JP2000189188A - 酵素を用いる分析方法 - Google Patents
酵素を用いる分析方法Info
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Abstract
キシステロイド脱水素酵素を用いNADまたはNADH濃度を
高感度でかつ高精度に電極上で検出する。 【効果】 酵素サイクリング用酵素として12αハイド
ロキシステロイド脱水素酵素を用いることで極めて高感
度で簡便に補酵素濃度を定量分析することができ、特に
高感度な定量分析が要求される臨床検査分野や迅速な分
析結果が要求される食品や環境中の細菌検査等に有用で
ある。
Description
分、細菌等の微生物検査等に有用な酵素的分析法に関す
るものである。
(以下NADと略す。)またはその還元型(以下NAD
Hと略す。)は生体成分中含量の多い補酵素であり、生
体中では多くの酸化還元反応に関与している。これらN
AD(あるいはNADH)を分析する方法としてはそれ
ぞれ260nmあるいは340nm付近に吸収極大を示
すためこれらの吸収を分光学的に測定する方法が知られ
ているが、本方法は感度が低い。一方これらの補酵素を
高感度に分析するための手段として酵素的サイクリング
シグナル増幅法が知られている(T.Slater他,
ArchIntPhysiolBiochim,72
巻、427〜447頁、1964年;C.Bernof
sky等、AnalyticalBiochemist
ry、53巻、452〜458頁、1973年;A.J
ohannsson等、ClinicaChimica
Acta,148巻、119〜124頁、1985
年)。
るNADまたはNADHの酸化還元反応に伴って発色す
るシグナルを、その反応の繰り返しによって増幅させ、
NADまたはNADHを高感度に検出する方法である。
すなわち、以下にその反応を示したように、NADは、
アルコール脱水素酵素とその基質であるエタノール存在
下でアルコール脱水素酵素によるエタノールからアセト
アルデヒドへの酸化反応に補酵素として働き、その際に
NADHに還元される。この還元型NADは、テトラゾ
リウム系色原体とジアフォラーゼ存在下に再びNADに
酸化されるが、同時にテトラゾリウム系色原体が還元さ
れて呈色したホルマザン色素が生成される。NADはこ
のような条件下で酸化還元反応を繰り返し受けてシグナ
ル強度は反応時間と共に大きくなる。NADHが被検液
中に存在する場合でも同様の原理によりサイクリング反
応が進行する。
ADH)の高感度検出系は、直接生体成分中の検出に応
用できるが、この他にアルカリホスファターゼの酵素活
性分析(F.J.Dhahir他、ClinicalC
hemistry、38巻(2)、227〜232頁、
1992年)、特にアルカリホスファターゼの酵素活性
測定を利用した免疫測定系においては非常に優れた分析
方法として位置付けられている(石川英二他編、免疫測
定法、3巻、58〜60頁、医学書院刊)。
ン酵母由来のアルコール脱水素酵素(T.Slater
他,ArchIntPhysiolBiochim,7
2巻、427〜447頁、1964年)、ザイモモナス
属由来のアルコール脱水素酵素(特願平4−60743
号)、好熱性微生物由来のアミノ酸脱水素酵素が知られ
ていた(特願平4−298924)。
析の目的で酵素サイクリング反応に酵母由来のアルコー
ルデヒドロゲナーゼ、耐熱性アルコール脱水素酵素や耐
熱性アミノ酸脱水素酵素等を使用した場合、サイクリン
グ反応により感度良く分析できるものの単位時間当たり
のサイクル数には限度があった。また、より微量のNA
DあるいはNADHを検出する場合には上記脱水素酵素
の利用では対応できていないのが現状である。更に高感
度を達成するためには、脱水素酵素の基質例えばアルコ
ールデヒドロゲナーゼの場合はエチルアルコールを高濃
度(100〜300mM)反応系に用いなければなら
ず、同時に使用する他の酵素の安定性へ悪影響を及ぼす
危険性があった。また、殆どの酵素サイクリング反応は
水溶液中で行われ、着色した生成物濃度を分光光度計で
比色分析する方法が一般的であり、高精度の分析機器の
使用が必須であった。
度で、かつ高精度で簡便かつ迅速にNADおよびまたは
NADH濃度を複雑な分析機器を要することなく検出す
る酵素サイクリング試薬を提供することを目的とするも
のである。
を解決するためNADまたはNADH濃度を検出する酵
素サイクリングシグナル増幅反応系において、酵素サイ
クリング反応に12αハイドロキシステロイド脱水素酵
素(以下12αHSDと省略する。)とジアフォラーゼ
(以下DIと省略する。)および電子伝達体を用いNA
DまたはNADH濃度を高感度で、かつ高精度に電極上
で検出できることを見出し、本発明に到達した。つま
り、12αHSDがその基質である胆汁酸塩を酸化する
際に、補酵素NADはNADHに還元される。そのNA
DHおよび初めから存在したNADHがDIにより酸化
されてNADに戻る際に、電子伝達体が還元されて、そ
の電子伝達体が電極へ電子を移送する。そして、この酵
素サイクリング反応を繰り返すことにより、NADまた
はNADHを電極上で高感度検出することが可能とな
る。
AD存在下に胆汁酸を分析する方法は既に公知である
(N.Tamasaka他、Gastroentero
logia Japonica,23巻(6)、646
〜651頁、1988年)が、本酵素を用いてNADや
NADHを高感度に発色法により検出できることは全く
予測できるものではなく、また電極上で該酵素による酵
素サイクリングによるシグナル増幅反応も全く予測でき
るものではなかった。
ドアデニンジヌクレオチドおよび/またはその還元型を
分析する方法において、胆汁酸塩、12αハイドロキシ
ステロイド脱水素酵素、ジアフォラーゼ、電子伝達能を
有する化合物、および電極を用いて酵素サイクリングシ
グナル増幅反応を行うことを特徴とする方法、(2)胆
汁酸塩、12αハイドロキシステロイド脱水素酵素、ジ
アフォラーゼ、電子伝達能を有する化合物、および電極
を用いてニコチンアミドアデニンジヌクレオチドおよび
/またはその還元型を分析する酵素サイクリングシグナ
ル増幅反応系、(3)12αハイドロキシステロイド脱
水素酵素および/またはジアフォラーゼを固定化したニ
コチンアミドアデニンジヌクレオチドおよび/またはそ
の還元型分析用の電極、に関する。
ロイド脱水素酵素がバチルス属由来である(1)に記載
の方法、(5)12αハイドロキシステロイド脱水素酵
素がバチルス属由来である(2)に記載の酵素サイクリ
ングシグナル増幅反応系、(6)12αハイドロキシス
テロイド脱水素酵素がバチルス属由来である(3)に記
載の電極、(7)12αハイドロキシステロイド脱水素
酵素がバチルス・スフェリクス由来である(1)または
(4)に記載の方法、(8)12αハイドロキシステロ
イド脱水素酵素がバチルス・スフェリクス由来である
(2)または(5)に記載の酵素サイクリングシグナル
増幅反応系、(9)12αハイドロキシステロイド脱水
素酵素がバチルス・スフェリクス由来である(3)また
は(6)に記載の電極、(10)電極がカーボン電極で
ある(1)、(4)または(7)に記載の方法、(1
1)電極がカーボン電極である(2)、(5)または
(8)に記載の酵素サイクリングシグナル増幅反応系、
(12)電極がカーボン電極である(3)、(6)また
は(9)に記載の電極、(13)胆汁酸塩がコール酸
塩、デオキシコール酸塩、タウロコール酸塩、タウロデ
オキシコール酸塩、グリココール酸塩、グリコデオキシ
コール酸塩からなる群から選ばれる胆汁酸塩である
(1)、(4)、(7)または(10)に記載の方法、
(14)胆汁酸塩がコール酸塩、デオキシコール酸塩、
タウロコール酸塩、タウロデオキシコール酸塩、グリコ
コール酸塩、グリコデオキシコール酸塩からなる群から
選ばれる胆汁酸塩である(2)、(5)、(8)または
(11)に記載の酵素サイクリングシグナル増幅反応
系、(15)電子伝達能を有する化合物がアミノフェノ
ール類、フェロセン類、ベンゾキノン類からなる群から
選ばれる化合物である(1)、(4)、(7)、(1
0)または(13)に記載の方法、(16)電子伝達能
を有する化合物がアミノフェノール類、フェロセン類、
ベンゾキノン類からなる群から選ばれる化合物である
(2)、(5)、(8)、(11)または(14)に記
載の酵素サイクリングシグナル増幅反応系、に関する。
の酵素的測定法におけるNADおよびNADHの検出
は、これらの両方あるいはいずれか一方を含有する検体
と、緩衝液、12αHSD、水可溶性の胆汁酸塩、D
I、アミノフェノール類,フェロセン類またはベンゾキ
ノン類等の電子伝達体、界面活性剤等で構成されるカー
ボン電極に作用させ生じる電流を測定すればいい。
は、微生物由来の酵素が用いられる。市販の酵素(旭化
成工業社製、カタログ番号;T−29)を使用してもい
いし、バチルス・スフェリクスB0865(日本国通商
産業省工業技術院生命工学工業技術研究所に平成10年
11月18日に受託番号:FERMP−17057とし
て寄託されている)を液体培養し得られる菌体より抽出
精製したものを用いることができる。菌の培養及び精製
は下記のように行った。0.05%コール酸ナトリウ
ム、2%ペプトン、1%酵母エキス、0.3%塩化ナト
リウム、0.1%リン酸2ナトリウム、0.05%塩化
マグネシウム、0.02%塩化カルシウム、0.01%
消泡剤(シリコンKM72)の組成の滅菌培地20リッ
トルに同一培地で前培養(30℃、20時間)したバチ
ルス・スフェリクスB0865の培養液100mlを移
植し、250回転、20リットル/分の通気条件で18
時間培養した。得られた培養液を5000回転、15分
間遠心分離して菌体を得た。
1リットルに分散し、氷冷下で15分間超音波処理して
酵素を抽出後、15000回転、20分間遠心分離して
酵素粗抽出液965mlを得た。次いでこれに等量の飽
和硫安液を加え4℃で1昼夜放置し遠心分離(1500
0回転、20分間)して得られた沈殿を150mlの1
0mMリン酸緩衝液pH7.5に溶解した後、セファデ
ックスG25カラムで脱塩した。この酵素液を10mM
リン酸緩衝液pH7.5で平衡化したDEAEセファロ
ースカラム(内径5x高さ13cm)に通し酵素を吸着
させた後、500mlの10mMリン酸緩衝液pH7.
5でカラムを洗浄し、次いで300mlの0.1M塩化
カリウムを含む10mMリン酸緩衝液pH7.5、0.
2M塩化カリウムを含む10mMリン酸緩衝液pH7.
5、300mlの0.3M塩化カリウムを含む10mM
リン酸緩衝液pH7.5、0.4M塩化カリウムを含む
10mMリン酸緩衝液pH7.5を順次通液した。活性
画分280mlを集め3リットルの10mMリン酸緩衝
液pH7.5で透析した後、凍結乾燥して192mg
(125単位/mg重量)の12αHSDを得た。
4単位、より好ましくは6〜10単位である。なお、酵
素活性1単位はpH8.0、37℃で1分間にNAD存
在下デオキシコール酸を1マイクロモル脱水素する酵素
量として定義される。本酵素の活性測定は下記のように
行った。すなわち0.2Mリン酸緩衝液pH8.00.
1ml、10mM NAD 0.05ml、0.25%
ニトロテトラゾリウムブルー0.05ml、200U/
ml DI 0.025ml、2%トリトンX100
0.05ml、精製水0.225mlからなる反応液
0.5mlを37℃で予備加温して10mMリン酸緩衝
液pH8で希釈した酵素液20マイクロリットルを添加
して正確に5分間酵素反応を行った。しかる後0.5%
SDS2.5ml添加して反応を止め550nmの吸光
度を測定した。
ール酸塩、グリコデオキシコール酸塩、タウロデオキシ
コール酸塩、コール酸塩、グリココール酸塩、タウロコ
ール酸塩等のいずれをも使用でき、その使用量は0.0
2〜2マイクロモル、好ましくは0.1〜0.4マイク
ロモルである。DIについては、特にその由来に制限は
ないが、細菌由来の酵素が好ましく、市販の酵素を使用
できる(バチルス・メガテリウム由来酵素:旭化成工業
株式会社;カタログ番号T−06、クロステリジウム・
エスピー由来酵素:東洋紡績株式会社;コードDAD−
301、バチルス・ステアロサーモフィルス由来酵素:
生化学工業株式会社;カタログ番号100436)。そ
の測定試薬中の使用量は2〜12単位、好ましくは4〜
8単位/mlである。なお、酵素活性1単位はpH8.
0、37℃で1分間にニトロテトラゾリウムブルー存在
下NADHを1マイクロモル脱水素する酵素量として定
義した。DIの酵素活性測定は下記に示す方法で行っ
た。すなわち、0.2Mリン酸緩衝液(pH8)0.5
ml、0.25%ニトロテトラゾリウムブルー0.1m
l、1%ウシ血清アルブミン0.1ml、10mM N
ADH 0.1ml、精製水0.2mlからなる反応液
1mlを37℃で予備加温しこれに0.1%ウシ血清ア
ルブミンを含む0.1Mリン酸緩衝液pH8で希釈した
酵素液100マイクロリットルを添加し正確に10分後
に0.1M塩酸2mlを加えて酵素反応を止め、生成し
たホルマザン色素を550nmで比色定量した。
−塩酸緩衝液、燐酸緩衝液、各種グッド緩衝液、エタノ
ールアミン緩衝液等の中性からアルカリ性のものを使用
できる。pH範囲としては6.0〜10.0、好ましく
は7.0〜9.0程度であり、特に好ましくは8から
8.5である。その濃度は10〜1000mM、好まし
くは25〜400mM程度である。界面活性剤として
は、非イオン性界面活性剤またはイオン性界面活性剤を
用いることができ、中でもトリトンX−100等のポリ
オキシエチレン・フェニルアルキルエーテル系の界面活
性剤が好ましく、その測定試薬中の濃度は0.01〜5
%、より好ましくは0.05〜2%程度である。
分析方法は以下のように行うことができる。すなわち、
緩衝液、界面活性剤、上記酵素12αHSD、DI、水
可溶性胆汁酸塩から構成されるカーボン電極を作製す
る。用いる酵素類は緩衝液中に溶解させてもいいし電極
表面に固定化してもいいが、固定化した方が効率よく分
析できる。固定化はグルタルアルデヒドのような架橋性
試薬を用いて直接行ってもいいし、アミノ基を有する合
成ポリマーやアルブミンのような蛋白質を介してもい
い。酵素活性を最大限に発現する条件を適宜選ぶことが
できる。使用する電極の材料としては金、白金、カーボ
ンペースト、グラッシーカーボン等から適宜選ぶことが
できるがカーボン電極が好ましい。酵素以外の反応に必
要な成分(緩衝液、水可溶性胆汁酸塩類、電子伝達体、
界面活性剤等)は電極に酵素類を固定化する際に同時に
含浸させることもできる。このようにして得られた電極
をNADあるいはNADHを含む試料液に浸し、一定電
圧を印加して電極間に生じる電流を測定することにより
濃度を容易に決定することができる。
ンゾキノン、トルキノン、1,4−ナフトキノン、ビタ
ミンK3、パラメチルアミノフェノール、2,5−ジク
ロロベンゾキノン、デュロキノン、2,5−ジメチルベ
ンゾキノン、2,6−ジメチルベンゾキノン等のキノン
類、リボフラビン、フラビンモノヌクレオチド、フラビ
ンアデニンジヌクレオチド等のフラビン類、4−アミノ
フェノール、4−メチルアミノフェノール、2,6−ジ
クロロフェノールインドフェノール等のフェノール類、
ヒドロキシメチルフェロセン、1ーヒドロキシエチルフ
ェロセン等のフェロセン類、フェロシアン化カリウムの
シアン化鉄類、N,N,N’,N’−テトラメチルフェ
ニレンジアミンのフェニレンジアミン類が使用できる
が、中でもアミノフェノール類、フェロセン類、ベンゾ
キノン類が好ましい。
って本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの
例によってなんら制限されるものではない。
ーボン電極(BAS製:11−2012)上に4000
単位/mlDI(旭化成工業社製:カタログ番号T−0
6)と12000単位/mlバチルス・スフェリクス由
来12αHSDの混合溶液1マイクロリットルと2%
(v/v)グルタルアルデヒド溶液0.5マイクロリッ
トルを塗布し、室温(25℃)で2時間静置してDI、
12αHSD同時固定電極を作製した。この酵素電極を
作用電極、飽和カロメル電極(BAS製:11−205
5)を参照電極、白金電極(BAS製:11−223
0)を対向電極としてポテンシオスタット(BAS製:
BAS−100B)に接続し、30℃での測定を行っ
た。予めサンプルホルダーに0.1Mリン酸緩衝液(p
H7.5)、1mMコール酸ナトリウム、0.1mMヒ
ドロキシメチルフェロセンを含む200マイクロリット
ルを上記の固定化酵素電極を浸漬した後0.2ボルトを
30分間印加した。しかる後終濃度で100nMになる
ようにNADHを加え、30℃で5分後の電流値を測定
した結果、56nAの電流(水を検体にして同様の操作
によって生じる電流値との差)が得られた。
実施例1と同様の操作により、20、40、60、8
0、100nM濃度のNADを被検液として用い分析し
た。図1に示したように高感度でNADを精度良く定量
分析することができた。
リウムの代わりに、基質をタウロコール酸ナトリウム、
グリココール酸ナトリウム、デオキシコール酸ナトリウ
ム、タウロデオキシコール酸ナトリウム、またはグリコ
デオキシコール酸ナトリウムを用いて得られた電流値は
表1の通りであった。
ール脱水素酵素(シグマ社製)100単位を使用、コー
ル酸の代わりにエタノールを使用し同様の操作によりN
ADの酵素サイクリングによる定量を行った。但しエタ
ノール濃度は300mM使用した。実施例1と同じ10
0nM NADHでは全く電流値増加は観察されなかっ
た。0.1mM NADHを用いたとき110nAの電
流値が得られた。
緩衝液pH8、100マイクロリットルの0.5%ニト
ロテトラゾリウムブルー、50マイクロリットルの5%
トリトンX−100、50マイクロリットルの8mMコ
ール酸ナトリウム、40マイクロリットルのDI(79
0単位/ml)、30マイクロリットルの12αHSD
(480単位/ml)、105マイクロリットルの精製
水からなる500マイクロリットルの分析試薬を37℃
で予備加温し、20マイクロリットルの100nM N
ADを添加し10分後に500マイクロリットルの1%
SDSで反応を止めた。しかる後550nmの吸光度を
測定した。その結果NADH無添加試薬のみの吸光度は
0.073、NADHを添加した時の吸光度は0.24
2であった。10分間の酵素サイクリング回数は528
0であった。
ール脱水素酵素(シグマ社製)25単位を使用、コール
酸の代わりにエタノールを使用し参考例1と同様の操作
によりNADの酵素サイクリングによる定量分析を行っ
た。その結果1mMエチルアルコール使用時で10分間
のサイクリング回数は250、300mMエチルアルコ
ール使用時で回転数は850であった。
て12αHSDを用いることにより極めて高感度にNA
DあるいはNADHを定量分析することができ、高感度
分析が要求される臨床検査分野や食品分野において有用
である。
すグラフ。
Claims (16)
- 【請求項1】 ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド
および/またはその還元型を分析する方法において、胆
汁酸塩、12αハイドロキシステロイド脱水素酵素、ジ
アフォラーゼ、電子伝達能を有する化合物、および電極
を用いて酵素サイクリングシグナル増幅反応を行うこと
を特徴とする方法。 - 【請求項2】 胆汁酸塩、12αハイドロキシステロイ
ド脱水素酵素、ジアフォラーゼ、電子伝達能を有する化
合物、および電極を用いてニコチンアミドアデニンジヌ
クレオチドおよび/またはその還元型を分析する酵素サ
イクリングシグナル増幅反応系。 - 【請求項3】 12αハイドロキシステロイド脱水素酵
素および/またはジアフォラーゼを固定化した、ニコチ
ンアミドアデニンジヌクレオチドおよび/またはその還
元型分析用の電極。 - 【請求項4】 12αハイドロキシステロイド脱水素酵
素がバチルス属由来である請求項1に記載の方法。 - 【請求項5】 12αハイドロキシステロイド脱水素酵
素がバチルス属由来である請求項2に記載の酵素サイク
リングシグナル増幅反応系。 - 【請求項6】 12αハイドロキシステロイド脱水素酵
素がバチルス属由来である請求項3に記載の電極。 - 【請求項7】 12αハイドロキシステロイド脱水素酵
素がバチルス・スフェリクス由来である請求項1または
4に記載の方法。 - 【請求項8】 12αハイドロキシステロイド脱水素酵
素がバチルス・スフェリクス由来である請求項2または
5に記載の酵素サイクリングシグナル増幅反応系。 - 【請求項9】 12αハイドロキシステロイド脱水素酵
素がバチルス・スフェリクス由来である請求項3または
6に記載の電極。 - 【請求項10】 電極がカーボン電極である請求項1、
4または7に記載の方法。 - 【請求項11】 電極がカーボン電極である請求項2、
5または8に記載の酵素サイクリングシグナル増幅反応
系。 - 【請求項12】 電極がカーボン電極である請求項3、
6または9に記載の電極。 - 【請求項13】 胆汁酸塩がコール酸塩、デオキシコー
ル酸塩、タウロコール酸塩、タウロデオキシコール酸
塩、グリココール酸塩、グリコデオキシコール酸塩から
なる群から選ばれる胆汁酸塩である請求項1、4、7ま
たは10に記載の方法。 - 【請求項14】 胆汁酸塩がコール酸塩、デオキシコー
ル酸塩、タウロコール酸塩、タウロデオキシコール酸
塩、グリココール酸塩、グリコデオキシコール酸塩から
なる群から選ばれる胆汁酸塩である請求項2、5、8ま
たは11に記載の酵素サイクリングシグナル増幅反応
系。 - 【請求項15】 電子伝達能を有する化合物がアミノフ
ェノール類、フェロセン類、ベンゾキノン類からなる群
から選ばれる化合物である請求項1、4、7、10また
は13に記載の方法。 - 【請求項16】 電子伝達能を有する化合物がアミノフ
ェノール類、フェロセン類、ベンゾキノン類からなる群
から選ばれる化合物である請求項2、5、8、11また
は14に記載の酵素サイクリングシグナル増幅反応系。
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