsorption / elution step with betonite greatly reduces the Volume achieved, the implementation of the inventive method in the technical Scale enables.
Die Aktivität der erfindungsgemäss hergestellten Penicillinacylase uird durch einen neuartigen kolorimetrischen Test bestimmt, der die breite Spezifität des Enzyms ausnutzt (E. Rauenbusch, ablikation in Vorbereitung). Als Substrat dient 6-Nitro-3-@-phenylacetyl-)amino-benzoesäure (NIPAB). Die Messung erfolgt an 0,002 M Lösung PH 7,5, 250C bei 405 nm. Der molare Extinktionskoeffizient der bei der Reaktion entstehenden 6-Nitro-3-amino-benzoesäure beträgt 9090 1 Mol cm-l 1. Eine enzymatische einheit (E) spaltet 1µMol des Substrats pro Minute. Die Spaltung von Benzylpenicillin unter den gleichen Bedingungen ist etwa 1,5-fach schneller. Die spezifischen Aktivitäten sind auf nach der Biuret-Methode bestimmtes Protein bezogen.The activity of the penicillin acylase produced according to the invention u is determined by a novel colorimetric test, which has a broad specificity exploits the enzyme (E. Rauenbusch, ablication in preparation). Serves as a substrate 6-nitro-3 - @ - phenylacetyl) aminobenzoic acid (NIPAB). The measurement is made at 0.002 M solution PH 7.5, 250C at 405 nm. The molar extinction coefficient of the 6-nitro-3-aminobenzoic acid formed in the reaction is 9090 1 mol cm-l 1. One enzymatic unit (E) breaks down 1 µmol of the substrate per minute. The split from Benzylpenicillin under the same conditions is about 1.5 times faster. the specific activities are related to protein determined by the biuret method.
Nach dem erfindungsgemäßen Verfahren geht man von einem Rohextrakt aus E.coli-Zellen aus. Dieser wird z.B. aus einer nach DP 1 111 778 hergestellten Kultur der E.coli-Zellen oder vorzugsweise aus der in der deutschen Patentanmeldung (p 21 54 213.2) beschriebenen Mutante E.coli ATCC 21 728 durch Behandlung mit 3 % Methylisobutylketon bei pH 7-8 oder durch mechanischen Aufschluß gewonnen, wobei die Penicillinacylase zu 70-90 % in Lösung gebracht wird.The process according to the invention starts with a crude extract from E. coli cells. This is e.g. made from one according to DP 1 111 778 Culture of the E. coli cells or preferably from the one in the German patent application (p 21 54 213.2) described mutant E. coli ATCC 21 728 by treatment with 3 % Methyl isobutyl ketone at pH 7-8 or obtained by mechanical digestion, with the penicillin acylase is brought into solution to 70-90%.
Dieser Rohextrakt wird nach dem erfindungsgemässen Verfahren zur leichteren Ausfällung der Zelltrümmer und gleichzeitigen Reinigung der Penicillinacylase durch Ausfällung von inaktivem Protein und anderer Begleitstoffe durch Zusatz einer Mineralsäure, z.B. HC1, HNO3, H2SO4, HSPO4, oder einer anderen starken Säure, z.B. Essigsäure, auf einen pH-Wert von 3,5-5,5, vorzugeweise 5,o, gebracht und das ausgefällte Material in üblicher Weise durch Zentrifugieren oder Filtrieren abgetrennt und verworfen. This crude extract is used according to the inventive method easier precipitation of cell debris and simultaneous purification of penicillin acylase by precipitation of inactive protein and other accompanying substances by adding a Mineral acid, e.g. HC1, HNO3, H2SO4, HSPO4, or another strong one Acid, e.g. acetic acid, brought to a pH of 3.5-5.5, preferably 5.0 and the precipitated material in the usual manner by centrifugation or filtration separated and discarded.
Aus der als überstand gewonnenen klaren Lösung wird die Per-icillinacylase durch Zugabe eines Aluminium-Silikat-Mlnerals, vorzugsweise vom Montmorillonit-Typ, vorzugsweise se Bentonit, adsorptiv gebunden; das Mineral wird in üblicher Weite durch Filtration oder Zentrifugation abgetrennt und die Penleillinacylase aus dem Rückstand mit einer geeigneten Salzlößang eluiert.The clear solution obtained as the supernatant becomes pericillin acylase by adding an aluminum silicate material, preferably of the montmorillonite type, preferably se bentonite, bound by adsorption; the mineral is in usual size separated by filtration or centrifugation and the penleillin acylase from the Eluted residue with a suitable salt loess.
Die Adsorption der Penicillinacylase an das Mineral kann bei einer spezifischen Leitfähigkeit der Lösung von o-5 mS und einem pH-Wert von 3,5-8,0 erfolgen. In der bevorzugten Ausführung des erfindungsgemässen Verfahrens wird eine Leitfähigkeit von l-4 m$ und ein pH-Wert von 5,o eingehalten. Die einstellung der Lösung des Enzyms auf die gewünschte Leitfähigkeit kann durch Verdünneb ; durch Entsalzung mit Mischbettionenaustauschern und durch andere übliche Entsalzungsverfahren erfolgen. Die beste Ausbeute und Anreicherung bei der anschliessenden Elution wird ersielt wenn gerade soviel Bentonit zugesetzt wird, wie zur loo %igen adsorption des Enzyms erforderlich iat, was durch Messung der Aktivität in einer Probe des Überstandes geprüft wird. Unter den bevorzugten Bedingungen sind das etwa 2,o-5,o g Bentonit/g gelöstes Protein. Eine noch bessere Reinigung wird erzielt, wenn man eine fraktionierte Fällung vornimmt, indem man zuerst etwa 1/5 der Gesamtmenge an Bentonit zugibt, wobei fast ausschliesslich inaktives Fremdprotein adsorbiert wird. Nach Abtrennen des zugesetzten Bentonits wird sodann durch Zugabe der Restmenge die Panicillinacylase adsorbiert. Zur Elution der adsorbierten Penicillinacylase werden o,l-l,o molare wässrige Lösungen anorganischer oder organischer Salze, z.B. Phosphat, Sulfat, Acetat, bei einem pH-Wert von 6,o-9,o verwendet. Vorzugsweise werden o,l-l,o molare Lösungen von Na- oder K-Acetat bei pH 8,5 verwendet, da hierbei im Vergleich zu Salzen zweiwertiger und dreiwertiger Anionen bevorzugt Penicillinacylase eluiert wird. Insgesamt wird durch die Adsorption an Bentonit und Elution des Enzyms eine 4-6-fache Anreicherung in etwa 70-9o 96 Ausbeute erzielt. Die besonderen Vorteile dieses Reinigungsschritts liegen in der Einfachheit der Durchführung auch in technischem Maßstab, der Volumenreduktion der das Enzym enthaltenden Lösung auf l/lo des Rohextraktes und der Gewinnung einer konzentrierten Lösung des angereicherten Enzyms, die die weitere Verarbeitung wesentlich erleichtert.The adsorption of penicillin acylase to the mineral can occur in a specific conductivity of the solution of o-5 mS and a pH of 3.5-8.0. In the preferred embodiment of the method according to the invention, a conductivity of l-4 m $ and a pH value of 5, o observed. The discontinuation of the solution of the enzyme the desired conductivity can be achieved by diluting; by desalination with mixed bed ion exchangers and by other common desalination processes. The best yield and enrichment in the subsequent elution, just enough bentonite is obtained as required for the 100% adsorption of the enzyme, which is determined by measurement the activity is checked in a sample of the supernatant. Among the preferred Conditions are about 2, o-5, o g bentonite / g dissolved protein. An even better one Purification is achieved when fractional precipitation is carried out by first add about 1/5 of the total amount of bentonite, almost exclusively inactive Foreign protein is adsorbed. After separating the added bentonite, then by adding the remaining amount the panicillin acylase adsorbed. To the Elution of the adsorbed penicillin acylase becomes o, l-l, o molar aqueous solutions inorganic or organic salts, e.g. phosphate, sulfate, acetate, at a pH value used by 6, o-9, o. Preferably, o, l-l, o molar solutions of Na or K acetate is used at pH 8.5 because it is divalent and divalent compared to salts trivalent anions preferentially penicillin acylase is eluted. Overall is through the adsorption on bentonite and elution of the enzyme a 4-6-fold enrichment in about 70-9o 96 yield achieved. The special advantages of this cleaning step lie in the simplicity of implementation on a technical scale, the volume reduction the solution containing the enzyme to 1 / lo of the crude extract and the recovery of a concentrated solution of the enriched enzyme, which makes further processing essential relieved.
Die weitere Reinigung der Penicillinacylase bis zum reinen Enzymprotein erfolgt nach dem erfindungsgemäßen Verfahren durch Chromatographie an geeigneten makroporösen Ionenaustauschern und anschließende Kristallisation. Dabei kann man entweder durch Behandlung mit einem Anionenaustauscher oder einem Kationenaustauscher eine Lösung des teilgereinigten Enzyms gewinnen, aus der sich das reine Enzym durch Zusatz eines fällenden Salzes kristallisieren läßt. Oder man gewinnt in 2 Schritten durch Behandlung mit einem Kationenaustauscher und einem Anionenaustauscher in beliebiger Reihenfolge eine Lösung des reinen homogenen Enzyms, aus der das Enzym dann ebenfalls kristallisiert werden kann. The further purification of the penicillin acylase up to the pure enzyme protein takes place according to the process according to the invention by chromatography on suitable macroporous ion exchangers and subsequent crystallization. You can either by treatment with an anion exchanger or a cation exchanger win a solution of the partially purified enzyme, from which the pure enzyme is produced Can crystallize addition of a precipitating salt. Or you win in 2 steps by treatment with a cation exchanger and an anion exchanger in any Order a solution of the pure homogeneous enzyme, from which the enzyme then likewise can be crystallized.
Als Anionenaustauscher eignen sich insbesondere mit basischen Gruppen substituierte Cellulose, z.B. Aminoäthylcellulose, Diäthylaminoäthylcellulose (DEAE-Cellulose), Triäthylaminoäthylcellulose (TEAE-Cellulose d entsprechende quervernetzte Dextrane, z.B. DEAE-Sephadex W und QAE-Sephadex t Die Reinigung an diesen Anionenaustauschern kann erfolgen bei pH 6,5-9,0. Bevorzugt wird das Verfahren in Form einer Säule durchgeführt. Particularly suitable anion exchangers are those with basic groups substituted cellulose, e.g. aminoethyl cellulose, diethylaminoethyl cellulose (DEAE cellulose), Triethylaminoethyl cellulose (TEAE cellulose d corresponding cross-linked dextrans, e.g. DEAE-Sephadex W and QAE-Sephadex t The cleaning on these anion exchangers can be done at pH 6.5-9.0. Preferred the procedure will be in shape carried out on a column.
Das Enzym wird aus einer verdünnten Salzlösung adsorbiert und durch Erniedrigen des pH oder Erhöhung der Salzkonzentration im Elutionspuffer eluiert. Die Penicillinacylase-ARtivität ist regelmäßig im ersten von der Säule eluierten Proteingipfel enthalten. Bevorzugt erfolgt die Elution mit einem Konzentrationsgradienten von 0,01 bis 0,1 M Phosphat pH 7 0. Die Ausbeute in diesem Reinigungsschritt beträgt 30-90 %.The enzyme is adsorbed from a dilute saline solution and through Lower the pH or increase the salt concentration in the elution buffer. Penicillin acylase activity is regularly in the first one to be eluted from the column Contains protein crops. The elution is preferably carried out with a concentration gradient from 0.01 to 0.1 M phosphate pH 7 0. The yield in this purification step is 30-90%.
Als Kationenaustauscher eignen sich insbesondere mit sauren Gruppen substituierte Cellulose, z.B. Sulioäthyl-Cellu1ose Phospho-Cellulsose, Carboxymethyl-Cellulose, quervernetzte Dextrane, z.B.Particularly suitable cation exchangers are those with acidic groups substituted cellulose, e.g. sulfoethyl cellulose, phospho-cellulsose, carboxymethyl cellulose, cross-linked dextrans, e.g.
SE-Sephadex, SP-Sephadex, CM-Sephadex und Acrylamidgele,z.B.SE-Sephadex, SP-Sephadex, CM-Sephadex and acrylamide gels, e.g.
CM-Bio-Gel oder nach Biochemistry 0 4074 (1969) hergestellte carboxylgruppenhaltige Polyacrylamid-Gole und makrotoröse Harzionenaustauscher, z.B. Lewatit R SP-100, SP-120, CNPo Die Adsorption der Penicillinacylase an die Kationenaustauscher erfolgt aus 0,001-0,1 M Salzlösung bei pH 3,5-6,0, vorzugsweise bei pH 5,0 entweder durch Zugabe des Ionenaustauschers zu der Lösung des Enzyms oder durch Überleiten der Enzym-Lösung über eine mit dem Austauscher gefüllte Säule. Die Elution erfolgt entweder bei einem höheren pH-Wert von 6,0-8,5 oder vorteilhafter bei gleichbleibendem pH durch Erhöhung der Salzkonzentration stufenweise oder in Form eines linearen Gradienten0 Die bevorzugte Ausführung des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Darstel lung der reinen Penicillinacylase ist die Elution bei pH 5p0 durch einen linearen Gradienten von 0,05-0,5 M Natrium- oder Kalium-Acetat. Die Elution der Penicillinacylase erfolgt unter diesen Bedingungen als scharfe Zone bei etwa 0,2 M Natriumacetat in 80-90% Ausbeute.CM-Bio-Gel or those containing carboxyl groups produced according to Biochemistry 0 4074 (1969) Polyacrylamide gels and macrotorous resin ion exchangers, e.g. Lewatit R SP-100, SP-120, CNPo The penicillin acylase is adsorbed onto the cation exchanger from 0.001-0.1 M saline solution at pH 3.5-6.0, preferably at pH 5.0 either by Adding the ion exchanger to the solution of the enzyme or by passing over the Enzyme solution through a column filled with the exchanger. Elution takes place either at a higher pH value of 6.0-8.5 or more advantageously at constant pH by increasing the salt concentration in stages or in the form of a linear gradient0 The preferred embodiment of the method according to the invention for the presen- tation of the pure penicillin acylase is elution at pH 5p0 through a linear gradient from 0.05-0.5 M sodium or potassium acetate. The penicillin acylase is eluted under these conditions as a sharp zone at about 0.2 M sodium acetate in 80-90% Yield.
Aus den durch Verwendung von Anionenaustauschern allein oder in Verbindung mit einem Kationenaustauscher erhaltenen Lösungen der hochangereicherten Penicllinacylase wird das Enzym durch ausfällung mit einem geeigneten Salz, vorzugsweise Ammoniumsulfat zur Kristallisation gebracht. Der Zusatz des Salzes kann als konzentrierte Lösung oder in fester Form erfolgen. Sehr verdünnte Lösungen des Enzyms werden zuvor zweckiiäßigerweise nach bekannten Verfahren konzentriert, z.B. durch Membranfiltration oder durch Ausfällung mit Ammoniumsulfat bis 70 % Sättigung und Wiederauflösen des Niederschlags in einem kleineren Volumen. Die Kristallisation erfolgt je nach Proteinkonzentration aus 45-55 % gesättigter Ammoniumsulfat-Lösung, bevorzugt bei einem pH von 6,0-7,0 und Raumtemperatur innerhalb einiger Tage.From the use of anion exchangers alone or in combination solutions of the highly enriched peniclin acylase obtained with a cation exchanger the enzyme becomes through precipitation with a suitable salt, preferably Brought ammonium sulfate to crystallize. The addition of the salt can be considered concentrated Solution or in solid form. Very dilute solutions of the enzyme are used beforehand conveniently concentrated by known methods, e.g. by membrane filtration or by precipitation with ammonium sulfate to 70% saturation and redissolving the Precipitation in a smaller volume. Crystallization takes place depending on the protein concentration from 45-55% saturated ammonium sulfate solution, preferably at a pH of 6.0-7.0 and room temperature within a few days.
Schnell gebildete Kristalle haben unter dem Mikroskop die Form zersplitterter Nadeln. Bei langsamer Kristallisation erhält man sehr regelmäßige Tafeln (Figur 1: Abzeichnung einer Aufnahme bei 200-facher Vergr$ßerung). Die Lösung des kristallisierten Enzyms gibt in der Disk-Elektrophorese (7 % Gel, pH 8,9) nur 1 scharfe Bande (Figur 2).Crystals that form quickly have the shape of splintered ones under the microscope Needles. With slow crystallization one obtains very regular tables (fig 1: Copy of a picture at 200x magnification). The solution of the crystallized Enzyme gives only 1 sharp band in disk electrophoresis (7% gel, pH 8.9) (Fig 2).
Die reine kristalline Penicillinacylase ist durch folgende Eigenschaften charakterisiert: Spezifität: Spaltung von Benzylpenicillin, N-Phenacetyl-L-asparagin, 6-Nitro-3(N-phenacetyl)aminobenzoesäure und anderer Amide der Phenylessigsäure.The pure crystalline penicillin acylase is characterized by the following properties characterized: specificity: cleavage of benzylpenicillin, N-phenacetyl-L-asparagine, 6-Nitro-3 (N-phenacetyl) aminobenzoic acid and other amides of phenylacetic acid.
Molgewicht: 71000 + 2000 aus dem Sedimentationsgleichgewicht mit einem partiellen spezifischen Volumen von v = 0,665 ml/g; 70000 t 5000 aus der Dünnschichtgelfiltration Sedimentationskoeffizient: S20 ,w= 2,56# 0,035 bei pH 7,4 Uv-Spektrum (Figur 3): in Phosphatpuffer pH 7,0 (A) und in 0,1 N NaOH (B) CD-Spektrum: pH 4-10, (Figur 4) Bedingungen: <250 nm: 0,085 mg/ ml, d=0,lcm; >250 nm: 0,85 mg/ml, d = 1cm [Aminosäureanalyse} Isoelektrischer Punkt: 6,8 + 0,2 (bestimmt durch Elektrofokussierung) SephadextY : eingetragenes Warenzeichen der Pharmacia Fine Chemicals AB, Uppsala Biogel R : eingetragenes Warenzeichen der Bio-Rad Laboratories lewatit R : eingetragenes Warenzeichen der Farbenfabriken Bayer AG Beispiel 1 a) Der zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens benötigte Rohextrakt aus E. coli-Zellen wird gewonnen , indem man eine Kuleur von E. Coli ATCC 21 728 durch Zentrifugation zu eiem Schlann Zonzentriert und die Zellon nach bekannten mechanischer Verfahren, gegebenenfalls unter Zusatz von 3 % Methylisobutylketon, aufschließt.Molecular weight: 71000 + 2000 from the sedimentation equilibrium with one partial specific volume of v = 0.665 ml / g; 70,000 t 5,000 from thin-layer gel filtration Sedimentation coefficient: S20, w = 2.56 # 0.035 at pH 7.4 Uv spectrum (Figure 3): in phosphate buffer pH 7.0 (A) and in 0.1 N NaOH (B) CD spectrum: pH 4-10, (FIG 4) Conditions: <250 nm: 0.085 mg / ml, d = 0.1 cm; > 250 nm: 0.85 mg / ml, d = 1 cm [Amino acid analysis} Isoelectric point: 6.8 + 0.2 (determined by electrofocusing) SephadextY: registered trademark of Pharmacia Fine Chemicals AB, Uppsala Biogel R: registered trademark of Bio-Rad Laboratories lewatit R: registered Trademark of Farbenfabriken Bayer AG Example 1 a) The zur Implementation of the method according to the invention required crude extract from E. coli cells is obtained by making a Kuleur of E. Coli ATCC 21 728 by centrifugation Concentrated to a Schlann and the Zellon according to known mechanical methods, optionally with the addition of 3% methyl isobutyl ketone, opens up.
b) 610 Ltr. eInes so erhaltenen Rohextraktes, enthaltend 1,3.b) 610 liters of a crude extract obtained in this way, containing 1.3.
106 E, wurdon erfindungsgemäß mit entionisiertem Wasser auf 2100 Ltr. vordünnt, mit Schwefelsäure auf pH 5,0 eingestellt und zentrifugiert. Im klaren Überstand fand man 1,42.106 E mit einer spezifischen Aktivität von 0,421 E/mgO Unter Nach stellen des pH auf 5,0 wurden 13,8 kg Bentonit (Typ B Fa. Erbslöh) eingerührt und nach 30 Min. in einer Durchlauf zentrifuge abgetrennt. Der abgetrennte Bentonit wurde mit 90 Ltr. 0,5 M Natriumecetst ösung pH 8,0 eluiert und abfiltriert. Erhalten wurden 92,5 Ltr., enthaltend 1,12.106E (86%) mit einer spezifischen Aktivität von 1,64 E/mg. 106 U, according to the invention with deionized water to 2100 Ltr. Pre-diluted, adjusted to pH 5.0 with sulfuric acid and centrifuged. In the clear The supernatant was found to be 1.42.106 U with a specific activity of 0.421 U / mgO sub After the pH had been set to 5.0, 13.8 kg of bentonite (type B from Erbslöh) were stirred in and separated after 30 minutes in a centrifuge. The separated bentonite was eluted with 90 liters of 0.5 M sodium acetate solution, pH 8.0, and filtered off. Obtain were 92.5 liters, containing 1.12.106E (86%) with a specific activity of 1.64 U / mg.
c)1 Ltr. des nach b0 erhaltenen Bentonit-Eluats wurden gegen 0,0001 M kaliumphosphatpuffer pH 7,0 dialysiert : 8250 E 1,8 E/mg.c) 1 liter of the bentonite eluate obtained according to b0 was against 0.0001 Dialyzed potassium phosphate buffer pH 7.0: 8250 U 1.8 U / mg.
Die Enzymlösung wurde über eine Säule 10x15 cm aus DEAE-Sephadex A-50 im gleichen puffer gegeben. Anschließend wurde mit einem linearen Gradienten aus je 2 Ltr. 0,01 und 0,1 M Puffer pH 7,0 eluiet. Es wurden Fraktionen von 25 ml aufgefangen. Penioillinacylase fand sich in den Fraktionen 110-170 ; 1,2 Ltr. 6760 E (83%) 6 E/mg. The enzyme solution was made of DEAE-Sephadex through a column 10 × 15 cm A-50 given in the same buffer. This was followed by a linear gradient eluted from 2 liters of 0.01 and 0.1 M buffer pH 7.0 each. There were fractions of 25 ml caught. Penioillin acylase was found in fractions 110-170; 1.2 l 6760 U (83%) 6 U / mg.
d) Die Lösung aus c) wurde durch Zusatz von festem Ammoniumsulfat (472 Z/Ltr.) gefällt, der Miederschlag abzentrifugiert und in Wasser gelöste Ein Teil dieser Lösungen enthalten 4700 E, wurde mit Ammoniumsulfat bis 46 % Sättigung versetzt, klarzentrifugiert und bei Raumtemperatur aufbewahrt.d) The solution from c) was obtained by adding solid ammonium sulfate (472 ct / liter) precipitated, centrifuged off the bodice and dissolved a in water Part of these solutions contain 4700 E, with ammonium sulfate to 46% saturation offset, centrifuged until clear and stored at room temperature.
Innerhalb einer Woche setzte die Kristallisation ein. Die Kristalle wurden abzentrifugiert, in 0,01 M Phosphatpuffer gelöst und gegen den gleichen Puffer dialysiert: 3300 E (70 56) mit 12,45 E/mgO Beispiel 2 60 Ltr. eines nach Beispiel 1 a) hergestellten aufgeschlossenen Rohextraktes wurden auf pH 5,0 eingestellt und zentrifugiert. Die überstehende klare Lösung enthielt 155.000 E der spezifischen Aktivität 0,3 E/mg. Durch Zusatz von Mischbett-Ionenaustauschern warde bis auf 1,0 mS entsalzt. Zu dieser Lösung wurden bei PH 5,0 zuerst 200 g Bentonit (Typ SF, Fa. Crystallization began within a week. The crystals were centrifuged off, dissolved in 0.01 M phosphate buffer and against the same buffer dialyzed: 3300 U (70 56) with 12.45 U / mgO Example 2 60 liters of one according to the example 1 a) prepared digested crude extract were adjusted to pH 5.0 and centrifuged. The supernatant clear solution contained 155,000 U of the specific Activity 0.3 U / mg. The addition of mixed-bed ion exchangers resulted in up to 1.0 MS desalinated. 200 g of bentonite (type SF, Fa.
Serva) zugesetzt, abzentrifugiert und verworfen; sodann wurden weitere 800 g zugesetzt, abzentrifugiert und mit 20 Ltr.Serva) added, centrifuged and discarded; then there were others 800 g added, centrifuged and with 20 Ltr.
0,5 M Natriumacetat pH 8,0 eluiert. Ergebnis: 110.000 E, 1,5 E/mg.0.5 M sodium acetate pH 8.0 eluted. Result: 110,000 U, 1.5 U / mg.
Die Enzymlösung wurde gegen 0,5 M Natriumacetatpuffer pH 5,0 dialysiert und auf elne Säule 11x95 cm1 gefüllt mit SE-Sephadex C-50 in 0,05 M Natriumacetat pH 5,0, gegeben. Die Säule wurde mit einem linearen Gradienten aus je 15 Ltr. 0,07 und 0,25 M Natriumacetat pH 5,0 eluiert. Penicillinacylase fand sich im Eluat von 24-27 I;tr. Ergebnis: 88.000 E (80 56), 4,2 E/mg.The enzyme solution was dialyzed against 0.5 M sodium acetate buffer pH 5.0 and on an 11x95 cm1 column filled with SE-Sephadex C-50 in 0.05 M sodium acetate pH 5.0, given. The column was with a linear gradient of 15 Ltr. 0.07 and 0.25 M sodium acetate pH 5.0 eluted. Penicillin acylase was found in the eluate of 24-27 I; tr. Result: 88,000 U (80 56), 4.2 U / mg.
29.000 E dieser lösung wurden gegen 0,01 M Kaliumphosphatpuffer pH 7,0 dialysiert und auf eine Säule 11x25 cm DEAE-Sephadex A-50 in 0,01 M Kaliumphosphat pH 7,0 gegeben. Die Elution erfolgte mit einem Gradienten 0,01 bis 0,1 M Kaliumphosphat pH 7,0, Penicillinacylase wurde gegen Ende des Gradienten eluiert. Ergebnis: 21.000 E (73 56); 11,2 E/mg.29,000 U of this solution were against 0.01 M potassium phosphate buffer pH 7.0 dialyzed and applied to a column 11x25 cm DEAE-Sephadex A-50 in 0.01 M potassium phosphate pH 7.0 given. Elution took place with a gradient of 0.01 to 0.1 M potassium phosphate pH 7.0, penicillin acylase was eluted towards the end of the gradient. Result: 21,000 E (73 56); 11.2 U / mg.
Ein Teil dieser Lösung, enthaltend 6000 E, wurde mit festem Ammoniumsulfat auf ca. 45 56 Sättigung gebracht. Nach ca. 2 Wochen bildeten sich große Kristalle an der Gefäßwand. Nach weiteren 2 Wochen bei Raumtemperatur wurden die Kristalle abzentrifugiert und ein aliquoter Teil in Wasser gelöst.Part of this solution, containing 6000 U, was made with solid ammonium sulfate brought to approx. 45 56 saturation. Large crystals formed after about 2 weeks on the vessel wall. After further 2 weeks at room temperature the crystals are centrifuged off and an aliquot is dissolved in water.
Ausbeute: 4260 E (71 56), 13,1 E/mg.Yield: 4260 U (71 56), 13.1 U / mg.
Beispiel 3 Ein nach Beispiel 1 hergestelltes Bentonit-Eluat enthaltend 4100 E mit 2,0 E/mg wurde gegen 0,05 M Natriumacetat pH 5,0 dialysiert und über eine Säule 2,5 x 25 cm mit Lewatit SP-100-Na+-Form gegeben. Die Elution erfolgte mit einem Gradienten 0,05 - 0,5 M Natriumacetat pH 5,0. Die aktiven Fraktionen enthielten 2020 E (56 56), 6,6 E/mg.Example 3 Containing a bentonite eluate produced according to Example 1 4100 U at 2.0 U / mg was dialyzed against 0.05 M sodium acetate pH 5.0 and over given a column 2.5 x 25 cm with Lewatit SP-100-Na + form. The elution took place with a gradient of 0.05-0.5 M sodium acetate pH 5.0. The active fractions contained 2020 E (56 56), 6.6 U / mg.
Die Enzymlösung wurde mit NaOH auf pH 6,5 eingestellt und durch Zugabe von festem Ammonsulfat bis 48 56 Sättigung das reine Enzym zur Kristallisation gebracht. 1250 E (62 56), 12,1 E/mg.The enzyme solution was adjusted to pH 6.5 with NaOH and added of solid ammonium sulfate to 48 56 saturation brought the pure enzyme to crystallization. 1250 U (62 56), 12.1 U / mg.
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