DE2924470A1 - Lactatoxidase, verfahren zu ihrer herstellung und analytisches verfahren und analysensatz - Google Patents
Lactatoxidase, verfahren zu ihrer herstellung und analytisches verfahren und analysensatzInfo
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Description
Erfindungsgemäß wird eine neue Enzymlactatoxidase durch Züchten von Pediococcus sp. B-0667, Streptococcus sp. B-0668, Aerococcus
viridans IFO-12219 oder Aerococcus viridans IFO-12317 hergestellt.
Sie ist für die Analyse von L-Milchsäure nützlich, da
sie die Reaktion von L-Milchsäure und Sauerstoff unter Bildung von Brenztraubensäure und Wasserstoffperoxid katalysiert.
Ein Kit bzw. ein Analysensatz, der die verschiedenen Reagentien für eine solche Analyse umfaßt, ist ebenfalls Gegenstand der Erfindung.
Die Erfindung betrifft eine neue Enzymlactatoxidase, ein Verfahren
zur Herstellung der Lactatoxidase und ihre Verwendung bei der quantitativen Analyse und einen Satz bzw. ein Kit bzw.
ein Besteck für eine solche Analyse.
Lactatoxidase (L-Lactat: Sauerstoffoxidoreductase,-E.C. 1.1.3.2)
ist ein bekanntes Enzym, das die Reaktion von Milchsäure und Sauerstoff unter Bildung von Essigsäure, Kohlendioxid und Wasser katalysiert:
CH3CH(OH)COOH + O2 ) CH3COOH + CO2 + H2O
und das in der Vergangenheit aus dem Stamm Mycobacterium phlei
(E. Bakman, Enzyme Handbook, Bd. 1, S. 111, 1979) und Mycobacterium
avium (Nature, 170, 207) erhalten worden ist.
Es wurde nun gefunden, daß eine neue Enzymlactatoxidase die Reaktion
von Lactat zu Pyruvat katalysiert und eine stöchiometrische Menge von Wasserstoffperoxid erzeugt. Das Enzym kann durch
Züchtung von Bakterienstämmen, die zum Genus Pediococcus, Genus Streptococcus und Genus Aerococcus gehören, erzeugt werden.
Die neue erfindungsgemäße Enzymlactatoxidase besitzt wesentlich
andere Eigenschaften als das obige bekannte Enzym und sie weist
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die folgende Substratspezifizität und Enzymwirkung auf;
Substratspezifizität: L-Milchsäure Enzymwirkung: katalysiert die folgende Reaktion (I):
CH3CH(OH)COOH + O3 >
CH3COCOOH + H3O2 (I)
L-Milchsäure Brenztraubensäure
Optimaler pH: etwa 6 bis 7
Optimale Temperatur: etwa 350C
Optimale Temperatur: etwa 350C
Iso'elektrischer Punkt: pH 4,6 +_ 0,3 (bestimmt durch Elektrophorese
unter Verwendung eines Trägerampholiten) Molekulargewicht: 80 000 +_ 10 000 (Gelfiltrationsverfahren unter Verwendung von Sephadex G-150; Warenzeichen)
Das Enzym erfordert nicht die Zugabe von Coenzymen bei seiner
Reaktion und es katalysiert direkt die Reaktion der Substratmilchsäure
mit Sauerstoff durch Oxidation von 1 Mol Milchsäure zu Pyruvat und unter Bildung von 1 Mol Wasserstoffperoxid.
Die neuen Enzymlactatoxidase liefernden Bakterienstämme werden bezeichnet als Pediococcus sp. B-0667 und Streptococcus sp. B-0668,
Diese Stämme wurden aus einer Bodenprobe isoliert, die in einem Rettichfeld in Ohito-cho, Tagata (Japan) gesammelt wurde.
Die oben erwähnten isolierten Stämme B-0667 und B-0668 besitzen die folgenden taxonomischen Eigenschaften:
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Stamm B-0667 | Stamm B-0668 | |
Tryptosoj abrühe | Schwaches Wachstum, homogen trüb, später wolleartige Präzipitation |
Schwaches Wachstum, homogen trüb, später wolleartige Präzipitation |
Tryptosoj aagar- schrägkultur |
Schwaches Wachstum, schwach gelb lich, grau, kein Glanz, keine Bil dung von löslichem Pigment |
Schwaches Wachstum, schwach gelb lich, grau, kein Glanz, keine Bil·- dung von löslichem Pigment |
Tryptosojaagar- platte |
Kolonie, klein und flach | Kolonie, klein und flach |
Gelatinestich | Wachstum längs des ausgestochenen Randes, keine Gelatineverflüssi gung |
Wachstum längs des ausgestochenen Randes,keine Gelatineverflüssfcjung |
BCP Milch (14 Tg.) | keine Änderung | keine Änderung |
■·-- 7 -
Stamm B-0667 | Stamm B-0668 | |
Form | kugelförmig, eiförmig. | kugelförmig, eiförmig, |
Paare, 4-formige oder | Paare, 4-formige oder | |
kurze Kette | kurze Kette | |
Größe | 0,5-1,0 χ 0,5-1,0 μ | 0,8-1,0 χ 1,0-1,2 μ |
Motilität | - | - |
Sporen | - | - |
Gram1sehe Ver färbung |
+ | + |
Säurebeständigkeit Verfleckung |
— | — |
OF-Test | Stamm B-0667 | Stamm B-0668 | |
Wachstumsfempera- | Verhalten in Sau | ||
tur 450C | erstoff | - | - |
37°C | Nitratreduktion | + | + |
300C | Indolbildung | + | + |
26°C | Hydrogensulfat- | + | + |
100C | bildung | + | + |
5°C | + oder (+) | +_ oder (+) | |
Halogentoleranz | |||
NaCl 10 % | + | - | |
6,5 % | + | - | |
5,0 % | + | + | |
1,0 % | + | + | |
0 % | + | - | |
fermentativ | fermentativ | ||
fakultativ anaerob | fakultativ anaerob | ||
- | - | ||
- | - | ||
- | - | ||
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Stamm B-0667 | Stamm B-0668 | |
Gelatinehydrolyse | - | - |
S tärkehydrοIy s e | - | - |
Äsculinhydrolyse | + | + |
Acetoinbildung | - | - |
MR-Test | - | - |
Catalase | - | - |
Oxidase | - | - |
Urease (SSR) | - | - |
Urease (Christen- | - | - |
sen) | ||
Verwendung von | - | - |
Z itronensäure | ||
(Christensen) | ||
Säurebildung aus | ||
Zucker | ||
Adonit | - | - |
L (+)-Arabinose | - | - |
Cellobiose | + | + |
Dulcit | - | — |
Mesoerythrit | - | - |
Fructose | + | + |
Fucose | - | - |
Galactose | + | + |
Glucose | + | + |
Glycerin | - | - |
Inosit | - | - |
Inulin | - | - |
Lactose | + | + |
Maltose | μ | + |
Mannit | + | - |
Mannose | + | + |
Melezitose | - | - |
Melibiose | + | - |
Raffinose | + | - |
L(+)-Rhamnose | - | - |
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— 9 — | Stamm B-0667 | 2924470 | - | - |
Salicin (+) | Stamm B-0668 | - | ||
L-Sorbose - | - - | |||
Sorbit | + | |||
Stärke - | + | |||
Saccharose + | - | |||
Trehalose + | + | |||
Xylose - | ||||
Toleranz bei 600C - | ||||
für 30 Min. |
Aus "Bergey's Manual of Determinative Bacteriology" 8. Ausgabe,
1974, und S. T. Cowan und K. J. Steel "Manual for the Identification
of Medical Bacteria" Cambridge Press, 1974, folgt, daß die Stämme B-0667 und B-0668, die die oben aufgeführten taxonomischen
Eigenschaften aufweisen, insbesondere gram-positiv cocci, Catalase und Oxidase negativ, fermentative Säurebildung aus Glucose und
keine Gasbildung aus Zucker (Glucose) zu dem Genus. Pediococcus und Genus Streptococcus gehören.
Ein Vergleich dieser Stämme mit dem Identifizierungsmanual der
obigen Literaturstelle ist wie folgt:
In der Tabelle: + = mehr als 85% positiv
- = mehr als 85% negativ d = variiert unter den Stämmen oder Spezies
Stamm B-0667 |
Stamm B-0668 |
genus Pediococcus |
genus Streptococcus |
|
Wachstum bei 450C Toleranz bei 600C während 30 Min. Glycerin (Säure bildung) Arabinose (Säure bildung) Halogentoleranz (NaCl 10%) |
It I I + | Il I +1 | + + + |
d d d d |
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Der Stamm B-0667 wird somit als Genus Pediococcus oder Streptococcus
bezeichnet. Aus dem obigen "Manual for the Identification of Medical Bacteria" und J. Gen. Microbiol., 2£, 185-197 (1961)
folgt, daß die taxonomischen Eigenschaften des Stammes B-0667 fast identisch sind mit denen von Pediococcus urina-equi, jedoch
unterscheiden sich die in "Bergey's Manual of Determinative
Bacteriology" 8. Ausgabe, 1974 beschriebenen Eigenschaften etwas davon. Der Stamm B-0667 wird daher als Genus Pediococcus angesehen
und als Pediococcus sp. B-0667 bezeichnet.
Der Stamm B-0668 ähnelt dem Genus Streptococcus anstelle des
Genus Pediococcus. Aus "Manual for the Identification of Medical Bacteria" folgt, daß der Stamm B-0668 Streptococcus faecium var.
durans ähnelt, doch werden keine taxonomischen Eigenschaften in "Bergey's Manual" beschrieben und es ist daher unmöglich, einen
genauen Vergleich durchzuführen. Der Stamm B-0668 wird daher
als Streptococcus sp. B-0668 bezeichnet.
Die Stämme B-0667 und B-0668 wurden in der Dauerhinterlegungsstelle
des Institute for Microbial Industry and Technology, Agency of Industrial Science and Technology, M.I.T.I. Japan,
unter den Nr. FERM-P No. 4438 bzw. FERM-P No. 4439 hinterlegt. IFO-12219 und IFO-12317 wurden in dem Institute for Fermentation,
Osaka, Japan unter diesen Nummern hinterlegt.
Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, eine neue Enzymlactatoxidase
zur Verfügung zu stellen, die mindestens eine Substratspezifizität
für Milchsäure aufweist und die Reaktion der Formel (I):
L-Milchsäure + O2 >
Brenztraubensäure + H3O2 (I)
katalysiert.
Erfindungsgemäß soll ein Verfahren für die Herstellung der neuen Enzymlactatoxidase zur Verfügung gestellt werden, das dadurch gekennzeichnet
ist, daß man einen Lactatoxidase erzeugenden Mikro-
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Organismus, der zum Genus Pediococcus, Streptococcus oder Aerococcus
gehört, in einem Nährkulturmedium züchtet und die so gebildete Lactatoxidase aus dem Kulturmedium isoliert.
Erfindungsgemäß soll weiterhin ein Kit bzw. Satz bzw. Besteck bzw. Analysensatz (im folgenden wird der Einfachheit halber der
Ausdruck "Satz" verwendet) für die quantitative Analyse zur Verfügung gestellt werden. Insbesondere soll ein Reaktionssystem
zur Verfügung gestellt werden, das Lactatoxidase enthält.
Erfindungsgemäß soll ein analytisches Verfahren für die Bestimmung
von Milchsäure in einer Milchsäure enthaltenden Probe oder einem Milchsäure freisetzenden System zur Verfügung gestellt
werden, wobei das Verfahren die Behandlung der Probe mit dem Reaktionssystem, das Lactatoxidase enthält, und die Bestimmung
der verbrauchten Komponente oder der erzeugten Komponente einschließt.
Anhand der beigefügten Zeichnungen wird die Erfindung näher erläutert.
Fig. 1 zeigt den optimalen pH-Wert der erfindungsgemäßen Lactase, Fig. 2 zeigt die optimale Temperatur der Lactatoxidase,
Fig. 3 zeigt die pH-Stabilität der Lactatoxidase, Fig. 4 zeigt die Wärraestabilität der Lactatoxidase,
Fig. 5 zeigt das elektrophoretische Muster der Lactatoxidase,
Fig. 6 zeigt das Ergebnis bei der Bestimmung von Wasserstoffperoxid
bei einem Bestätigungstest der Wasserstoffperoxidbildung
durch die Lactatoxidase, wobei die Standardkurve von ο—ο : L-Milchsäure als Substrat, m—» :
DL-Milchsäure als Substrat, und δ—δ : Substrat durch
Wasserstoffperoxid ersetzt ist,
Fig. 7 zeigt das Ergebnis der quantitativen Analyse von Brenztraubensäure
bei einem Bestätigungstest der Brenztraubensäurebildung durch Lactatoxidase, worin die Standardkurve
β—ο : L-Milchsäure als Substrat, ·—· : DL-Milchsäure als
Substrat und δ—& s Substrat durch Wasserstoffperoxid ersetzt
ist,
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Fig. 8 zeigt die Ergebnisse der quantitativen Analyse von Serummilchsäure
unter Verwendung von Lactatoxidase, worin ο—ο α
DL-Milchsäure, die als Substrat verwendet-.wird, ·_· :
Wasserstoffperoxid,4—^: Menschenserum und a i: Menschen-
serum mit Zugabe von DL-Milchsäure bedeuten.
Gemäß einer erfindungsgemäßen Ausführungsform werden Pediococcus sp. B-0667, Streptococcus sp. B-0668, Aerococcus viridans IFO-12219
oder Aerococcus viridans IFO-12317 in einem üblichen Medium
für die Enzymbildung gezüchtet. Die Züchtung kann unter Verwendung einer üblichen Flüssigkeitskultur durchgeführt werden.
Eine submerse Belüftungskultur ist zur industriellen Erzeugung bevorzugt.
Für die Züchtung der Mikroorganismen wird bevorzugt ein übliches Medium verwendet.
Als Kohlenstoffquellen werden bevorzugt assimilierbare Kohlenstoff
quellen, wie Glucose, Saccharose, Lactose, Maltose, Fructose, Melassen o.a. verwendet. Als assimilierbare Stickstoffquellen
werden bevorzugt Pepton, Polypepton, Fleischextrakt, Hefeextrakt, Caseinhydrolysat o.a. verwendet. Verschiedene anorganische
Salze, wie Phosphate, Carbonate, Sulfate, Salze von Magnesium, Calcium, Kalium, Natrium, zweiwertiges Eisen, Mangan
oder Zink können verwendet werden.
Die Kulturtemperatur kann innerhalb des Bereichs für das Wachstum von Mikrobenzellen und die Bildung von Lactatoxidase ausgewählt
werden und beträgt bevorzugt 25-370C. Die Kulturzeit kann
variiert werden, abhängig von den Bedingungen, und sie wird beendigt, wenn die Lactatoxidaseproduktion im wesentlichen beendigt
ist. Sie beträgt normalerweise 10-40 Std.
Zur Abtrennung der Lactatoxidase aus der Kultur wird die Kulturmasse,
um die Zellen zu sammeln, filtriert oder zentrifugiert; diese werden durch Behandlung mit mechanischen Einrichtungen
oder mit Enzymen, wie Lysozym, auseinandergerissen bzw. zerstört. Sofern erforderlich, wird die Lactatoxidase durch
Zugabe von Ä'thylen-diamintetraessigsäure (EDTA) und einem oberflächenaktiven
Mittel, wie Triton X-100 (Warenzeichen) oder Adecatol SO-120 (Warenzeichen) zur Abtrennung des Enzyms solu-
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bilisiert. Die so erhaltene Lösung aus Lactatoxidase wird mit oder ohne Konzentrierung weiter aufbereitet und danach wird
das Enzym durch Aussalzen durch Zugabe löslicher Salze, wie Ammoniumsulfat, ausgefällt oder es wird durch Zugabe von mit
Wasser mischbaren organischen Lösungsmitteln, wie Methanol, Äthanol, Aceton oder Isopropanol, ausgefällt. Verunreinigungen
mit niedrigem Molekulargewicht werden durch Dialyse entfernt. Die Reinigung der Lactatoxidase erfolgt bevorzugt durch
Adsorptionschromatographie oder Gelfiltration. Die so erhaltene Enzymlösung wird durch Vakuumkonzentration, Ultrafiltrationkonzentration
und Lyophilisierung unter Bildung gepulverter Lactatoxidase behandelt.
Die erfindungsgemäße Lactatoxidase wird anschließend analysiert. Sie besitzt die folgenden physico-chemischen Eigenschaften:
1. Analyseverfahren Reaktionszeit (1,0 ml)
0,2M Dimethylglutarat-NaOH-Puffer (pH 6,5) 0,2 ml
0,5 mM L-Milchsäure 0,1 ml
0,2% (G/V) N,N-Dimethylanilin 0,2 ml
0,2% (G/V) 4-Aminoantipyrin 0,1 ml
45 U/ml Peroxidaselösung 0,1 ml
destilliertes Wasser 0,3 ml
Zu 1,0 ml des obigen Reaktionsgemisches gibt man Lactatoxidaselösung
(10 μΐ) und inkubiert bei 370C während 10 Min. 0,5 ml einer
1%igen (Gew./Vol.) Cation FB-500 (Warenzeichen) oberflächenaktives Mittel wird zur Beendigung der Reaktion zugegeben. Anschließend
gibt man 1,5 ml destilliertes Wasser zu. Die entstandene Farbe wird durch colorimetrisches Verfahren bei 565 nm gemessen.
Eine Einheit (1 Einheit, 1 U) Enzymaktivität wird als die Aktivität
definiert, die 1 μΜοΙ Wasserstoffperoxid pro Minute erzeugt.
Die Aktivität wird durch die folgende Gleichung berechnet:
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Enzymaktivität (U/ml) = (/^ A565AnXn) χ 15,5
worin /\ ,-,-c die Absorptionsänderung bei 565 nm pro Minute bedeutet.
2. Substratspezifizität
Im obigen Analysenverfahren wird die Milchsäure in dem Reaktionsgemisch
durch die folgenden Substanzen zur Bestimmung der Substratspezifizxtät .der Lactatoxidase ersetzt. Die Ergebnisse
sind als relative Aktivität für Milchsäure angegeben.
Substrat ' Relative Aktivität (%)
L-Milchsäure 100 Brenztraubensäure 0
DL-tt-Alanin 0
Bernsteinsäure 0
Maleinsäure 0
L-Ascorbinsäure 0
DL-Serin 0
Dihydroxyaceton 2,7
DL-Glycerinsäure 0
Wie oben gezeigt wurde, besitzt die Enzymlactatoxidase eine hohe
Spezifizität für L-Milchsäure.
3. Enzymreaktion
Das Enzym katalysiert die Oxidationsreaktion von Milchsäure und Sauerstoff unter Bildung von Brenztraubensäure und Wasserstoffperoxid.
CH3CH(OH)COOH + O2 ) CH3COCOOH + H2O2
4. Optimaler pH
Der Einfluß des pH auf die Lactatoxidaseaktivität wird durch Analyse
der Enzymaktivität an Milchsäure 40 mM Acetatpuffer (pH 4 bis 4,5), 40 mM Dimethylgutarat-NaOH-Puffer (pH 4 bis 8, 40 mM Phosphatpuffer
(pH 6,3 bis 8), 40 mM Tris-HCl-Puffer (pH 7 bis 9) und
40 mM Glycinpuffer (pH 9 bis 10) bestimmt. Die Ergebnisse sind in
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Fig. 1 dargestellt, aus der folgt, daß der optimale pH-Wert 6 bis 7 beträgt.
5. Optimale Temperatur
Die Lactatoxidaseaktivität auf Milchsäure wird entsprechend dem
zuvor beschriebenen AnaIysenverfahren gemessen. Die Ergebnisse
sind in Fig. 2 dargestellt, wobei die optimale Temperatur etwa 35°C beträgt.
6. Isoelektrischer Punkt
pH 4,6 _+ 0,3 (bestimmt durch Elektrophorese unter Verwendung
eines Trägerampholiten)
7. Molekulargewicht
80 000 _+ 10 000 (bestimmt durch Gelfiltrationsverfahren unter
Verwendung von Sephadex G-150; Warenzeichen der Pharmacia Co.).
40 000 _+ 5 000 (bestimmt durch SBS-Polyacrylamidelektrophorese)
Diese Werte lassen vermuten, daß das erfindungsgemäße Enzym ein Dimeres ist.
8. pH-Stabilität
Zu Lactatoxidase (5 μg Protein) gibt man 0,1 ml 0,1M Dimethylglutarat-NaOH-Puffer
für pH 4 bis 7, 0,1 ml 0,1M Phosphatpuffer
für pH 6,3 bis 8 oder 0,1 ml 0,1M Tris-HCl-Puffer für pH 7 bis
9. läßt bei 500C während 10 Min. stehen und kühlt in Eis. 10 μΐ
Enzymlösung werden entnommen und die Enzymaktivität wird bestimmt. Wie aus Fig. 3 folgt, ist das Enzym bei pH 6,8 bis 8,5
stabil.
9. Wärmestabilität
Die Wärmestabilität des Enzyms wird bestimmt, indem man in 0,1M Phosphatpuffer (pH 7,0, 0,1 ml), der die Enzymlactatoxidase enthält
(Enzymprotein 5 pg),bei jeder Temperatur von 0 bis 800C
während 10 Min. inkubiert und in Eis kühlt. 10 μΐ Enzymlösung
werden entnommen und dann wird die Lactatoxidaseaktivität entsprechend dem zuvor beschriebenen Verfahren bestimmt. Wie aus
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Fig. 4 folgt, ist das Enzym unter 4 00C stabil und die Aktivität
geht über 400C schnell verloren.
10. Einfluß auf verschiedene Substanzen
Dor Einfluß auf verschiedene Substanzen der Enzymaktivität wird
bestimmt, indem man die im folgenden aufgeführte} Substanz zugibt,
nie Zugabemenge beträgt 10 mM für Metallsalz und EDTA, 0,1i (Gew./
Vol.) für oberflächenaktives Mittel und 0,05 mM für p-Chlormercui ibenzoat
(PCMB), 10 μΜ für Flavinadenindinucleotid (F/iD) , 0,1 mM iiii
Fl avininononucleotid (FMN) und Riboflavin.
Zugegeben e Subs taη ζ
keine Zugabe MnC 1 2 MgCl2
CaCl2 CoCl 2
FeCl3 EDTA
PCMB
Riboflavin
Natriumlaurylbenzolsulfonat
Natriumdodecylsulfat
Adekatol Sü-120 (Warenzeichen) Triton X-100 (Warenzeichen)
Bridge-35 (Warenzeichen) Cetyltetraammoniumbromid Cation FB-500 (Warenzeichen) Cation DT-205 (Warenzeichen)
Relative Aktivität (-, ) 100,0
97,4 101,7 105,5 9 5,7
95,3 8,12
98,0
89,7 101,3
94 ,0 90,4 21,5 1*8
102,8 107,2 98,2
10,8 3,7
88,6
11. Elektrophorese
Die Polyacrylamidscheiben- Elektrophorese wurden unter Verwendung von Polyacrylamid-Gel (pH 7,5) und Tris-Barbitalpuffer (pH 7,15)
bei einem konstanten Strom (4 mA/gel.) durchgeführt. Wie aus Fig.
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5 folgt, ist das elektrophoretisch gewonnene Gel, das durch Amido schwarz gefärbt wurde, eine einzige dunkelblaue Bande,
die die Enzymlactatoxidase als einziges Protein zeigt.
12. Art der Enzymwirkung
Bei dem erfindungsgemäßen Lactatoxidase-Analysenverfahren bzw.
-Assayverfahren wird das folgende Reaktionsgemisch verwendet:
DL-Milchsäure oder L-Milchsäure 0 bis 0,4 μΜοΙ
Dimethylgutarat-NaOH-Puffer (pH 6,5) 4 0 μΜοΙ
4-Aminoantipyrin 300 ^g
N,N-Dimethylanilin 200 ng
Peroxidase 4,5 U
Lactatoxidase (200 U/mg) 2 U
1,0 ml des obigen Reaktionsgemisches werden bei 370C während 10
Min. inkubiert. Danach werden 0,5 ml einer 1%igen (Gew./Vol.) Cation FB-500 (Warenzeichen)-Lösung und 1,5 ml destilliertes Wasser
zugegeben. Die entstandene Farbe wird nach einem colorimetrischen Verfahren bei 565 nm bestimmt.
Die Standardkurve wird hergestellt, indem man Wasserstoffperoxid
anstelle von Milchsäure zugibt.
Wie aus Fig. 6 folgt, worin «—° die L-Milchsüure, die als Substrat
verwendet wurde, bedeutet,·-* die D-Milchsäure, die als Substrat
verwendet wurde, bedeutet und a—Adas Wasserstoffperoxid, das anstelle
des Substrats verwendet wird, bedeutet, katalysiert die erfindungsgemäße Enzymlactatoxidase die Reaktion, bei der 1 Mol
L-Milchsäure gebildet wird.
Weiterhin wird der Sauerstoffverbrauch mit einer Sauerstoffelektrode
(YSI-Lösungssauerstoffmeter) gemessen und 1 Mol Sauerstoff
wird bei der Oxidation von 1 Mol Milchsäure verbraucht.
" ld 292U70
Brenztraubensäure wird nach dem folgenden Verfahren nachgewiesen.
1,0 ml Reaktionsgemisch, das Dimethylglutarat-NaOH-Puffer (40
μΜοΙ), Catalase (400 μg), L-Milchsäure oder DL-Milchsäure (0
bis 0,5 μΜοΙ) und Lactatoxidase (2 U) enthält, wird bei 37°C
während 10 Min. inkubiert· Das Reaktionsgemisch wird in kochendem Wasser während 5 Min. zur Beendigung der Reaktion erhitzt.
Nach dem Kühlen mit Eis werden 0,1 ml 1OmM NADH2 und 1,9 ml
destilliertes Wasser zugegeben und dann wird das denaturierte Protein durch Zentrifugieren entfernt. Die überstehende Lösung
(2,5 ml) wird in eine Quartzzelle gestellt, bei 37°C preinkubiert,
dann wird Lactatdehydrogenase (20 U, Rinderleber, Boehringer
Mannheim GmbH)-Lösung (5 ml) zugegeben, dann wird bei 370C während
5 Min. inkubiert und nach dem colorimetrischen Verfahren bei 34 0 nm
gemessen. Die Standardkurve wird hergestellt, indem man Brenztraubensäure anstelle von L-Milchsäure zugibt.
Wie aus Fig. 7 folgt, worin p~-o die als Substrat verwendete Milchsäure
bedeutet,·—· die als Substrat verwendete DL-Milchsäure bedeutet,
undA-zi Brenztraubensäure bedeutet, wird Brenztraubensäure
anstelle des Substrats verwendet.
1,0 ml des obigen Reaktionsgemisches werden bei 370C während 10
Min. inkubiert und die so gebildete (^ -Ketosäure wird nach dem
Hydrazinverfahren unter Verwendung von 2,4-Dinitrophenylhydrazin gemessen. 1 Mol (/■ -Ketosäure wird aus 1 Mol L-Milchsäure gebildet.
Die erfindungsgemäße Enzymlactatoxidase wirkt auf L-Milchsäure und katalysiert die Reaktion, bei der 1 Mol Brenztraubensäure
gebildet und 1 Mol Sauerstoff verbraucht wird.
Wie zuvor erläutert wurde, wirkt die erfindungsgemäße Enzymlactatoxidase
direkt auf Milchsäure zusammen mit Sauerstoff und erfordert kein (.oenzyni bei der Oxidation von L-Milchsäure und Bildung
von Brenztraubensäure und Wasserstoffperoxid. Die physico-chemi-
£>fhe;n I; iqenschaf t en den erf i ndunysgeinäßen Enzyms .sowie der isoelektrisch.-Punkt
von fll ■!,(., d,n; Molekül arcjewicht ν
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Il
BAD ORIGINAL
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oxidase an. Hieraus folgt, daß die erfindungsgemäße Lactatoxidase
ein neues Enzym ist.
Bei dem obigen Bestätigungstest für die Art der Wirkung der Lactatoxidase
ist die quantitative Analyse des freigesetzten Wasserstoffperoxids,
Pyruvats und des verbrauchten Sauerstoffs ein Beispiel für die L-Milchsäureanalyse. Es wurde weiterhin gefunden,
daß die Lactatoxidase für ein neues, quantitatives, analytisches Verfahren von L-Milchsäure verwendet werden kann, bei
dem das erzeugte Wasserstoffperoxid und die Brenztraubensäure
und der verbrauchte Sauerstoff und ein Analysensatz für die Milchsäureanalyse verwendet werden. Das neue analytische Verfahren
für L-Milchsäure und der Analysensatz für die L-Milchsäureanalyse können für die Bestimmung der Reinheit eines Milchsäurereagens,
der quantitativen Bestimmung der Milchsäure im Serum, die Analyse von Milchsäurederivaten, die bei ihrer Zersetzung
Milchsäure freisetzen, und für die Aktivität eines Enzyms, das Milchsäure freisetzt, verwendet werden. Die Erfindung betrifft
weiterhin einen Analysensatz für solche Analysen.
Gegenstand der Erfindung ist weiterhin ein analytisches Verfahren für die Bestimmung der Milchsäure in einer Probe, bei
dem man Lactatoxidase in einer Milchsäure enthaltenden Probe inkubiert und das so erzeugte Wasserstoffperoxid,
und die gebildete Brenztraubensäure
oder den verbrauchten Sauerstoff mißt. Die Erfindung betrifft außerdem einen Kit bzw. einen Analysensatz für die Milchsäureanalyse in einer Probe, der ein Reaktionssystem umfaßt, das
mindestens Lactatoxidase enthält.
Irgendwelche Proben, die Milchsäure als Substrat für die Lactatoxidase
enthalten, können analysiert werden. Beispielsweise können Milchsäureproben Medikamente, die Lactat, wie Calciumlactat
und Eisen(II)lactat enthalten, in Milchsäure im Serum Milchsäurefermentationsprodukte
von Milchsäurebakterien, wie Lactobacillus plantarum und Pediococcus lindneri, verwendet werden. Die quantitative
Analyse von Brenztraubensäure in einerFtobe. kann durchgeführt
werden durch Milchsäurebildung durch Umsetzung mit Brenz-
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traubensäure und Lactatdehydrogenase. Weiterhin können erwähnt
werden Enzymaktivitätassay und die quantitative Analyse von
Lactatdehydrogenase. Diese Proben können in einem wässrigen Medium, bevorzugt in einer Pufferlösung von pH 6 bis 7, analysiert
werden.
Der Gehalt an Lactatoxidase kann für eine wesentliche Enzymreaktion,
bei der die Milchsäure in der Probe oxidiert wird, ausgewählt werden. Beispielsweise werden bevorzugt zwei Einheiten
Lactatoxidase verwendet. Das Enzym kann selbst oder in Pufferlösung oder in lyophilisierter Form verwendet werden.
Die Lactatoxidase kann in mikroeingekapselter Form oder in immobilisierter Form mit kovalenter Bindung mit einem organischen
oder anorganischen Träger oder an einem Träger adsorbiert vorliegen.
Die Analyse erfolgt durch Inkubieren mit einer Probe und der Lactatoxidase. Die Inkubationszeit und Temperatur können bis
zu einer wesentlichen Enzymreaktion ausgewählt werden, vorzugsweise 5 bis 30 Min. bei 35 bis 370C. Als Folge werden
Wasserstoffperoxid und Brenztraubensäure in der Probe erzeugt und Sauerstoff wird verbraucht. Das Wasserstoffperoxid,
die Brenztraubensäure oder der Sauerstoff werden bestimmt.
Der Sauerstoff kann am einfachsten mit einer Sauerstoffelektrode
gemessen werden. Die Brenztraubensäure kann bestimmt werden, indem man das Lactatdehydrogenaseverfahren oder das
Hydrationsverfahren verwendet. Die Brenztraubensäure kann weiterhin mit einem Reaktionsgemisch analysiert werden, das
ein spezifisches Enzym für Pyruvat, wie Pyruvatoxidase (150 U/
ml, 20 μΐ), 10 mM Thiaminpyrophosphat (20 μΐ), 1 mM FAD (10
μΐ), 10 HiMMnCl2 (50 μΐ), Peroxidase (45 U/ml, 0,1 ml), 0,2%
N,N-Dimethylanilin (0,2 ml), 0,3% 4-Aminoantipyrin (0,1 ml)
und 0,1 M Phosphatpuffer (pH 7,5^,1 ml) enthält.
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Das Wasserstoffperoxid kann mit einer Wasserstoffperoxidelektrode oder nach einem colorimetrischen Verfahren bestimmt werden, das
ein Indikatorsystem aus einem oder mehreren Chromogenen, die durch Kuppeln mit Wasserstoffperoxid reagieren, umfaßt. Beispiele solcher
Indikatoren sind Kombinationen aus 4-wertigen Titanverbindungen und Xylenolorange, das mit Wasserstoffperoxid unter Bildung einer stabilen
roten Farbe kuppelt, oder einer Kombination aus Phenol oder Ν,Ν-Dxmethylanilin, 4-Aminoantipyrin und Peroxidase, wobei die Verfärbung
gemessen wird. - In dem Reaktionssystem aus Phenol oder N,N-Dimethylanilin,
4-Aminoantipyrin und Peroxidase beträgt die Menge an Phenol oder Ν,Ν-Dimethylanilin etwa 0,005 bis 0,05% und die
Menge an 4-Aminoantipyrin mehr als das Äquimolare, bevorzugt der 2-molare Überschuß an dem gebildeten Wasserstoffperoxid und die
Menge an Peroxidase kann über 1 U liegen. Der so hergestellte Indikator kann gegebenenfalls mit Lactatoxidase zusammen hergestellt werden
oder eine Menge von 0*01 bis 1 mM PCMB kann zugegeben werden. Die so gebildete Farbe wird colorimetrisch mit einer geeigneten Wellenlänge
bestimmt und das erzeugte Wasserstoffperoxid kann durch Kalkulation aus der entsprechenden Standardkurve bestimmt werden.
Die Zugabe von PCMB ist für die Stabilisierung der Farbe bei der Serumanalyse wirksam.
Das analytische Verfahren, bei dem die erfindungsgemäß hergestellte,
neue Lactatoxidase und ein Analysensatz verwendet werden, kann mit Vorteil für die quantitative Analyse von Milchsäure in Serum,
als Reinheitstest für Milchsäurereagentien,für die quantitative
Analyse von Milchsäure bei der Milchsäurefermentierung für die Analyse von Enzymen, die auf Milchsäure als Substrat wirken,verwendet
werden, indem man das gebildete Wasserstoffperoxid, die gebildete Brenztraubensäure oder den verbrauchten Sauerstoff mißt.
Die folgenden Beispiele erläutern die Erfindung. In den Beispielen
sind alle Prozentgehalte als Gew./Vol.% angegeben.
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Vier Proben von Kulturmedium (je 100 ml, pH 7),enthaltend Glucose
(2%), Pepton (1%), Hefeextrakt (0,5%), NaCl (0,2%), KH3PO4 (0,1%),
K2HPO4 (0,1%), MgSO47H2O (0,05%) und CaCO3 (0,3%), werden in einem
Erlenmeyer-Kolben bei 1200C während 20 Min. sterilisiert. Jedes
Medium wird mit einem Stamm von Pediococcus sp. B-0667 FERM-P No. 4438, Streptococcus sp. B-0668 FERM-P No. 4439, Aerococcus viridans
IFO-12219 bzw. Aerococcus viridans IFO-12317 inokuliert und dann
wird bei 300C während 15 Std. mit 300 Rpm. unter Schütteln gezüchtet.
Anschließend werden die gezüchteten Zellen abzentrifugiert,
mit 10 mM Phosphatpiiffer (pH 6,5) gewaschen und dann wird erneut
zentrifugiert. Die Bakterienzellen werden gesammelt. Die so erhaltenen Zellen werden in 10 mM Phosphatpuffer (10 ml, pH 8,0),
enthaltend 0,02% Lysozym und 0,1% Triton X-100, suspendiert und dann wird bei 370C während 60 Min. inkubiert. Das überstehende
Material, das durch Zentrifugieren erhalten wird und das Lactatoxidase enthält, wird gesammelt. Die Enzymaktivität des überstehenden
Materials ist in der folgenden Tabelle angegeben:
B-0667 0,24
B-0668 0,31
IFO-12219 0,42
IFO-12317 0,43
20 1 eines Mediums, das die gleichen Komponenten, wie in Beispiel 1 beschrieben, enthält, werden in ein 30 1-Fermentationsstandgefäß
gegeben. Dann gibt man Disform BC-51Y (Warenzeichen) bis zu einer
Konzentration von 0,1% zu und sterilisiert mit Dampf. Bei 200 ml Kulturbrühe von Pediococcus sp. B-0667 FERM-P No. 4438, auf gleiche
Weise, wie in Beispiel 1 beschrieben, gezüchtet, werden zugegeben und dann wird bei 300C während 15 Std. gezüchtet. Die Bakterienzellen
werden durch Abzentrifugieren gesammelt (etwa 400 g), in einer Lysozymlösung (0,2 mg/ml, 4 1) wieder suspendiert, und dann
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wird Triton X-100 (Warenzeichen, 4g), EDTA (3 g) und 1 M Phosphatpuffer
(pH 8, 40 ml) zugegeben. Dap Gemisch wird bei 370C
während 60 Min. zur Zerstörung der Zellen gerührt. Zu der überstehenden, beim Zentrifugieren erhaltenen Lösung (3,7 1, 5200 U)
gibt man 1,48 1 Aceton und die ausgefallenen Verunreinigungen werden abzentrifugiert. Zu der überstehenden Lösung gibt man bis
zu 65%iger Konzentration Aceton. Der beim Zentrifugieren bei 5000 Rpm während 10 Min. erhaltene Niederschlag wird in 10 mM Shosphatpuffer
(pH 7, 400 ml) gelöst und der unreine Niederschlag wird durch Zentrifugieren abgetrennt. 470 ml gesättigtes Ammoniumsulfat"
werden zugegeben und dann wird 20 Min. gerührt. Der Niederschlag, der durch Zentrifugieren bei 12 000 Rpm während 10 Min.
erhalten wurde, wird in 10 mM Phosphatpuffer (pH 7, 100 ml) gelöst.
Die Lösung wird gegenüber 10 mM Phosphatpuffer über Nacht dialysiert und durch eine Säule (2,6 χ 50 cm) aus DEAE-Cellulose,
gepuffert bei pH 7, zur Absorption des Enzyms geleitet und dann
wird stufenweise eluiert mit einer Ionengradientenstärke von 0,1 bis 0,6 M KCl. Die Fraktionen, äie bei etwa 0,5 M KCl ablaufen,
werden gesammelt und sie enthalten die aktive Enzymfraktion (140 ml).
Zu der Lösung gibt man gesättigtes Ammoniumsulfat (185 ml) und
der Niederschlag wird abzentrifugiert. Zu der überstehenden Lösung wird gesättigte. Ammoniumsulfatlösung (145 ml) gegeben und
der Niederschlag wird abzentrifugiert.
Nach dem Auflösen des Niederschlags in 10 mM Phosphatpuffer (pH
7,0, 50 ml) und Dialyse zum Entsalzen wird die Lösung auf eine Säule DEAE-Sephadex A-50 (Warenzeichen) (2,6 χ 50 cm), die mit
10 mM Phosphatpuffer gepuffert ist, zur Absorption des Enzyms gegeben und dann wird die Fraktion durch Gradientenelution mit
einer lonenstärke von 0,2 bis 0,6 M KCl chromatographiert. Die
Fraktionen, die mit 0,5 M KCl abfließen, werden gesammelt (160 Bl). Anschließend wird zur Entsalzung dialysiert und dann wird
lyophilisiert. Das lyophilisierte Pulver wird in einem Gemisch aus 10 M Phosphatpuffer (pH 7,0, 5 ml) und 0,1 M KCl gelöst und
an einer Säule aus Sephadex G-150 (Warenzeichen) (2,5 χ 73 cm,
Strömungsrate 8 ml/min., 5,2 ml/Fraktion) chromatographiert.Die
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aktiven Fraktionen Nr. 27 bis 35 werden gesammelt, durch Dialyse entsalzt und lyophilisiert. Das lyöphilisierte Enzym zeigt eine
einzige Bande bei der Elektrophorese, wie zuvor erläutert. Das Reinigungsschema ist wie folgt:
Gesamt- protein (mg) |
Gesamt- aktivit. (U) |
Spezifische Aktivität (U/mg) |
|
Zellenextrakt | 34040 | 5200 | 0,028 |
Acetonprecipitat | 3652 | 4780 | 1,31 |
1.Ammoniumsulfatprecipitat | 2378 | 4590 | 1,93 |
DEAE-Cellulose | 663 | 3672 | 5,80 |
2.Ammoniumsulfatprecipitat | 163 | 3253 | 19,9 |
DEAE-Sephadex A-50 | 44,7 | 2667 | 59,7 |
Sephadex G-150 | 13,07 | 2614 | 200 |
Quantitative Bestimmung der L-Milchsäure Reaktionsgemisch
0,2 M Dimethylglutarat-NaOH-Puffer
Peroxidase (45 U/ml)
0,3% 4-Aminoantipyrin 0,2% Ν,Ν-Dimethylanilin
5 mM L-Milchsäure oder 5 mM DL-Milchsäure
0,2 ml 0,1 ml 0,1 ml 0,2 ml 0 bis 80 μΐ
destilliertes Wasser bis zum Gesamtvolumen von 1 ml
Zu 1 ml des obigen Reaktionsgemisches gibt man L-Lactatoxidaselösung
(100 U/ml, 20 μΐ), inkubiert bei 37°C während 20 Min., und gibt 1%-iges
Cation FB-500 (Warenzeichen, 0,5 ml) und destilliertes Wasser
(1,5 ml) zu. Die entstandene Farbe wird nach einem colorimetrischen Verfahren bei 565 nm gemessen. Das Ergebnis ist identisch mit der
Menge an Milchsäure, die mit einer Standardkurve von Wasserstoffperoxid, wie zuvor erläutert, bestimmt wurde.
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Eine Zusammensetzung für die Milchsäureanalyse nach einem colorimetrischen
Verfahren enthält die folgenden Bestandteile:
0,1 M Dimethylglutarat-NaOH-Puffer TO ml
Peroxidase (45 U/ml) 5 ml
0,3% 4-Aminoantipyrin 5 ml
Lactatoxidase (100 U/ml) 1 ml
Saccharose 20 mg
Das obige Gemisch wird bei -40^ - 500C bei 0,01 bis 0,05 mmHg
während 3 Std. zur Herstellung des Reagens (A) eines Kits für die
Lactatanalyse (für 5 ml Präparationen) lyophilisiert. Zusätzliche wässrige Lösung (5 ml), enthaltend 0,2% N,N-Dimethylanilin und 8
μΜοΙ PCMB, werden zugegeben.
Zu dem Reagens (A) des Kits gibt man die zusätzliche Lösung vollständig
und dann weiter destilliertes Wasser, bis man 50,0 ml Lösung erhält. Die so hergestellte Reagenslösung wird für die Analyse
in Mengen von 1,0 ml pro einem Test verwendet.
Jeweils aliquote Lösungen (1,0 ml) der Reagenslösung für die Milchsäureanalyse
werden in Reaktionsröhrchen gegeben. Dazu gibt man 5 mM
DL-Milchsäurelösung (je 0 bis 100 μΐ) (für die Kontrolle) oder 2,5
mM Wasserstoffperoxid (je 0 bis 100 μΐ) (für die Eichkurve durch
Wasserstoffperoxid) oder Menschenserum (je 0 bis 100 μΐ), oder
Menschenserum (50 μΐ) zusammen mit 5 mM DL-Milchsäure (je 0 bis
100 μΐ) und das Gemisch wird bei 37°C während 20 Min. inkubiert.
1%iges Cation FB-500 (Viarenzeichen, 0,5 ml) und destilliertes Wasser (1,5 ml) werden zu jeder Probe gegeben und die Absorption bei
565 nm wird colorimetrisch gemessen.
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Wie aus Fig. 8 folgt, worin c—ο die Kontrolle mit DL-Milchsäure,
•—»die Eichkurve durch Wasserstoffperoxid, Δ—,■&. die Menge an
Milchsäure in Menschenserum, bestimmt durch die Menge an Wasserstoffperoxid,
undj—4die Menge an Milchsäure in Menschenserum
unter Zugabe von DL-Milchsäure bedeuten, werden bei der Analyse von Milchsäure in Menschenserum und Serum, zu dem Milchsäure zugegeben
wurde, gute Ergebnisse erhalten.
Ende der Beschreibung
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L e er s e i t e
Claims (13)
1. Eine Enzymlactatoxidase, dadurch gekennzeichnet, daß sie mindestens
die folgende Substratspezifizität und Enzymwirkung aufweist:
Substratspezifizität: L-Milchsäure
Enzymwirkung: sie katalysiert .die folgende Reaktion (I)
L-Milchsäure + O2" '—>
Brenztraubensäure + H3O2 (I)
2. Enzymlactatoxidase nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß
das Enzym einen optimalen pH von 6 bis 7, eine optimale Temperatur von etwa 35°C,einen isoelektrischen Punkt pH 4,6 +_ 0,3 (bestimmt
durch Elektrophorese unter Verwendung eines Trägeraitipholiten) und
ein Molekulargewicht von 80 000 ^ 10 000 aufweist.
durch Elektrophorese unter Verwendung eines Trägeraitipholiten) und
ein Molekulargewicht von 80 000 ^ 10 000 aufweist.
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- - " - -
3. Verfahren .zur Herstellung einer Lactatoxidase, die mindestens
eine Substratspezifizität für L-Milchsäure aufweist und die Reaktion
(I)
L-Milchsäure + O2 } Brenztraubensäure + H3O2 (I)
katalysiert, dadurch gekennzeichnet, daß man einen Lactatoxidase erzeugenden Mikroorganismus, der zum Genus, ausgewählt unter Pediococcus,
Streptococcus und Aerococcus gehört, in einem Nährkulturmedium züchtet und die so gebildete Lactatoxidase aus dem Kulturmedium
abtrennt.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Lactatoxidase
einen optimalen pH von 6 bis 7, eine optimale Temperatur von etwa 350C, einen isoelektrischen Punkt von pH 4,6 _+ 0,3
(bestimmt durch Elektrophorese unter Verwendung eines Trägerampholiten) und ein Molekulargewicht von 80 000 +_ 1 0 000 aufweist.
5. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der
Mikroorganismus ausgewählt wird aus der Gruppe, die enthält Pediococcus
sp. B-0667 (FERM-P Nr. 4438), Streptococcus sp. B-0668 (FERM-P Nr. 4439), Aerococcus viridans IFO-12219 und Aerococcus viridans
IFO-12317.
6. Verfahren zur Analyse von Milchsäure in einer Milchsäure enthaltenden
Probe oder in einem Milchsäure freisetzenden System , dadurch gekennzeichnet, daß man die Probe mit der Lactatoxidaas behandelt
und das gebildete Wasserstoffperoxid, die gebildete Brenztraubensäure oder den verbrauchten Sauerstoff mißt.
7. Verfahren zur Analyse von Milchsäure nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Lactatoxidase mindestens eine Substratspezifizität
für L-Milchsäure aufweist und daß das Enzym eine solche Wirkung besitzt, daß es die Reaktion (I)
L-Milchsäure + O2 ^ Brenztraubensäure + H3O2 (I)
katalysiert.
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8. Verfahren zur Analyse von Milchsäure, dadurch gekennzeichnet,
daß die Lactatoxidase einen optimalen pH von 6 bis 7, eine optimale Temperatur von etwa 350C, einen isoelektrischen Punkt von
pH 4,6 +_ 0,3 (bestimmt durch Elektrophorese unter Verwendung eines
Trägerampholiten) und ein Molekulargewicht von 80 000 +_
10 000 besitzt.
9. Analysensatz für Milchsäure, dadurch gekennzeichnet, daß er ein mindestens Lactatoxidase umfassendes System aufweist.
10. Analysensatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lactatoxidase mindestens eine Substratspezifizität für L-Milchsäure
besitzt und daß durch die Enzymwirkung die Reaktion
(I) von
L-Milchsäure + O2 ) Brenztraubensäure + Η,Ο- (I)
katalysiert wird.
11. Analysensatz nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, daß
die Lactatoxidase einen optimalen pH von 6 bis 7, eine optimale Temperatur von etwa 350C, einen isoelektrischen Punkt von pH
4,6 +_ 0,3 (bestimmt durch Elektrophorese unter Verwendung eines
Trägerampholiten) und ein Molekulargewicht von 80 000 +_ 10 000
besitzt.
12. Analysensatz nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß
der Satz mindestens eine Kombination aus Lactatoxidase und einen Indikator für Wasserstoffperoxid umfaßt.
13. Analysensatz nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß
der Indikator für Wasserstoffperoxid mindestens eine Zusammensetzung
aus 4-Aminoantipyrin, Ν,Ν-Dimethylanilin und Peroxidase
enthält.
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