JP2003180343A - Membrane bound cyclic alcohol dehydrogenase - Google Patents

Membrane bound cyclic alcohol dehydrogenase

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JP2003180343A
JP2003180343A JP2001384688A JP2001384688A JP2003180343A JP 2003180343 A JP2003180343 A JP 2003180343A JP 2001384688 A JP2001384688 A JP 2001384688A JP 2001384688 A JP2001384688 A JP 2001384688A JP 2003180343 A JP2003180343 A JP 2003180343A
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cyclic alcohol
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Kazuo Adachi
収生 足立
Kazunobu Matsushita
一信 松下
Hirohide Toyama
博英 外山
Teeraguuru Ganjana
テーラグール ガンジャナ
Muunmanmii Juanguteippu
ムーンマンミー ヂュアングティップ
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To elucidate that a membrane bound cyclic alcohol dehydrogenase presenting in cell membranes of acetic acid bacteria, especially those belonging to the genus Gluconobacter, and requiring PQQ as a coenzyme is different from already known quinoprotein ADH and NAD dependent CCAD and suitable for producing oxidation products such as a cyclic alcohol, a secondary alcohol and the like. <P>SOLUTION: The presence of oxidation activity by PQQ as a coenzyme in cell membranes of aerobic bacteria is pointed out for the first time and screening of a MCAD-producing strain is carried out for ≥100 cell strains including aerobic bacteria such as acetic acid bacteria and the like. A bacterium strain presenting in the cell membranes of acetic acid bacteria of the genus Gluconobacter and having high MCAD activity is found. The MCAD is solubilized and purified and the properties of the same are elucidated for the first time. <P>COPYRIGHT: (C)2003,JPO

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【発明の属する技術分野】酢酸菌、特にグルコノバクタ
ー属の酢酸菌の細胞膜に存在する、PQQを補酵素とす
る膜結合型環状アルコール脱水素酵素(MCAD)に関
する。
TECHNICAL FIELD The present invention relates to a membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase (MCAD) having PQQ as a coenzyme, which is present in the cell membrane of acetic acid bacteria, particularly acetic acid bacteria of the genus Gluconobacter.

【0002】[0002]

【従来の技術】酢酸菌やその他 Psuedmonas 属菌などの
細胞質には、NAD依存性の細胞質型環状アルコール脱
水素酵素(CCAD)の存在が知られているが、CCA
Dの環状アルコール脱水素酵素活性は非常に低い。ま
た、グルコノバクター属の酢酸菌の細胞質に存在するC
CADも環状アルコ−ル脱水素酵素活性を有している
が、本発明の pyrroloquinoline quinone(PQQ)を
補酵素とする膜結合型環状アルコール脱水素酵素(MC
AD)と比較すると、100倍も低い活性に過ぎなかっ
た。従って、環状アルコールの酸化生成物を工業的に製
造するための酸化発酵プロセスに、キノプロテイン ア
ルコール脱水素酵素(ADH)やCCADを用いるのは
生産効率の点で問題がある。
BACKGROUND ART It is known that NAD-dependent cytosolic cyclic alcohol dehydrogenase (CCAD) exists in the cytoplasm of acetic acid bacteria and other Psuedmonas spp.
The cyclic alcohol dehydrogenase activity of D is very low. C existing in the cytoplasm of acetic acid bacteria of the genus Gluconobacter
Although CAD also has a cyclic alcohol dehydrogenase activity, a membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase (MC having pyrroloquinoline quinone (PQQ) of the present invention as a coenzyme is used.
The activity was only 100 times lower than that of AD). Therefore, using quinoprotein alcohol dehydrogenase (ADH) or CCAD in the oxidative fermentation process for industrially producing an oxidation product of a cyclic alcohol has a problem in terms of production efficiency.

【0003】[0003]

【発明が解決しようとする課題】酢酸菌、特にグルコノ
バクター属の酢酸菌の細胞膜に存在する、PQQを補酵
素とするMCADが、従来のADHやCCADとは異な
る酵素であって、環状アルコールや2級アルコール等の
酸化生成物の製造に適していることを明らかにすること
が課題である。
[Problems to be Solved by the Invention] MCAD, which is present in the cell membrane of acetic acid bacteria, particularly acetic acid bacteria of the genus Gluconobacter, and which has PQQ as a coenzyme, is an enzyme different from conventional ADH and CCAD, and is a cyclic alcohol. The challenge is to clarify that it is suitable for the production of oxidation products such as alcohols and secondary alcohols.

【0004】[0004]

【課題を解決するための手段】環状アルコールの微生物
による酸化や酵素による酸化に関する多数の研究が、種
々のバクテリアを用いて行われてきた。それらの大部分
は、シュードモナス(Psuedomonas)やアシネトバクタ
ー(Acinetobacter)由来のNAD依存性シクロヘキサ
ノール脱水素酵素(EC 1.1.1.245)に関連している。ま
た、シクロヘキサノール酸化は、シクロヘキサン代謝の
過程において研究されてきた。シクロヘキサノール酸化
のための遺伝子群の遺伝子解析は、アシネトバクターに
おいて研究された。
[Means for Solving the Problems] A large number of studies on microbial and enzymatic oxidation of cyclic alcohols have been carried out using various bacteria. Most of them are related to NAD-dependent cyclohexanol dehydrogenase (EC 1.1.1.245) derived from Psuedomonas and Acinetobacter. Cyclohexanol oxidation has also been studied in the course of cyclohexane metabolism. Genetic analysis of the gene cluster for cyclohexanol oxidation was studied in Acinetobacter.

【0005】NAD依存性シクロヘキサノール脱水素酵
素によるシクロヘキサンのシクロヘキサノールへの還元
は、水素化酵素とのカップリングによってシクロヘキサ
ノールを産生することが提案されている。これは、環状
ケトン還元酵素または環状アルデヒド還元酵素と同様な
ケースである。初期の研究において、イソプロパノール
を産生するNADPH依存性アセトン還元酵素が報告さ
れた。哺乳類においても、同様のケトン還元酵素が報告
されている。カルボニル化合物の非対称還元を触媒する
多数のアルド−ケト還元酵素は、光学活性化合物の合成
に有用なことが証明された。
The reduction of cyclohexane to cyclohexanol by NAD-dependent cyclohexanol dehydrogenase has been proposed to produce cyclohexanol by coupling with a hydrogenase. This is a case similar to cyclic ketone reductase or cyclic aldehyde reductase. Early studies reported a NADPH-dependent acetone reductase that produces isopropanol. Similar ketone reductases have been reported in mammals. Numerous aldo-keto reductases that catalyze the asymmetric reduction of carbonyl compounds have proven useful in the synthesis of optically active compounds.

【0006】微生物によるシクロペンタノール酸化もま
た、シュードモナスに関して研究されており、NAD依
存性脱水素酵素(EC 1.1.1.163)は、環状アルコールの
酸化的分解の最初のステップにおいて作用している酵素
であることが示されている。シクロヘキサノール酸化は
また、シュードモナス由来の2級アルコール酸化酵素に
おいても観察されており、過酸化水素を産生するフラビ
ン依存性酵素が機能している。
Cyclopentanol oxidation by microorganisms has also been studied for Pseudomonas, and NAD-dependent dehydrogenase (EC 1.1.1.163) is the enzyme acting in the first step of oxidative degradation of cyclic alcohols. Has been shown to be. Cyclohexanol oxidation was also observed in secondary alcohol oxidase derived from Pseudomonas, and the flavin-dependent enzyme that produces hydrogen peroxide functions.

【0007】myo-inositol や関連する cyclitol 等の
酸化を触媒する酵素もまた、多くの文献において、NA
D依存性酵素として知られている。しかしながらMCA
Dに関しては、何も報告されていないため、MCADの
機能、局在部位、触媒的性質、物理化学的性質および生
理的機能に関しては、何の情報も存在していない。
Enzymes that catalyze the oxidation of myo-inositol and related cyclitols have also been reported in many references to NA.
It is known as a D-dependent enzyme. However MCA
Since nothing has been reported on D, there is no information on the function, localization, catalytic, physicochemical and physiological functions of MCAD.

【0008】本発明者らは、好気性細菌の細胞膜に、P
QQを補酵素とする酸化活性の存在を初めて指摘した。
そこで、酢酸菌、シュードモナス、アシネトバクターお
よび多種類の他の好気性細菌を含む100株以上の細胞
株を対象として、MCADの産生株のスクリーニングを
行った結果、酢酸菌、特にグルコノバクター属の酢酸菌
の細胞膜に存在する、PQQを補酵素とするMCADを
見出し、初めて可溶化、精製を行った。
The present inventors have found that P on the cell membrane of aerobic bacteria.
The existence of oxidative activity with QQ as a coenzyme was pointed out for the first time.
Therefore, as a result of screening of MCAD-producing strains for 100 or more cell lines containing acetic acid bacteria, Pseudomonas, Acinetobacter and various other aerobic bacteria, acetic acid bacteria, particularly acetic acid of the genus Gluconobacter. For the first time, MCAD, which has PQQ as a coenzyme, present in the cell membrane of the bacterium was found and solubilized and purified.

【0009】Gluconobacter frateurii CHM 9 のMCA
Dの性質を、本発明のMCADの代表例として以下に述
べる。MCADは、酢酸菌の細胞膜に存在する、PQQ
を補酵素とする環状アルコール脱水素酵素と命名されて
いるが、広く環状アルコール類を酸化するほか、2級ア
ルコール類も酸化する酵素であって、広い基質特異性を
有している。既に知られている細胞質に存在しているC
CADとは、細胞内の存在部位、基質特異性、動力学的
性質等から考えて明らかに異なる、新規な酵素であるこ
とが判明した。MCADの環状アルコール酸化活性は、
CCADの100倍も高かった。環状アルコール類の酸
化発酵により、対応する環状ケトンを工業的に製造する
際には、MCADの高い酵素活性は大きな利点である。
MCA of Gluconobacter frateurii CHM 9
The property of D will be described below as a typical example of the MCAD of the present invention. MCAD exists in the cell membrane of acetic acid bacteria, PQQ
It is named as a cyclic alcohol dehydrogenase having a coenzyme as a coenzyme. It is an enzyme that widely oxidizes cyclic alcohols as well as secondary alcohols, and has wide substrate specificity. C existing in already known cytoplasm
It has been found that CAD is a novel enzyme that is clearly different from the viewpoint of intracellular site, substrate specificity, kinetic properties and the like. The cyclic alcohol oxidation activity of MCAD is
It was 100 times higher than CCAD. The high enzymatic activity of MCAD is a great advantage in industrially producing the corresponding cyclic ketone by oxidative fermentation of cyclic alcohols.

【0010】興味ある事実として、本発明のMCADに
より、光学異性体の分割が可能であることも明らかにな
った。一例を挙げると、MCADは (S,S)-(+)-2,3- bu
tanediol を全く酸化しなかったのに対し、(2R,3R)-(-)
-2,3- butanediol は酸化することが判明した(表
3)。この性質を利用して、ラセミ体の 2,3- butanedi
olをMCADにより酸化して、R体だけを対応するケト
ンに変換すると、未反応のS体だけが濃縮される。その
後に、通常の精製法により、濃縮されている (S,S)-(+)
-2,3- butanediol を精製すると、光学異性体の分離が
容易になるという利点がある。
As an interesting fact, it was also revealed that the MCAD of the present invention allows resolution of optical isomers. For example, MCAD is (S, S)-(+)-2,3-bu
It did not oxidize tanediol at all, whereas (2R, 3R)-(-)
It was found that -2,3- butanediol was oxidized (Table 3). Utilizing this property, racemic 2,3- butanedi
When ol is oxidized by MCAD to convert only the R form into the corresponding ketone, only the unreacted S form is concentrated. After that, it is concentrated (S, S)-(+) by the usual purification method.
Purification of -2,3- butanediol has the advantage of facilitating the separation of optical isomers.

【0011】発酵法による化合物の製造においては、反
応の誘導時間が長いという点で問題が生じる場合もあ
る。本発明のMCADの場合は、反応時間および用いた
細胞のポピュレーションの両方に比例して、いかなるタ
イム ラグもなしに反応が起こることが示された。酸化
発酵の大部分のケースでは、タイム ラグなしに反応が
起こるケースは観察されていない。これは、基質酸化
が、細胞の外表面で行われているからである。基質を細
胞内に取り込んで反応させた後、産生物を再び細胞外へ
と放出しなければならないケースと比較すると、本発明
のMCADを用いる製造法は、エネルギーの損失を小さ
くできると言う長所も有している。
In the production of the compound by the fermentation method, there may be a problem in that the induction time of the reaction is long. In the case of MCAD of the present invention, it was shown that the reaction occurs in proportion to both the reaction time and the population of cells used, without any time lag. In most cases of oxidative fermentation, no reaction was observed to occur without a time lag. This is because the substrate oxidation is performed on the outer surface of the cell. Compared with the case where the substrate has to be taken up into the cell and reacted, and then the product must be released to the outside of the cell again, the production method using MCAD of the present invention has an advantage that energy loss can be reduced. Have

【0012】[0012]

【発明の実施の形態】発明の実施の形態を、実施例にも
とづき図面や表を参照して説明する。
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Embodiments of the present invention will be described based on examples with reference to the drawings and tables.

【0013】[0013]

【実施例1】MCADの産生株のスクリーニングは、酢
酸菌、シュードモナス、アシネトバクターおよび多種類
の他の好気性細菌を含む、100株以上の細胞株につい
て行った。スクリーニング用培地の組成は、0.03%
グリセロール、0.01%グルコース、0.1%ポリペプ
トンであり、0.2%のシクロペンタノ−ルまたは0.2
%のシクロヘキサノールの存在下に48時間以上の間、
通気条件下で培養を行った。なお、培養温度は、すべて
30℃であった。
Example 1 Screening of MCAD-producing strains was carried out on 100 or more cell lines containing acetic acid bacteria, Pseudomonas, Acinetobacter and various other aerobic bacteria. The composition of the screening medium is 0.03%
Glycerol, 0.01% glucose, 0.1% polypeptone, 0.2% cyclopentanol or 0.2
% Cyclohexanol for more than 48 hours,
The culture was performed under aeration conditions. The culture temperature was 30 ° C in all cases.

【0014】タイ国で分離された菌株の大多数は、環状
アルコールとしてシクロペンタノ−ルとシクロヘキサノ
ールのどちらを用いても、よく生育した。ただし、シク
ロヘキサノールはシクロペンタノールよりも毒性が高い
というか、むしろ静菌的であるように思われた。Instit
ute For Fermentation(IFO)または American Type
Culture Collection(ATCC)から入手した菌株の
大部分は、培養液の濁度から判断すると、48時間かそ
れ以上の長い培養時間を必要としたが、タイ国で分離さ
れた菌株の多くは、24時間の培養により同等の濁度に
達しており、シクロヘキサノールやシクロペンタノ−ル
に対する耐性が高いことが示された。
The majority of strains isolated in Thailand grew well with both cyclopentanol and cyclohexanol as cyclic alcohols. However, cyclohexanol appeared to be more toxic, or rather bacteriostatic, than cyclopentanol. Instit
ute For Fermentation (IFO) or American Type
Most of the strains obtained from the Culture Collection (ATCC) required a long culture time of 48 hours or longer, judging from the turbidity of the culture solution, but most of the strains isolated in Thailand had 24 hours. Equivalent turbidity was reached by culturing for a period of time, indicating high resistance to cyclohexanol and cyclopentanol.

【0015】24時間培養後の培養液の濁度によって判
断した結果、試験した100株以上の菌株の中から、代
表例として Gluconobacter frateurii CHM 9、Psuedmon
as sp. CHM 32、Acetobacter rancens SKU 1111、Acine
tobacter calcoaceticus LMD79.41 の4株を選抜した。
これらの菌株の相対生育速度(Growth)、培養液の最終
pH(Final pH)、細胞膜画分のシクロペンタノ−ルに
対する酵素活性(Enzyme activity)の比較を、表1に
示した。
As a result of judging by the turbidity of the culture solution after 24 hours of culture, Gluconobacter frateurii CHM 9 and Psuedmon were representatively selected from the 100 or more strains tested.
as sp. CHM 32, Acetobacter rancens SKU 1111, Acine
Four strains of tobacter calcoaceticus LMD79.41 were selected.
Table 1 shows a comparison of the relative growth rate (Growth) of these strains, the final pH of the culture solution, and the enzyme activity of the cell membrane fraction with respect to cyclopentanol.

【0016】[0016]

【表1】 [Table 1]

【0017】培養液の最終pHに関しては、Gluconobac
ter frateurii CHM 9 だけが、酸性の値を示した。一
方、Psuedmonas sp. CHM 32 と Acinetobacter calcoac
eticusLMD 79.41 は、弱アルカリ性の値であった。ま
た、Acetobacter rancens SKU 1111 の場合は、最初の
pHの値と同じであった。
Regarding the final pH of the culture medium, Gluconobac
Only ter frateurii CHM 9 showed acidic values. On the other hand, Psuedmonas sp. CHM 32 and Acinetobacter calcoac
eticusLMD 79.41 was a weakly alkaline value. In the case of Acetobacter rancens SKU 1111, it was the same as the initial pH value.

【0018】細胞膜画分の見掛けのシクロペンタノ−ル
脱水素酵素活性は、phenazine methosulfate(PMS)
および 2,6-dichlorophenol indophenol(DCIP)を
用いるPMS−DCIP法により測定した。基質として
は、25μmol のシクロペンタノ−ルを用いた。測定用
溶液としては、McIlvaine バッファー(pH5.0)を
用いた。酵素活性の1ユニットは、反応条件下におい
て、1分間に1μmol の基質酸化を触媒する活性として
定義した。測定の結果、Gluconobacter frateurii CHM
9 の場合は、2つのpH領域で活性が観察された。一つ
はメジャーな活性ピークであってpH5.0に、もう一
つのマイナーな活性ピークはpH9.0に存在してい
た。一方、その他の3つの菌株の細胞膜画分には、シク
ロペンタノ−ル脱水素酵素活性は観察されなかった。
The apparent cyclopentanol dehydrogenase activity of the cell membrane fraction was determined by phenazine methosulfate (PMS).
And the PMS-DCIP method using 2,6-dichlorophenol indophenol (DCIP). As the substrate, 25 μmol of cyclopentanol was used. McIlvaine buffer (pH 5.0) was used as the measurement solution. One unit of enzyme activity was defined as the activity to catalyze 1 μmol of substrate oxidation per minute under reaction conditions. As a result of the measurement, Gluconobacter frateurii CHM
In the case of 9, activity was observed in two pH regions. One was the major activity peak at pH 5.0 and the other was the minor activity peak at pH 9.0. On the other hand, no cyclopentanol dehydrogenase activity was observed in the cell membrane fractions of the other three strains.

【0019】Psuedmonas sp. CHM 32 および Acinetoba
cter calcoaceticus LMD 79.41 の場合は、細胞質に存
在するNAD依存性のCCAD活性が優勢であることが
知られている。またCCADは、反応条件により、シク
ロペンタノールのシクロペンタノンへの酸化と、シクロ
ペンタノンのシクロペンタノールへの還元の2つの反応
を行うことが知られている。そこで、シクロペンタノー
ル酸化活性は、100μmol シクロペンタノール、50
μmol glycine-NaOH(pH9.5)、0.1μmol NAD
から成る1mlの溶液中に酵素を添加し、340nmの
吸光度により、25℃におけるNADHの増加速度を記
録した。酵素活性の1ユニットは、反応条件下におい
て、1分間に1μmol のNADHを産生する活性として
定義した。測定の結果、Psuedmonas sp. CHM 32 の場合
は、シクロペンタノールは細胞質で消費されたと考えら
れる。また、Acetobacter rancens SKU 1111 の場合
は、シクロペンタノール存在下での生育は困難と考えら
れ、微量のシクロペンタノールを利用した後に、生き延
びていたように見える。次に、シクロペンタノンの還元
活性に関しては、100μmol シクロペンタノン、50
μmol potassium phosphate(pH6.0)、0.1μmol
NADHから成る1mlの溶液中に酵素を添加し、3
40nmの吸光度により、25℃におけるNADHの減
少速度を記録した。酵素活性の1ユニットは、反応条件
下において、1分間に1μmol のNADHを減少させる
活性として定義した。さらに、いろいろな培養条件下
に、酵素生成量を比較した。その結果、Acetobacter ra
ncens SKU 1111 の酵素は、構成的な酵素であることが
判明した。
Psuedmonas sp. CHM 32 and Acinetoba
In the case of cter calcoaceticus LMD 79.41, it is known that the NAD-dependent CCAD activity existing in the cytoplasm is predominant. It is known that CCAD performs two reactions, depending on the reaction conditions, oxidation of cyclopentanol to cyclopentanone and reduction of cyclopentanone to cyclopentanol. Therefore, the cyclopentanol oxidation activity is 100 μmol cyclopentanol, 50
μmol glycine-NaOH (pH9.5), 0.1μmol NAD
The enzyme was added to a 1 ml solution consisting of and the rate of increase of NADH at 25 ° C was recorded by the absorbance at 340 nm. One unit of enzyme activity was defined as the activity of producing 1 μmol NADH per minute under the reaction conditions. As a result of the measurement, in the case of Psuedmonas sp. CHM 32, it is considered that cyclopentanol was consumed in the cytoplasm. Further, in the case of Acetobacter rancens SKU 1111, it is considered that it is difficult to grow in the presence of cyclopentanol, and it seems that it survived after utilizing a very small amount of cyclopentanol. Next, regarding the reducing activity of cyclopentanone, 100 μmol cyclopentanone, 50
μmol potassium phosphate (pH 6.0), 0.1 μmol
Add the enzyme to a 1 ml solution consisting of NADH,
The rate of decrease of NADH at 25 ° C was recorded by the absorbance at 40 nm. One unit of enzyme activity was defined as the activity of reducing 1 μmol NADH per minute under the reaction conditions. Furthermore, the amount of enzyme produced was compared under various culture conditions. As a result, Acetobacter ra
The enzyme of ncens SKU 1111 was found to be a constitutive enzyme.

【0020】Gluconobacter frateurii CHM 9 の休止期
の細胞は、シクロペンタノ−ルと反応した。そこで直接
の酸化生成物であるシクロペンタノンが、反応の間に蓄
積されているか否かを調べるため、反応液を分析した。
純粋なシクロペンタノンは、2,4-dinitrophenylhydrazi
ne と反応して誘導体を生成し得ることが知られている
ので、反応混合物を2,4-dinitrophenylhydrazine と反
応させた後、 薄層クロマトグラフィー(TLC)によ
り分析した。反応により生成した 2,4-dinitrophenylhy
drazone 誘導体は、純粋なシクロペンタノンの 2,4-din
itrophenylhydrazone 誘導体と同じRf値である 0.8
2という値を示した。従って、予期した通りに、シクロ
ペンタノ−ルのシクロペンタノンへの酸化は、反応時間
および用いた細胞数の両方に比例して、いかなるタイム
ラグもなしに反応が起こることが示された。酸化発酵
の大部分のケースでは、タイム ラグなしに反応が起こ
るケースは観察されていない。これは、本発明の細胞で
は、基質酸化が細胞の外表面で行われるからである。従
って、本発明のMCADが、従来のCCADや酢酸菌細
胞膜のキノプロテイン アルコール脱水素酵素(AD
H)とは、明らかに異なる新規な酵素であることを示す
結果である。
Gluconobacter frateurii CHM 9 resting cells reacted with cyclopentanol. The reaction was then analyzed to see if the direct oxidation product, cyclopentanone, accumulated during the reaction.
Pure cyclopentanone is 2,4-dinitrophenylhydrazi
Since it is known that a derivative can be formed by reacting with ne, the reaction mixture was reacted with 2,4-dinitrophenylhydrazine and then analyzed by thin layer chromatography (TLC). 2,4-dinitrophenylhy produced by the reaction
The drazone derivative is pure cyclopentanone 2,4-din
The same Rf value as itrophenylhydrazone derivative 0.8
A value of 2 was shown. Therefore, as expected, the oxidation of cyclopentanol to cyclopentanone was shown to occur without any time lag, proportional to both the reaction time and the number of cells used. In most cases of oxidative fermentation, no reaction was observed to occur without a time lag. This is because in the cells of the present invention, substrate oxidation is performed on the outer surface of the cells. Therefore, the MCAD of the present invention is the same as the conventional CCAD or quinoprotein alcohol dehydrogenase (AD) of acetic acid bacterium cell membrane.
H) is a result showing that it is a novel enzyme which is clearly different.

【0021】[0021]

【実施例2】新規酵素MCADを有する細胞膜画分をE
DTAで処理することにより、シクロペンタノ−ルの酸
化活性に何らかの影響を及ぼすか否かを調べてみた。細
胞膜画分と細胞質画分の調製法は、以下の通りである。
Gluconobacter frateurii CHM 9 の培養後の細胞を収集
し、10mM Tris−HCl(pH7.5)バッファ
ー10ml当たり、湿細胞 約10gとなるように細胞
懸濁液を調製した。細胞懸濁液を、1,000psiの
圧力で、Rannie high pressure laboratory homogenize
r に通した。通常の低速遠心により、破砕されていない
細胞を除去した後、得られた粗無細胞抽出液を68,0
00×gで90分間さらに遠心して、沈殿した細胞膜画
分を分離した。また、細胞上清液を細胞質画分とした。
細胞膜画分は、10mM Tris−HCl(pH7.
5)バッファーに再懸濁し、沈殿をホモジナイズするこ
とにより洗浄した後、68,000×gで90分間遠心
した。この洗浄操作を2回繰り返し、細胞質画分の混入
をできるだけ少なくした。得られた細胞膜画分(Native
membrane)に、PQQおよびCaCl2を添加すること
により、MCAD活性は増加した(図1)。この結果か
ら、細胞膜画分の調製時に、MCADは部分的にアポ酵
素として存在していることが示された。
Example 2 A cell membrane fraction having a novel enzyme MCAD was treated with E
It was investigated whether or not the treatment with DTA had some influence on the oxidation activity of cyclopentanol. The method for preparing the cell membrane fraction and the cytoplasmic fraction is as follows.
The cells after culture of Gluconobacter frateurii CHM 9 were collected, and a cell suspension was prepared so that the wet cells were about 10 g per 10 ml of 10 mM Tris-HCl (pH 7.5) buffer. Rannie high pressure laboratory homogenize the cell suspension at a pressure of 1,000 psi.
passed through r. After removing unbroken cells by ordinary low speed centrifugation, the resulting crude cell-free extract solution was adjusted to 68.0%.
The precipitated cell membrane fraction was separated by further centrifugation at 00 × g for 90 minutes. The cell supernatant was used as the cytosolic fraction.
The cell membrane fraction was 10 mM Tris-HCl (pH 7.
5) After resuspending in a buffer and washing the precipitate by homogenizing, it was centrifuged at 68,000 xg for 90 minutes. This washing operation was repeated twice to minimize contamination of the cytoplasmic fraction. Obtained cell membrane fraction (Native
MCAD activity was increased by adding PQQ and CaCl 2 to the membrane (FIG. 1). From this result, it was shown that MCAD partially exists as an apoenzyme when the cell membrane fraction was prepared.

【0022】EDTA処理は、10mM Tris−H
Cl(pH7.5)バッファーにより、10mg/ml
タンパク質となるように細胞膜懸濁液を調製した後、2
0mM EDTAの条件下に氷浴中で30分間インキュ
ベーションを行った。90,000×gで60分間の超
遠心を行って上清を除去した後、沈殿を10mM Tr
is−HCl(pH7.5)バッファーに再懸濁して同
一条件下に超遠心を行い、EDTAを除去した。EDT
A処理後の細胞膜では、僅かなMCAD活性を示しただ
けであり、大部分のMCADはアポ酵素になっているこ
とが判明した(図1の EDTA treated membrane のデー
タ)。アポ酵素を有する細胞膜画分(EDTAtreated memb
rane)に対して、5μMのPQQおよび5mMのCaC
2を添加し、25℃、30分間インキュベーションし
た後に再び活性測定を行ったところ、酵素活性の回復が
見られた。
EDTA treatment was performed with 10 mM Tris-H.
10 mg / ml with Cl (pH 7.5) buffer
After preparing the cell membrane suspension so that it becomes a protein, 2
Incubation was carried out for 30 minutes in an ice bath under the condition of 0 mM EDTA. After performing ultracentrifugation at 90,000 xg for 60 minutes to remove the supernatant, precipitate was washed with 10 mM Tr.
It was resuspended in an is-HCl (pH 7.5) buffer and subjected to ultracentrifugation under the same conditions to remove EDTA. EDT
The cell membrane after treatment with A showed only a slight MCAD activity, and most of MCAD was found to be an apoenzyme (data of EDTA treated membrane in FIG. 1). Cell membrane fraction containing apoenzyme (EDTA treated membrane)
rane), 5 μM PQQ and 5 mM CaC
When l 2 was added and the mixture was incubated at 25 ° C. for 30 minutes and the activity was measured again, the enzyme activity was recovered.

【0023】細胞膜画分のアポ酵素に対して、PQQ
5μM または CaCl25mM を単独で添加し、25
℃、30分間インキュベーションした後に、再び活性測
定を行ったところ、ともに酵素活性の回復は見られた
が、その効果はCaCl2の方が大きかった(図1)。
この結果から、EDTAの主作用は、キレート化効果に
より酵素からCa2+イオンを除去していることであると
推測される。従って、PQQとCaCl2の両方を添加
することによりアポ酵素をホロ酵素に変換し、MCAD
活性を元のレベルまで回復できることが示された。従っ
て、本発明のMCADは、典型的なキノプロテイン(qu
inoprotein)環状アルコール脱水素酵素であるという結
論に達した。
For the apoenzyme of the cell membrane fraction, PQQ
5 μM or CaCl 2 5 mM was added alone, 25
When the activity was measured again after incubation at 30 ° C. for 30 minutes, recovery of the enzyme activity was observed in both cases, but the effect was greater with CaCl 2 (FIG. 1).
From this result, it is speculated that the main action of EDTA is to remove Ca 2+ ions from the enzyme by the chelating effect. Therefore, by adding both PQQ and CaCl 2, the apoenzyme was converted to the holoenzyme, and MCAD
It was shown that the activity could be restored to its original level. Therefore, the MCAD of the present invention has a typical quinoprotein (qu
It was concluded that it is a cyclic alcohol dehydrogenase.

【0024】[0024]

【実施例3】細胞膜画分から、MCADの分別可溶化を
行った。酵素の可溶化に先立って細胞膜懸濁液に、それ
ぞれ PQQ 5μM と CaCl25mM を添加し、ア
ポ酵素をホロ酵素にした。可溶化に用いた細胞膜画分
は、全タンパク質が1.4gで、シクロペンタノ−ル脱
水素酵素活性は3,120ユニットであった(図2 左側
の Membrane の黒色のバー)。また、キノプロテインA
DH活性は1,440ユニットであった(図2 左側の M
embrane の白抜きのバー)。10mM Tris−HC
l(pH 7.0)バッファーにより、細胞膜画分のタン
パク質濃度を10mg/mlに調整した後、Na-cholate
を0.5%となるように添加して、1時間ゆっくりと攪
拌した。68,000×gで60分間の遠心を行うと、
キノプロテインADH活性の大部分は、遠心上清(Supe
rnatant)に移動した。しかしながら、オリジナルのシ
クロペンタノ−ル脱水素酵素活性の70%以上は、沈殿
した細胞膜画分(Precipitate)に残存していた(図2
の Na-cholate のデータ)。
Example 3 MCAD was separately solubilized from the cell membrane fraction. Prior to solubilization of the enzyme, PQQ (5 μM) and CaCl 2 ( 5 mM) were added to the cell membrane suspension to change the apoenzyme into a holoenzyme. In the cell membrane fraction used for solubilization, the total protein was 1.4 g, and the cyclopentanol dehydrogenase activity was 3,120 units (Membrane black bar on the left side of FIG. 2). Also, quinoprotein A
The DH activity was 1,440 units (M on the left side of Fig. 2).
White bar of embrane). 10 mM Tris-HC
After adjusting the protein concentration of the cell membrane fraction to 10 mg / ml with 1 (pH 7.0) buffer, Na-cholate
Was added to 0.5% and the mixture was stirred slowly for 1 hour. If you centrifuge at 68,000 xg for 60 minutes,
Most of the quinoprotein ADH activity is due to centrifugation supernatant (Supe
rnatant). However, 70% or more of the original cyclopentanol dehydrogenase activity remained in the precipitated cell membrane fraction (Precipitate) (Fig. 2).
Na-cholate data).

【0025】沈殿した細胞膜画分を、10mM Tri
s−HCl(pH 7.0)バッファーに懸濁させ、タン
パク質濃度を10mg/mlに調整した。この細胞膜画
分の懸濁液に、Mydol 10TM を1.0%になるように添加
し、さらに1時間、緩やかに攪拌した。68,000×
gで60分間の遠心を行うと、元の細胞膜画分における
シクロペンタノ−ル脱水素酵素活性の約3分の1が、遠
心上清中に出現した(図2 右側の Mydol 10TM の黒色
のバー)。一方、キノプロテインADH活性は、通常の
活性試験条件では検出できないほどに低かった。これら
の結果は、MCAD活性がキノプロテインADHによる
ものではないことを示しており、環状アルコールを特異
的に酸化する酵素MCADが、酢酸菌の細胞膜画分に存
在することが初めて示された。
The precipitated cell membrane fraction was treated with 10 mM Tri
It was suspended in s-HCl (pH 7.0) buffer and the protein concentration was adjusted to 10 mg / ml. To this suspension of cell membrane fraction, Mydol 10 was added at 1.0% and gently stirred for 1 hour. 68,000 ×
After centrifugation at 60 g for 60 min, about one-third of the cyclopentanol dehydrogenase activity in the original cell membrane fraction appeared in the supernatant (Fig. 2, right side, black bar of Mydol 10 ™) . ). On the other hand, the quinoprotein ADH activity was so low that it could not be detected under the usual activity test conditions. These results indicate that MCAD activity is not due to quinoprotein ADH, and it was shown for the first time that the enzyme MCAD that specifically oxidizes cyclic alcohol is present in the cell membrane fraction of acetic acid bacteria.

【0026】[0026]

【実施例4】次に、MCADの精製を行った。実施例3
で述べたように、段階的に可溶化したMCAD溶液を、
5mM CaCl2と Mydol 10TM 0.3%を含む10m
M 酢酸バッファー(pH5.0)で平衡化させたDEA
E−トヨパールカラム(2.6×9cm)にかけた。M
CADは吸着されず、不純物の一部が、この操作により
除去された。カラムを通過した溶液を回収して、5mM
CaCl2と Mydol 10T M 0.3%を含む10mM 酢酸
バッファー(pH4.0)で透析した。
Example 4 Next, MCAD was purified. Example 3
As described above, the stepwise solubilized MCAD solution was added to
5 mM CaCl2And Mydol 10TM10m including 0.3%
DEA equilibrated with M acetate buffer (pH 5.0)
It was applied to an E-Toyopearl column (2.6 x 9 cm). M
CAD is not adsorbed, and some impurities are
Was removed. The solution that has passed through the column is collected and 5 mM
 CaCl2And Mydol 10T M10 mM acetic acid containing 0.3%
It was dialyzed against a buffer (pH 4.0).

【0027】次に透析後の溶液を、5mM CaCl2
Mydol 10TM 0.3%を含む10mM 酢酸バッファー
(pH4.0)で平衡化したCM−トヨパールカラム
(1.6×6cm)にかけた所、MCADおよび残存し
ていたキノプロテインADHが、カラムに吸着された。
5mM CaCl2を含む10mM 酢酸バッファー(p
H4.0)で洗浄した後、5−40mMのCaCl2直線
濃度勾配により、溶出を行った。図3に示したように、
280nmの吸光度(図5の○印)により検出されたピ
ーク画分に、MCAD活性を有するピーク(図5の●
印)が検出できた。MCAD活性を有するピーク画分を
回収し、SDS−PAGEにより分析した結果、分子量
83kDaの単一ピークであることが判明した(図4の
レーン2)。なお、図4のレーン1は、サイズマーカー
のバンドであり、phosphorylase b(94kDa)、 bovine
serum albumin(68 kDa)、 ovalbumin(43 kDa)、 ca
rbonicanhydrase(31 kDa)、 lysozyme(14.4 kDa)を
用いた。
Next, the solution after dialysis was treated with 5 mM CaCl 2 .
When applied to a CM-Toyopearl column (1.6 × 6 cm) equilibrated with 10 mM acetate buffer (pH 4.0) containing Mydol 10 0.3%, MCAD and remaining quinoprotein ADH were loaded on the column. Adsorbed.
10 mM acetate buffer containing 5 mM CaCl 2 (p
After washing with H4.0), elution was performed with a 5-40 mM CaCl 2 linear concentration gradient. As shown in FIG.
A peak having MCAD activity (● in FIG. 5) was detected in the peak fraction detected by the absorbance at 280 nm (circle in FIG. 5).
Mark) was detected. The peak fraction having MCAD activity was collected and analyzed by SDS-PAGE. As a result, it was found to be a single peak with a molecular weight of 83 kDa (lane 2 in FIG. 4). Lane 1 in FIG. 4 is the size marker band, phosphorylase b (94 kDa), bovine.
serum albumin (68 kDa), ovalbumin (43 kDa), ca
rbonicanhydrase (31 kDa) and lysozyme (14.4 kDa) were used.

【0028】また、420nmの吸光度(図5の□印)
により検出された2つのピークの内、後方のピークはキ
ノプロテインADHの溶出ピークであった。MCADは
キノプロテインADHと完全に分離され、両者は同一物
でないことも同時に証明された。このような2段階の精
製操作により、MCADは25倍に精製された(表
2)。
The absorbance at 420 nm (marked by □ in FIG. 5)
The rear peak of the two peaks detected by E. coli was the elution peak of quinoprotein ADH. MCAD was completely separated from quinoprotein ADH, and it was simultaneously proved that they are not the same. By such a two-step purification operation, MCAD was purified 25 times (Table 2).

【0029】[0029]

【表2】 [Table 2]

【0030】[0030]

【実施例5】細胞膜画分と精製酵素の両方について、M
CADの基質特異性を調べてみた(表3)。
Example 5 For both the cell membrane fraction and the purified enzyme, M
The substrate specificity of CAD was investigated (Table 3).

【0031】[0031]

【表3】 [Table 3]

【0032】MCADは環状アルコール、特にシクロペ
ンタノ−ルおよびシクロヘキサノ−ルに対して、高度に
特異的であった。シクロペンタノ−ルに対する見掛けの
ミハエリス定数は、最適条件下に試験した結果、1mM
であると測定された。MCADにより、cyclooctanol、
cis-1,2- cyclopentanediol および 2,3-butanediol
が、良く酸化されることは興味深い結果であった。また
MCADは、いくつかの脂肪族2級アルコールも酸化し
た。MCADは、環状アルコールや2級アルコールの酸
化に加えて、glycerol、meso-erythritol、ribitol、D-
arabitol、D-sorbitol および D-mannitol のような糖
アルコールも酸化した。MCADは、これらの糖アルコ
ールを、2級アルコールとして認識しているように思わ
れる。
MCAD was highly specific for cyclic alcohols, especially cyclopentanol and cyclohexanol. The apparent Michaelis constant for cyclopentanol was 1 mM when tested under optimal conditions.
Was measured. By MCAD, cyclooctanol,
cis-1,2-cyclopentanediol and 2,3-butanediol
However, it was an interesting result that it was well oxidized. MCAD also oxidized some aliphatic secondary alcohols. MCAD, in addition to the oxidation of cyclic alcohols and secondary alcohols, glycerol, meso-erythritol, ribitol, D-
Sugar alcohols such as arabitol, D-sorbitol and D-mannitol were also oxidized. MCAD appears to recognize these sugar alcohols as secondary alcohols.

【0033】シクロペンタノンのケースと同様に、個々
の酸化生成物は細胞外に蓄積された。従ってMCAD
は、キラル ケミストリーにおける有用な酵素と考えら
れる。MCADが細胞膜の外表面に局在していること
が、環状アルコールの酸化発酵を容易にするという利点
を有している。環状アルコールは、酸化発酵のメカニズ
ムが原因で、生細胞に対していくらかの生物学的な毒性
を有しているため、このような毒性物質を細胞質内に取
り込んで酸化をすることは好ましくない。また、酸化生
成物を細胞膜を通して細胞外に汲み出すためには、余分
なバイオエネルギーが必要である。補酵素としてはPQ
Qだけが有効であり、NAD(P)、NAD(P)H、
FADおよびFMNは、補酵素として有効ではなかっ
た。
As in the case of cyclopentanone, the individual oxidation products accumulated extracellularly. Therefore MCAD
Is considered to be a useful enzyme in chiral chemistry. The localization of MCAD on the outer surface of the cell membrane has the advantage of facilitating the oxidative fermentation of cyclic alcohols. Since cyclic alcohols have some biological toxicity to living cells due to the mechanism of oxidative fermentation, it is not preferred to incorporate such toxic substances into the cytoplasm for oxidation. Also, extra bioenergy is required to pump the oxidation products out of the cell through the cell membrane. PQ as a coenzyme
Only Q is valid, NAD (P), NAD (P) H,
FAD and FMN were not effective as coenzymes.

【0034】[0034]

【実施例6】Gluconobacter frateurii CHM 9 の細胞質
に存在するNAD依存性のCCADは、本発明のMCA
Dとは異なる酵素であることを証明した。前述した細胞
質画分を、バッファーA(5mM β-mercaptoethanol
を含む2mM KPB pH7.2)で平衡化したDEA
E−セルロース カラム(2.5×20cm)にかけた。
バッファーAでカラムを洗浄後、0.2M KClを含む
バッファーAでCCADを溶出させた。回収したCCA
D画分を、バッファーAに対して一夜透析した後、バッ
ファーAで平衡化されたブルー デキストラン セファロ
ーズ カラム(2×20cm)にかけた。CCADは、
ブルー デキストラン セファローズカラムには吸着され
なかったが、NAD(P)依存性の酵素は、このステッ
プで除去された。
Example 6 NAD-dependent CCAD present in the cytoplasm of Gluconobacter frateurii CHM 9 is the MCA of the present invention.
It was proved to be an enzyme different from D. The above cytoplasmic fraction was added to buffer A (5 mM β-mercaptoethanol
DEA equilibrated with 2 mM KPB pH 7.2) containing
It was applied to an E-cellulose column (2.5 x 20 cm).
After washing the column with buffer A, CCAD was eluted with buffer A containing 0.2 M KCl. CCA recovered
Fraction D was dialyzed overnight against buffer A and then applied to a blue dextran Sepharose column (2 x 20 cm) equilibrated with buffer A. CCAD is
The NAD (P) -dependent enzyme, which was not adsorbed on the Blue Dextran Sepharose column, was removed at this step.

【0035】次に、バッファーAで平衡化されたDEA
E−セファデックス A−50 カラム(1.5×20c
m)にかけた。75mM KClを含むバッファーAで
カラムを洗浄後、100mM KClを含むバッファー
Aで溶出し、次に125mM KClを含むバッファー
Aで溶出した。CCADの主要部は、125mM KC
lを含むバッファーAで溶出された。回収したCCAD
画分を、バッファーAで平衡化されたハイドロキシアパ
タイト カラム(5×7cm)にかけた。15mMphosp
hate を含むバッファーAで洗浄後、CCADは、30
mM phosphate を含むバッファーAで溶出された。最
終的には、ammonium sulphate により、CCADを結晶
化させた(図5)。
Next, DEA equilibrated with buffer A
E-Sephadex A-50 column (1.5 x 20c
m). After washing the column with buffer A containing 75 mM KCl, the column was eluted with buffer A containing 100 mM KCl and then with buffer A containing 125 mM KCl. The main part of CCAD is 125 mM KC
Elution with buffer A containing 1 was performed. CCAD recovered
Fractions were applied to a hydroxyapatite column (5 x 7 cm) equilibrated with buffer A. 15 mMphosp
After washing with buffer A containing hate, CCAD was 30
Elution was performed with buffer A containing mM phosphate. Finally, CCAD was crystallized with ammonium sulphate (Fig. 5).

【0036】CCAD精製の概要を、表4に示した。C
CADは、粗抽出液から38倍に精製され、全収率の2
8%の回収率で得られた。日立 分析用超遠心機 SCP85H
を用いて、20℃、60,000 rpmの条件下に、
CCADの沈降パターンを10分ごとに測定した結果、
見掛けの沈降速度が3.0sの対称ピークであり、大雑
把に言って、CCADの分子量は60kDaに相当する
ことが示された(図6の(A))。SDS−PAGEの
結果からは、分子量29,000の2つの同一サブユニ
ットから構成されていることが明らかにされた(図6の
(B))。
The outline of CCAD purification is shown in Table 4. C
CAD was purified 38 times from the crude extract, and the total yield was 2
Obtained with a recovery of 8%. Hitachi analytical ultracentrifuge SCP85H
At 20 ° C. and 60,000 rpm,
As a result of measuring the sedimentation pattern of CCAD every 10 minutes,
It was shown that the apparent sedimentation rate was a symmetrical peak at 3.0 s, and roughly, the molecular weight of CCAD was equivalent to 60 kDa ((A) of FIG. 6). The results of SDS-PAGE revealed that the protein was composed of two identical subunits having a molecular weight of 29,000 ((B) of FIG. 6).

【0037】[0037]

【表4】 [Table 4]

【0038】なお、図6のレーン2は無細胞抽出液(20
μg protein)、レーン3はDEAE―セルロースによ
る精製後(15μg protein)、レーン4はDEAE―セ
ファデックス A−50による精製後(10μg protei
n)、レーン5はハイドロキシアパタイトによる精製後
(5μg protein)、レーン6は最初の結晶化後(5μg p
rotein)の結果である。また、レーン1はサイズマーカ
ーのバンドであり、phosphorylase b(110 kDa)、bovi
ne serum albumin(77 kDa)、ovalbumin(50.5 kD
a)、carbonic anhydrase(35.2 kDa)、soybean tryps
in inhibitor(29.1 kDa)、lysozyme(14.4 kDa)を用
いた。
Lane 2 in FIG. 6 is a cell-free extract (20
μg protein), lane 3 after purification with DEAE-cellulose (15 μg protein), lane 4 after purification with DEAE-Sephadex A-50 (10 μg protei).
n), lane 5 after purification with hydroxyapatite (5 μg protein), lane 6 after the first crystallization (5 μg p
rotein) result. Lane 1 is a size marker band, phosphorylase b (110 kDa), bovi
ne serum albumin (77 kDa), ovalbumin (50.5 kD
a), carbonic anhydrase (35.2 kDa), soybean tryps
in inhibitor (29.1 kDa) and lysozyme (14.4 kDa) were used.

【0039】[0039]

【実施例7】CCADの基質特異性を、表3に示した。
CCADは、50mM グリシン−NaOH中で試験し
た時、8.5−10.0というアルカリ性のpH条件下
に、環状アルコールを酸化した。CCADは環状アルコ
ールを酸化したが、環状アルコールの酸化における基質
特異性に関しては、MCADよりも狭かった(表3)。
CCADは、2−ブタノール(2-butanol)を良く酸化
することから、2級アルコールの脱水素酵素と考えられ
る。結晶化したCCADは、シクロペンタノールに対し
て 0.45 units/mg protein という比活性を示した
が、膜結合型のMCADのシクロペンタノールに対する
比活性(44.3 units/mg protein)と比較すると、約
100倍も低い値であった。
Example 7 The substrate specificity of CCAD is shown in Table 3.
CCAD oxidised cyclic alcohols under alkaline pH conditions of 8.5-10.0 when tested in 50 mM glycine-NaOH. CCAD oxidised cyclic alcohols but was narrower than MCAD in terms of substrate specificity in the oxidation of cyclic alcohols (Table 3).
CCAD is considered to be a secondary alcohol dehydrogenase since it oxidizes 2-butanol well. The crystallized CCAD showed a specific activity of 0.45 units / mg protein for cyclopentanol, which was compared with the specific activity of membrane-bound MCAD for cyclopentanol (44.3 units / mg protein). Then, the value was about 100 times lower.

【0040】低いミハエリス定数を有する、細胞質内の
NAD(P)依存性酵素は、偶然に細胞質中に発生した
毒性化合物の急速なる排除システムを反映していると考
えられる。もちろん、本発明に用いられたシクロペンタ
ノールやシクロヘキサノールは、天然に高濃度で存在す
るものではない。従って、シクロペンタノールやシクロ
ヘキサノールは、CCADの真の、そして現実の基質で
あると考えるべきである。
It is believed that the cytoplasmic NAD (P) -dependent enzyme, which has a low Michaelis constant, reflects the rapid elimination system of toxic compounds that happens to occur in the cytoplasm. Of course, the cyclopentanol and cyclohexanol used in the present invention are not naturally present in high concentrations. Therefore, cyclopentanol and cyclohexanol should be considered as true and real substrates of CCAD.

【0041】シクロヘキサノールおよびNADに対す
る、CCADの見掛けのミハエリス定数は、それぞれ7
mMおよび73μMと測定された。また、シクロヘキサ
ノン(cyclohexanone) およびNADHに対する、CC
ADの見掛けのミハエリス定数は、それぞれ18mMお
よび0.4mMと測定された。
The apparent Michaelis constant of CCAD for cyclohexanol and NAD is 7 each.
Measured as mM and 73 μM. In addition, CC for cyclohexanone and NADH
Apparent Michaelis constants for AD were measured at 18 mM and 0.4 mM, respectively.

【0042】一方で、CCADによる環状ケトンの還元
は、50mM 酢酸ナトリウム中で試験した時、pH5.
0という酸性の条件下で、最も高い活性を示した。この
ようにCCADは、シクロヘキサノンに対して高い反応
性を有しており、対応する環状アルコールであるシクロ
ヘキサノールへと容易に還元された。以上の結果から、
本発明のMCADと従来のCCADとは、全く異なる酵
素であることが証明された。
On the other hand, the reduction of cyclic ketones by CCAD, when tested in 50 mM sodium acetate, resulted in a pH of 5.
It showed the highest activity under the acidic condition of 0. Thus, CCAD has a high reactivity with cyclohexanone and was easily reduced to the corresponding cyclic alcohol, cyclohexanol. From the above results,
It was proved that MCAD of the present invention and conventional CCAD are completely different enzymes.

【0043】休止期の細胞または細胞膜画分と基質の環
状アルコールとを混合した場合は、短時間で環状アルコ
ールは対応する環状ケトンに変換された。その変換速度
は、NAD依存性のCCADによる反応速度とは比較で
きない程に大きなものであった。従って、CCADは酸
化発酵に対していかなる貢献もないことを示しており、
膜結合型のMCADだけが機能していることを明らかに
することができた。
When the resting cell or cell membrane fraction was mixed with the substrate cyclic alcohol, the cyclic alcohol was converted to the corresponding cyclic ketone in a short time. The conversion rate was so large that it could not be compared with the reaction rate due to NAD-dependent CCAD. Therefore, it is shown that CCAD does not make any contribution to oxidative fermentation,
It was possible to clarify that only the membrane-bound MCAD was functioning.

【0044】[0044]

【発明の効果】本発明者らは、好気性細菌の細胞膜に、
PQQを補酵素とする酸化活性の存在を初めて指摘し、
酢酸菌等の好気性細菌を含む100株以上の細胞株を対
象として、膜結合型の環状アルコール脱水素酵素産生株
のスクリーニングを行った。その結果、グルコノバクタ
ー属の酢酸菌の細胞膜に存在する、従来のCCADの1
00倍も高い活性を有する膜結合型環状アルコ−ル脱水
素酵素(MCAD)を見出し、初めて可溶化、精製し
た。
EFFECTS OF THE INVENTION The present inventors have found that in the cell membrane of aerobic bacteria,
For the first time, we pointed out the existence of oxidative activity with PQQ as a coenzyme,
Screening of 100 or more cell lines containing aerobic bacteria such as acetic acid bacteria was carried out for a membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase producing strain. As a result, 1 of the conventional CCAD, which is present in the cell membrane of Gluconobacter acetic acid bacteria
For the first time, a membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase (MCAD) having activity as high as 00 times was found and solubilized and purified.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

【図1】EDTA処理後の Gluconobacter frateurii C
HM 9 株からの MCAD が、PQQおよびCaCl2
より再活性化されることを示す図である。
FIG. 1 Gluconobacter frateurii C after EDTA treatment
FIG. 6 shows that MCAD from HM 9 strain is reactivated by PQQ and CaCl 2 .

【図2】Gluconobacter frateurii CHM 9 株からの M
CAD の分別可溶化を示す図である。
Fig. 2 M from Gluconobacter frateurii CHM 9 strain
It is a figure which shows fractional solubilization of CAD.

【図3】Gluconobacter frateurii CHM 9 株からの M
CAD の、CM−トヨパールカラム クロマトグラフィ
ーからの溶出プロファイルを示す図である。
Figure 3: M from Gluconobacter frateurii CHM 9 strain
It is a figure which shows the elution profile from CM-Toyopearl column chromatography of CAD.

【図4】Gluconobacter frateurii CHM 9 株からの M
CAD の、SDS−PAGEの結果を示す図である。
FIG. 4 M from Gluconobacter frateurii CHM 9 strain
It is a figure which shows the result of SDS-PAGE of CAD.

【図5】Gluconobacter frateurii CHM 9 株からの C
CAD の結晶形を示す図である。
Fig. 5 C from Gluconobacter frateurii CHM 9 strain
It is a figure which shows the crystal form of CAD.

【図6】Gluconobacter frateurii CHM 9 株からの C
CAD の純度を示す図である。
FIG. 6: C from Gluconobacter frateurii CHM 9 strain
It is a figure which shows the purity of CAD.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 外山 博英 山口県山口市大字吉田1677番1号 山口大 学農学部 (72)発明者 ガンジャナ テーラグール タイ王国バンコック10900 カセサート大 学 (72)発明者 ヂュアングティップ ムーンマンミー タイ王国バンコック10140 キンモンクッ ト工科大学トンブリ校 Fターム(参考) 4B050 CC01 CC07 DD02 FF09 FF11 FF12 LL05 4B064 AC09 AC31 CA21 CB13 CB28 DA16    ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued front page    (72) Inventor Hirohide Toyama             1677-1 Yoshida, Yamaguchi City, Yamaguchi Prefecture Yamaguchi University             Faculty of Agriculture (72) Inventor Ganjana Teragur             Kingdom of Thailand Bangkok 10900 Kasetsart Large             Study (72) Inventor Zuangtip Moonman Me             Kingdom of Thailand Bangkok 10140             Institute of Technology Thonburi F-term (reference) 4B050 CC01 CC07 DD02 FF09 FF11                       FF12 LL05                 4B064 AC09 AC31 CA21 CB13 CB28                       DA16

Claims (9)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 酢酸菌及び他の好気性グラム陰性細菌の
膜結合型環状アルコール脱水素酵素。
1. A membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase of acetic acid bacteria and other aerobic Gram-negative bacteria.
【請求項2】 酢酸菌がグルコノバクター属の酢酸菌で
ある、請求項1に記載の膜結合型環状アルコール脱水素
酵素。
2. The membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase according to claim 1, wherein the acetic acid bacterium is an acetic acid bacterium of the genus Gluconobacter.
【請求項3】 グルコノバクター属の酢酸菌が Glucono
bacter frateurii CHM 9 である、請求項1または2に
記載の膜結合型環状アルコール脱水素酵素。
3. An acetic acid bacterium of the genus Gluconobacter is Glucono.
The membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase according to claim 1 or 2, which is bacter frateurii CHM 9.
【請求項4】 PQQを補酵素とし、活性の発現にCa
2+イオンを必要とする、請求項1から3のいずれかに記
載の膜結合型環状アルコール脱水素酵素。
4. PQQ is used as a coenzyme, and Ca is used for the expression of activity.
The membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase according to any one of claims 1 to 3, which requires 2+ ions.
【請求項5】 請求項1から4のいずれかに記載の膜結
合型環状アルコール脱水素酵素を用いる、環状アルコー
ルからの環状ケトンの製造法。
5. A method for producing a cyclic ketone from a cyclic alcohol, which uses the membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase according to any one of claims 1 to 4.
【請求項6】 請求項1から4のいずれかに記載の膜結
合型環状アルコール脱水素酵素を用いる、2級アルコー
ルからの2級ケトンの製造法。
6. A method for producing a secondary ketone from a secondary alcohol, which uses the membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase according to any one of claims 1 to 4.
【請求項7】 膜結合型環状アルコール脱水素酵素を有
する細胞膜画分または細胞を用いる、請求項5または6
に記載の製造法。
7. The cell membrane fraction or cell having a membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase is used, according to claim 5 or 6.
The manufacturing method described in.
【請求項8】 膜結合型環状アルコール脱水素酵素を用
いて、ラセミ化合物の一方の光学異性体だけを酸化し、
酸化されなかった光学異性体だけを分離することを特徴
とする、光学異性体の分離法。
8. A membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase is used to oxidize only one optical isomer of a racemate,
A method for separating optical isomers, which comprises separating only non-oxidized optical isomers.
【請求項9】 膜結合型環状アルコール脱水素酵素が G
luconobacter frateurii CHM 9 由来の酵素であって、
ラセミ化合物が 2,3-butanediol である、請求項8に記
載の光学異性体の分離法。
9. The membrane-bound cyclic alcohol dehydrogenase is G
An enzyme derived from luconobacter frateurii CHM 9,
The method for separating optical isomers according to claim 8, wherein the racemic compound is 2,3-butanediol.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109456924A (en) * 2018-12-20 2019-03-12 河南大学 A method of increase and not holds in the palm gluconobacter sp HD924 biomass

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