JP2008043245A - Oxygen-resistant hydrogenase - Google Patents

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Masaki Ihara
正喜 伊原
Mizuo Maeda
瑞夫 前田
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To obtain a hydrogenase having resistance to reversible inactivation by oxygen. <P>SOLUTION: The oxygen-resistant hydrogenase has a hydrogenase surface modified with an antibody or a crosslinking agent. <P>COPYRIGHT: (C)2008,JPO&INPIT

Description

本発明は、酸素耐性ヒドロゲナーゼ、より詳しくは抗体または架橋剤によって表面を修飾することによってヒドロゲナーゼ内部への酸素分子の侵入をブロックし、酸素耐性が向上したヒドロゲナーゼに関する。   The present invention relates to an oxygen-resistant hydrogenase, and more particularly to a hydrogenase with improved oxygen tolerance by blocking the entry of oxygen molecules into the hydrogenase by modifying the surface with an antibody or a cross-linking agent.

ヒドロゲナーゼは、触媒活性部位にニッケル−鉄錯体、または鉄錯体を有しており、プロトンを還元して水素分子を生成する反応(2H+ + e- →H2)と、水素分子をプロトンと電子に分解して還元力を生じる反応(H2 → 2H+ + e-)を触媒する酵素である。水素は、水を分解して製造することができ、燃焼してエネルギーを発生した後、水に戻るので、自然環境に対してクリーンなエネルギーである。従って、地球上の資源の節約、地球温暖化防止などのために非化石燃料エネルギーの利用拡大が急速に期待されているなか、水素は化石燃料に代わるクリーンな次世代のエネルギーキャリアとして最も注目されている。そのため、水素分子の生成能と分解能を有するヒドロゲナーゼは、様々な可能性を有していると言える。たとえば、ヒドロゲナーゼとシアノバクテリアや緑藻類などの光合成反応中心を組み合わせた光駆動水素合成デバイスが提案されている(特許文献1)。一方、ヒドロゲナーゼの水素分子分解能は、燃料電池の白金電極の代替や、燃料電池の安全性を確保するために水素の漏れを検知する水素センサーにも利用できる(非特許文献1,2)。従って、ヒドロゲナーゼの重要性は今後さらに増すものと考えられる。 Hydrogenases, nickel catalytic active site - has an iron complex or iron complex, the reaction to produce hydrogen molecules by reducing protons - and (2H + + e → H 2 ), protons and electrons of hydrogen molecules It is an enzyme that catalyzes a reaction (H 2 → 2H + + e ) that decomposes into two to produce a reducing power. Hydrogen can be produced by decomposing water, burns to generate energy, and then returns to water, so it is clean energy for the natural environment. Therefore, hydrogen is attracting the most attention as a clean next-generation energy carrier to replace fossil fuels, while the rapid expansion of the use of non-fossil fuel energy to save global resources and prevent global warming. ing. Therefore, it can be said that hydrogenases having the ability to generate hydrogen molecules and resolution have various possibilities. For example, a light-driven hydrogen synthesis device that combines hydrogenase and a photosynthetic reaction center such as cyanobacteria or green algae has been proposed (Patent Document 1). On the other hand, the hydrogen molecule resolution of hydrogenase can be used for a hydrogen sensor that detects hydrogen leakage in order to replace the platinum electrode of a fuel cell or to ensure the safety of the fuel cell (Non-patent Documents 1 and 2). Therefore, the importance of hydrogenase is expected to increase further in the future.

しかしながら、ヒドロゲナーゼは、酸素分子によって失活されやすいという問題がある。そのために、ヒドロゲナーゼを利用する場合は、酸素分子を十分に除去しなければならず、コスト面などで不利となっている。酸素によるヒドロゲナーゼ失活過程は二段階に分けることができ、まず一段階目では可逆的な不活性化が起こり、次いで二段階目では不可逆的な失活が起こることが知られている。可逆的な不活性化状態では、水素雰囲気下や還元剤存在下において活性化されるが、不可逆的失活状態では活性化されることはない。これまで報告されているヒドロゲナーゼの酸素に対する耐性向上の試みは大きく3つに分けることができる。つまり、(1)天然のヒドロゲナーゼ探索、(2)ヒドロゲナーゼのアミノ酸置換、(3)ヒドロゲナーゼの固定化である。(1)の例としては、Ralstonia eutropha 由来のヒドロゲナーゼ(非特許文献1,2)、Hydrogenovibrio marinus由来のヒドロゲナーゼ(非特許文献3)、Desulfovibrio vulgaris由来のヒドロゲナーゼ(非特許文献4)が発見されている。これらのヒドロゲナーゼでは、二段階目の不可逆的失活に対する耐性を有し、空気中に4℃で放置しても数日から数週間の間、ほとんど不可逆的失活が起こらないことが報告されている。これは、これまでよく研究されてきたClostridium由来のヒドロゲナーゼが空気中で数分のうちに不可逆的に失活することとは対照的である。しかし、いずれのヒドロゲナーゼも、酸素存在下において活性が低下することから、酸素分子によって可逆的不活性化が起こっていることが示唆され、一段階目の可逆的不活性化に対する耐性は得られていないといえる。(2)の例としては、Azotobacter vinelandiiヒドロゲナーゼの鉄硫黄錯体に配位しているシステイン残基の一つをセリンに置換したアミノ酸置換体において、一段階目の可逆的不活性化に対する耐性が向上したという報告がある(非特許文献5)。天然型Azotobacter vinelandiiヒドロゲナーゼは酸素濃度76μMにおいて水素分解活性がほぼ完全に阻害されるが、アミノ酸置換体は上記酸素濃度下においても酸素非存在下と同様の活性を保持していた。この結果は、アミノ酸置換体の酸素耐性が向上したことを示唆している。しかし、アミノ酸置換体の水素分解速度は16nmol/min/gram of cellであり、この速度は酸素非存在下における天然型の24500 nmol/min/gram of cellと比較して1500分の1と劇的に低い。従って、このアミノ酸置換は、酸素耐性を与えるものの、ヒドロゲナーゼの電子授受機能に大きな影響を与えるために本来の活性が大きく低化するという問題を抱えている。(3)の例としては、ヒドロゲナーゼをシリカゲルやイオン交換樹脂などの担体に固定化することで酸素耐性を改善しようとした研究例を挙げることができる(非特許文献6,7)。しかし、担体に固定化されたヒドロゲナーゼは、二段階目の不可逆的失活に対しては耐性が改善されたが、一段階目の可逆的不活性化に対する耐性が改善したという報告例はない。従って、酸素によるヒドロゲナーゼの可逆的不活化の問題は、依然として解決すべき課題として残されている。   However, hydrogenase has a problem that it is easily deactivated by oxygen molecules. Therefore, when hydrogenase is used, oxygen molecules must be sufficiently removed, which is disadvantageous in terms of cost. It is known that the hydrogenase deactivation process by oxygen can be divided into two stages. First, reversible inactivation occurs in the first stage, and then irreversible inactivation occurs in the second stage. In a reversible inactivated state, it is activated in a hydrogen atmosphere or in the presence of a reducing agent, but it is not activated in an irreversible inactivated state. Attempts to improve the resistance of hydrogenase to oxygen reported so far can be roughly divided into three. That is, (1) search for natural hydrogenase, (2) amino acid substitution of hydrogenase, and (3) immobilization of hydrogenase. Examples of (1) include hydrogenases derived from Ralstonia eutropha (Non-patent Documents 1 and 2), hydrogenases derived from Hydrogenovibrio marinus (Non-patent Document 3), and hydrogenases derived from Desulfovibrio vulgaris (Non-patent Document 4). . These hydrogenases are resistant to the second stage of irreversible inactivation, and it has been reported that irreversible inactivation does not occur for several days to several weeks when left in air at 4 ° C. Yes. This is in contrast to Clostridium-derived hydrogenase, which has been well studied so far, in an irreversible manner in a few minutes. However, the activity of all hydrogenases decreases in the presence of oxygen, suggesting that reversible inactivation occurs due to oxygen molecules, and resistance to reversible inactivation at the first stage has been obtained. I can say no. As an example of (2), the resistance to reversible inactivation of the first step is improved in the amino acid substitution product in which one of the cysteine residues coordinated to the iron-sulfur complex of Azotobacter vinelandii hydrogenase is substituted with serine. (Non-patent document 5). The natural Azotobacter vinelandii hydrogenase was almost completely inhibited in hydrogenolysis activity at an oxygen concentration of 76 μM, but the amino acid substitution product retained the same activity in the absence of oxygen even at the above oxygen concentration. This result suggests that the oxygen tolerance of the amino acid substitution product is improved. However, the hydrogenolysis rate of amino acid substitution products is 16 nmol / min / gram of cell, and this rate is dramatically 1500 times lower than that of natural type 24500 nmol / min / gram of cell in the absence of oxygen. Very low. Therefore, although this amino acid substitution provides oxygen tolerance, it has a problem that the original activity is greatly reduced because it greatly affects the electron transfer function of hydrogenase. As an example of (3), there can be mentioned a research example in which oxygen resistance is improved by immobilizing hydrogenase on a carrier such as silica gel or ion exchange resin (Non-patent Documents 6 and 7). However, the hydrogenase immobilized on the carrier has improved resistance to the second-stage irreversible inactivation, but there is no report of improved resistance to the first-stage reversible inactivation. Therefore, the problem of reversible inactivation of hydrogenase by oxygen remains a problem to be solved.

一方、これまで酵素タンパク質表面の分子内架橋や抗体結合による修飾について幾つかの報告がある。例えば、分子内架橋に関しては、α-ガラクトシダーゼに対してヘキサメチレンジイソシアネートを用いてタンパク質表面のリジン間を架橋した例(非特許文献8)、キモトリプシンに対して1-ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)carodiimide (EDC)を用いてタンパク表面のアスパラギン酸とグルタミン酸間を架橋した例(非特許文献9)、グリセルアルデヒド-3-リン酸デヒドロゲナーゼに対してジカルボン酸を用いてタンパク質表面のリジン間を架橋した例(非特許文献10)などがあり、いずれも耐熱性やプロテアーゼ耐性の向上を目的としている。一方、抗体による酵素の安定に関しては、α-ガラクトシダーゼ(非特許文献8)、RNase(非特許文献11)、パパイン(非特許文献12)、グルコース-6-リン酸デヒドロゲナーゼ(非特許文献13)について、それぞれの酵素をそれに対する抗体を含んだ血清と混合することによって、その熱耐性もしくはプロテアーゼ耐性、変性剤(ウレア)耐性が改善したことが報告されている。しかしながら、上記の報告例はいずれもヒドロゲナーゼとは分子量やサブユニット構造、機能についてまったく異なる酵素タンパク質に関するものであり、酸素耐性改善について検討されたものはない。   On the other hand, there have been several reports on modification of the enzyme protein surface by intramolecular crosslinking and antibody binding. For example, regarding intramolecular crosslinking, α-galactosidase is cross-linked between lysines on the protein surface using hexamethylene diisocyanate (Non-patent Document 8), and chymotrypsin is 1-ethyl-3- (3-dimethylaminopropyl). ) Example of cross-linking between aspartic acid and glutamic acid on the protein surface using carodiimide (EDC) (Non-patent Document 9), glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase using carboxylic acid between lysine on the protein surface There are cross-linked examples (Non-Patent Document 10), and all of them are aimed at improving heat resistance and protease resistance. On the other hand, regarding the enzyme stability by antibodies, α-galactosidase (Non-patent Document 8), RNase (Non-patent Document 11), papain (Non-patent Document 12), and glucose-6-phosphate dehydrogenase (Non-patent Document 13). It has been reported that the heat resistance, protease resistance and denaturant (urea) resistance have been improved by mixing each enzyme with serum containing an antibody against it. However, all of the above reported examples relate to enzyme proteins that are completely different from hydrogenases in terms of molecular weight, subunit structure, and function, and none have been studied for improving oxygen tolerance.

特開2006-20614号公報JP 2006-20614 Analytical Chemistry, 2005, Vol.77, p.4969-4975Analytical Chemistry, 2005, Vol.77, p.4969-4975 Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 2005, Vol.102, p.16951-16954Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 2005, Vol.102, p.16951-16954 Biochemical and Biophysical Research Communications, 1997, Vol.232, p.766-770Biochemical and Biophysical Research Communications, 1997, Vol.232, p.766-770 FEBS letter, 1978, Vol.86, p.122-126FEBS letter, 1978, Vol.86, p.122-126 Journal of Bacteriology, 1995, Vol.177, p.3960-3964Journal of Bacteriology, 1995, Vol.177, p.3960-3964 Biochemical and Biophysical Research Communications, 1980, Vol.92, p.1091-1096Biochemical and Biophysical Research Communications, 1980, Vol.92, p.1091-1096 Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 1978, Vol.75, p.3640-3643Proc.Natl.Acad.Sci.USA, 1978, Vol.75, p.3640-3643 Biochimica et. Biophysica Acta, 1974, Vol.350, p.432-440Biochimica et. Biophysica Acta, 1974, Vol. 350, p.432-440 Biochimica et. Biophysica Acta. 1978, Vol.522, p.277-283Biochimica et. Biophysica Acta. 1978, Vol.522, p.277-283 J.Mol.Catal., 1983, Vol.19, p.291-301J. Mol. Catal., 1983, Vol. 19, p.291-301 Biochimica et Biophysica Acta, 2001, Vol.1548, p.114-120Biochimica et Biophysica Acta, 2001, Vol.1548, p.114-120 Biotechnol. Appl. Biochem. 2000, Vol.32, p.89-94Biotechnol. Appl. Biochem. 2000, Vol. 32, p.89-94 Biochimica et. Biophysica Acta, 1974, Vol.343, p.431-434Biochimica et. Biophysica Acta, 1974, Vol.343, p.431-434

本発明の課題は、酸素による可逆的不活性化に対して耐性のあるヒドロゲナーゼを提供することにある。   An object of the present invention is to provide a hydrogenase that is resistant to reversible inactivation by oxygen.

本発明者らは、上記課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、抗体または架橋剤を用いて表面を修飾することによって、酸素による可逆的不活性化に対する耐性を付与できることを見出し、本発明を完成させるに至った。   As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have found that the resistance to reversible inactivation by oxygen can be imparted by modifying the surface with an antibody or a crosslinking agent. It came to complete.

すなわち、本発明は以下の発明を包含する。
(1) ヒドロゲナーゼ表面が、酸素分子のヒドロゲナーゼ内部への侵入をブロックする手段にて修飾されていることを特徴とする、酸素耐性ヒドロゲナーゼ。
(2) 前記ブロックする手段が抗体である、(1)に記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼ。
(3) 前記抗体がポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体である、(2)に記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼ。
(4) 前記ブロックする手段が架橋剤である、(1)に記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼ。
(5) 前記架橋剤が二官能性架橋剤である、(4)に記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼ。
(6) (1)〜(5)のいずれかに記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼを固定化してなる電極。
That is, the present invention includes the following inventions.
(1) An oxygen-resistant hydrogenase, wherein the hydrogenase surface is modified by means for blocking the entry of oxygen molecules into the hydrogenase.
(2) The oxygen-resistant hydrogenase according to (1), wherein the blocking means is an antibody.
(3) The oxygen-resistant hydrogenase according to (2), wherein the antibody is a polyclonal antibody or a monoclonal antibody.
(4) The oxygen-resistant hydrogenase according to (1), wherein the blocking means is a crosslinking agent.
(5) The oxygen-resistant hydrogenase according to (4), wherein the crosslinking agent is a bifunctional crosslinking agent.
(6) An electrode formed by immobilizing the oxygen-resistant hydrogenase according to any one of (1) to (5).

本発明によれば、酸素耐性ヒドロゲナーゼが提供される。本発明の酸素耐性ヒドロゲナーゼは、天然型ヒドロゲナーゼと比較して従来から問題となっていた酸素による可逆的不活性化が飛躍的に抑制され、しかも、酵素活性自体の低下は少ない。従って、本発明の酸素耐性ヒドロゲナーゼは、光合成微生物を用いたバイオマス水素生産システムの構築、燃料電池に使用される白金やパラジウムなどのレアメタルの代替物として非常に有用である。   According to the present invention, an oxygen-resistant hydrogenase is provided. In the oxygen-resistant hydrogenase of the present invention, reversible inactivation by oxygen, which has been a problem in the past, is remarkably suppressed as compared with natural hydrogenase, and the decrease in enzyme activity itself is small. Therefore, the oxygen-resistant hydrogenase of the present invention is very useful as an alternative to rare metals such as platinum and palladium used in the construction of biomass hydrogen production systems using photosynthetic microorganisms and fuel cells.

以下、本発明を詳細に説明する。   Hereinafter, the present invention will be described in detail.

本発明の酸素耐性ヒドロゲナーゼは、ヒドロゲナーゼ表面が、酸素分子のヒドロゲナーゼ内部への侵入をブロックする手段にて修飾されていることを特徴とする。   The oxygen-resistant hydrogenase of the present invention is characterized in that the hydrogenase surface is modified by means for blocking the entry of oxygen molecules into the hydrogenase.

本明細書において、「酸素耐性」とは、二段階からなる酸素によるヒドロゲナーゼ失活過程のうち、一段階目の可逆的な不活性化に対する耐性をいう。なお、一段階目の可逆的な不活性化に耐性があれば、二段階目の不可逆的な不活性化に対しても耐性を持つといえる。   In the present specification, “oxygen tolerance” refers to resistance to reversible inactivation at the first stage in a hydrogenase deactivation process by oxygen in two stages. In addition, if there is resistance to reversible inactivation at the first stage, it can be said that it has resistance against irreversible inactivation at the second stage.

本発明において酸素耐性を付与するために表面修飾を行うヒドロゲナーゼは特に限定はされないが、微生物由来、動物由来、または植物由来のものが例示され、好ましくは微生物由来のヒドロゲナーゼを挙げることができる。また、微生物の中でもDesulfovibrio vulgaris由来のヒドロゲナーゼが好ましい。また、これら微生物等を培養、精製することにより得られたヒドロゲナーゼや組換え体により得られたヒドロゲナーゼも使用可能である。   In the present invention, the hydrogenase that is subjected to surface modification for imparting oxygen resistance is not particularly limited, but examples thereof include those derived from microorganisms, animals, or plants, and preferably include microorganism-derived hydrogenases. Among microorganisms, hydrogenase derived from Desulfovibrio vulgaris is preferable. In addition, hydrogenases obtained by culturing and purifying these microorganisms and the like and hydrogenases obtained by recombinants can also be used.

本発明において、酸素分子のヒドロゲナーゼ内部への侵入をブロックする手段の第1として、抗体を用いる。本発明に用いる抗体はポリクローナル抗体であってもモノクローナル抗体のいずれであってもよい。抗体の作製は、精製ヒドロゲナーゼまたはその一部を抗原として用い、一般的な方法によって行えばよい。また、抗体は断片でもよく、例えば、F(ab')2、Fab'も使用することができる。 In the present invention, an antibody is used as the first means for blocking the entry of oxygen molecules into the hydrogenase. The antibody used in the present invention may be either a polyclonal antibody or a monoclonal antibody. The antibody can be produced by a general method using purified hydrogenase or a part thereof as an antigen. The antibody may be a fragment, and for example, F (ab ′) 2 and Fab ′ can also be used.

ポリクローナル抗体の調製は、例えば次のようにして行う。まず、精製ヒドロゲナーゼを用いて動物を免疫する。動物は、哺乳動物(例えばラット、マウス、ウサギなど)を用いる。抗原の動物1匹当たりの投与量は、ウサギの場合、例えばアジュバントを用いて100〜500μgである。アジュバントとしては、フロイント完全アジュバント(FCA)、フロイント不完全アジュバント(FIA)、水酸化アルミニウムアジュバント等が挙げられる。   For example, the polyclonal antibody is prepared as follows. First, animals are immunized with purified hydrogenase. Mammals (eg, rats, mice, rabbits, etc.) are used as animals. In the case of rabbits, the dose of antigen per animal is, for example, 100 to 500 μg using an adjuvant. Examples of adjuvants include Freund's complete adjuvant (FCA), Freund's incomplete adjuvant (FIA), and aluminum hydroxide adjuvant.

投与部位は静脈内、皮下又は腹腔内である。また、免疫の間隔は特に限定されず、数日から数週間間隔、好ましくは2〜3週間間隔で、1〜10回、好ましくは2〜3回免疫を行う。そして、最終の免疫日から6〜60日後に抗体価を測定し、最大の抗体価を示した日に採血し、抗血清を得る。抗体価の測定は、酵素免疫測定法(ELISA;enzyme-linked immunosorbent assay)、放射性免疫測定法(RIA;radioimmuno assay)等により行うことができる。   The site of administration is intravenous, subcutaneous or intraperitoneal. Further, the immunization interval is not particularly limited, and immunization is performed 1 to 10 times, preferably 2 to 3 times at intervals of several days to several weeks, preferably 2 to 3 weeks. Then, the antibody titer is measured 6 to 60 days after the final immunization day, and blood is collected on the day when the maximum antibody titer is shown to obtain antiserum. The antibody titer can be measured by enzyme immunoassay (ELISA), radioimmunoassay (RIA), or the like.

抗血清から抗体の精製が必要とされる場合は、硫安塩析法、イオン交換クロマトグラフィー、ゲル濾過、アフィニティークロマトグラフィーなどの公知の方法を適宜選択して、又はこれらを組み合わせることにより精製することができる。   When purification of antibody from antiserum is required, it should be purified by selecting a known method such as ammonium sulfate salting-out method, ion exchange chromatography, gel filtration, affinity chromatography, or a combination thereof. Can do.

また、モノクローナル抗体の調製は、例えば次のようにして行う。まず、前記と同様にして動物を免疫する。必要であれば、免疫を効果的に行うため、前記と同様アジュバント(市販のフロイント完全アジュバント、フロイント不完全アジュバント等)を混合してもよい。動物は、同様に哺乳動物(例えばラット、マウス、ウサギなど)を用いればよい。抗原の1回の投与量は、例えばマウスの場合1匹当たり50μg程度である。投与部位は、主として静脈内、皮下、腹腔内である。また、免疫の間隔は特に限定されず、数日から数週間間隔、好ましくは2〜3週間間隔で、最低2〜3回行う。そして、最終免疫後、抗体産生細胞を採集する。抗体産生細胞としては、脾臓細胞、リンパ節細胞、末梢血細胞等が挙げられるが、脾臓細胞が好ましい。   The monoclonal antibody is prepared as follows, for example. First, animals are immunized as described above. If necessary, in order to effectively immunize, an adjuvant (commercially available Freund's complete adjuvant, Freund's incomplete adjuvant, etc.) may be mixed as described above. Similarly, mammals (eg, rats, mice, rabbits, etc.) may be used as the animals. For example, in the case of mice, the dose of antigen is about 50 μg per mouse. The administration site is mainly intravenous, subcutaneous and intraperitoneal. The interval between immunizations is not particularly limited, and is performed at least 2-3 times at intervals of several days to several weeks, preferably at intervals of 2-3 weeks. Then, antibody-producing cells are collected after the final immunization. Examples of antibody-producing cells include spleen cells, lymph node cells, and peripheral blood cells, with spleen cells being preferred.

次に、ハイブリドーマを得るため、抗体産生細胞とミエローマ細胞との細胞融合を行う。抗体産生細胞と融合させるミエローマ細胞として、マウスなどの動物由来の細胞であって一般に入手可能な株化細胞を使用することができる。使用する細胞株として、薬剤選択性を有し、未融合の状態ではHAT選択培地 (ヒポキサンチン、アミノプテリン及びチミジンを含む) で生存できず、抗体産生細胞と融合した状態でのみ生存できる性質を有するものが好ましい。例えば、ミエローマ細胞の具体例としてはP3X63-Ag.8.U1(P3U1)、P3/NSI/1-Ag4-1、Sp2/0-Ag14などのマウスミエローマ細胞株が挙げられる。その後、上記ミエローマ細胞と抗体産生細胞とを細胞融合させる。細胞融合は、血清を含まないDMEM、RPMI-1640培地などの動物細胞培養用培地中に、抗体産生細胞とミエローマ細胞とを15:1〜25:1の割合で混合し、ポリエチレングリコール等の細胞融合促進剤存在下、あるいは電気パルス処理(例えばエレクトロポレーション)により融合反応を行う。   Next, in order to obtain a hybridoma, cell fusion between antibody-producing cells and myeloma cells is performed. As myeloma cells to be fused with antibody-producing cells, cell lines derived from animals such as mice and generally available can be used. As a cell line to be used, it has drug selectivity and cannot survive in a HAT selection medium (including hypoxanthine, aminopterin and thymidine) in an unfused state, but can survive only in a state fused with antibody-producing cells. What has is preferable. For example, specific examples of myeloma cells include mouse myeloma cell lines such as P3X63-Ag.8.U1 (P3U1), P3 / NSI / 1-Ag4-1, Sp2 / 0-Ag14. Thereafter, the myeloma cell and the antibody-producing cell are fused. For cell fusion, antibody-producing cells and myeloma cells are mixed at a ratio of 15: 1 to 25: 1 in animal cell culture media such as serum-free DMEM and RPMI-1640 media, and cells such as polyethylene glycol The fusion reaction is performed in the presence of a fusion promoter or by electric pulse treatment (for example, electroporation).

細胞融合処理後の細胞から目的とするハイブリドーマを選別する。例えば、ヒポキサンチン、アミノプテリン及びチミジンを含む培地を用いて培養し、生育する細胞をハイブリドーマとして得ることができる。次に、増殖したハイブリドーマの培養上清中に、目的とする抗体が存在するか否かをスクリーニングする。ハイブリドーマのスクリーニングは、通常の方法に従えばよく、特に限定されるものではない。例えば、ハイブリドーマとして生育したウェルに含まれる培養上清の一部を採集し、酵素免疫測定法 (ELISA; enzyme-linked immunosorbent assay)、RIA (radioimmuno assay)等によってスクリーニングすることができる。融合細胞のクローニングは、限界希釈法等により行い、最終的に単クローン抗体産生細胞であるハイブリドーマを樹立する。   The target hybridoma is selected from the cells after cell fusion treatment. For example, cells can be cultured using a medium containing hypoxanthine, aminopterin and thymidine, and the growing cells can be obtained as hybridomas. Next, it is screened whether the target antibody exists in the culture supernatant of the grown hybridoma. Hybridoma screening is not particularly limited, and may be performed according to ordinary methods. For example, a part of the culture supernatant contained in a well grown as a hybridoma can be collected and screened by enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA), RIA (radioimmuno assay), or the like. Cloning of the fused cells is performed by a limiting dilution method or the like, and finally a hybridoma that is a monoclonal antibody-producing cell is established.

樹立したハイブリドーマからモノクローナル抗体を採取する方法として、通常の細胞培養法等を採用することができる。細胞培養法においては、ハイブリドーマを10%牛胎児血清含有 RPMI-1640培地又はMEM 培地等の動物細胞培養培地中、通常の培養条件 (例えば37℃,5% CO濃度) で3〜10日間培養し、その培養上清から抗体を取得する。上記抗体の採取方法において、抗体の精製が必要とされる場合は、硫安分画法、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティークロマトグラフィー、ゲルクロマトグラフィーなどの公知の方法を適宜に選択して、又はこれらの方法を組み合わせることにより精製することができる。 As a method for collecting a monoclonal antibody from the established hybridoma, a normal cell culture method or the like can be employed. In the cell culture method, the hybridoma is cultured in an animal cell culture medium such as RPMI-1640 medium or MEM medium containing 10% fetal bovine serum under normal culture conditions (eg, 37 ° C., 5% CO 2 concentration) for 3 to 10 days. Then, an antibody is obtained from the culture supernatant. In the above antibody collection method, when purification of the antibody is required, a known method such as ammonium sulfate fractionation, ion exchange chromatography, affinity chromatography, gel chromatography or the like is appropriately selected, or these It can be purified by a combination of methods.

上記のようにして得た抗体、例えば、免疫動物から採取した抗血清とヒドロゲナーゼ溶液(0.1μM)とを1:1、好ましくは10:1で混合し、温度4〜30℃、5〜30分間反応させることにより、ヒドロゲナーゼ表面を抗体で被覆したヒドロゲナーゼ−抗体複合体を得ることができる。   The antibody obtained as described above, for example, antiserum collected from an immunized animal and a hydrogenase solution (0.1 μM) are mixed at a ratio of 1: 1, preferably 10: 1, and a temperature of 4 to 30 ° C. for 5 to 30 minutes. By reacting, a hydrogenase-antibody complex in which the hydrogenase surface is coated with an antibody can be obtained.

本発明において、酸素分子のヒドロゲナーゼ内部への侵入をブロックする手段の第2として、架橋剤を用いる。本発明に用いる架橋剤としては、ヒドロゲナーゼ上のアミノ酸残基と共有結合できるものであれば限定はされないが、リジン側鎖のε−アミノ基間、システイン側鎖のスルフィドリル基間、あるいは、リジン側鎖のε−アミノ基とシステイン側鎖のスルフィドリル基間を架橋できる二官能性架橋剤が好ましく、特にリジン側鎖のε−アミノ基を架橋できる二官能性架橋剤が好ましい。   In the present invention, a crosslinking agent is used as the second means for blocking the entry of oxygen molecules into the hydrogenase. The cross-linking agent used in the present invention is not limited as long as it can be covalently bonded to an amino acid residue on hydrogenase, but it is not limited between ε-amino groups of lysine side chains, between sulfhydryl groups of cysteine side chains, or lysine. A bifunctional crosslinking agent capable of crosslinking between the ε-amino group of the side chain and the sulfhydryl group of the cysteine side chain is preferred, and a bifunctional crosslinking agent capable of crosslinking the ε-amino group of the lysine side chain is particularly preferred.

このような二官能性架橋剤として、両末端にアミン反応性のN-hydroxysuccinimide (NHS)エステルを含むホモ二官能性架橋剤、両末端にスルフィドリル反応性のマレイミド基を含むホモ二官能性架橋剤、各末端にNHSエステルとマレイミド基をそれぞれ含むヘテロ二官能性架橋剤などが挙げられる。架橋剤のスペーサーアーム長は、架橋剤の種類にもよるが、11〜35オームストロング、好ましくは14〜22オームストロングの範囲である。   As such bifunctional crosslinkers, homobifunctional crosslinkers containing amine-reactive N-hydroxysuccinimide (NHS) esters at both ends, homobifunctional crosslinks containing sulfhydryl-reactive maleimide groups at both ends And a heterobifunctional cross-linking agent each containing an NHS ester and a maleimide group at each end. The spacer arm length of the cross-linking agent is in the range of 11 to 35 ohm strong, preferably 14 to 22 ohm strong, depending on the type of cross-linking agent.

上記の二官能性架橋剤の具体例は、リジン-リジン間架橋剤としては、例えば、Bis(NHS)PEO5:Bis(N-succinimidyl)-pentaethylene glycol ester(スペーサーアーム長長22Å)、EGS:Ethylene glycol bis[succinimidyl succinate] (スペーサーアーム長16.1Å)、Sulfo-EGS:Ethylene glycol bis[sulfosuccinimidyl succinate] スペーサーアーム長16.1Å)、Bis(sulfosuccinimidyl)sebacate(スペーサーアーム長14Å)、BSOCOES:Bis[2-(succinimidooxycarbonyloxy)ethyl]sulfone(スペーサーアーム長13Å)、DSP:Dithiobis[succinimidyl propionate] (スペーサーアーム長12Å)、DTSSP:3,3'-Dithiobis[sulfosuccinimidyl propionate] (スペーサーアーム長12Å)、DSS:Disuccinimidyl suberate(スペーサーアーム長11.4Å)、BS3:Bis(sulfosuccinimidyl)suberate (スペーサーアーム長11.4Å)、DSG:Disuccinimidyl glutarate(スペーサーアーム長7.7Å)、DST:Disuccinimidyl tartarate(スペーサーアーム長6.4Å)、sulfo-DST:Disulfosuccinimidyl tartrate(スペーサーアーム長6.4Å)、Sulfo-SANPAH: (N-Sulfosuccinimidyl-6-[4´-azido-2´-nitrophenylamino] hexanoate) (リジン非特異的光活性化架橋、スペーサーアーム長18.2Å)などが挙げられ、システイン-システイン間架橋剤としては、例えば、BM[PEO]2 :(1,8-Bis-Maleimidodiethyleneglycol(スペーサーアーム長14.7Å)、BM[PEO]3:(1,11-Bis-Maleimidodiethyleneglycol(スペーサーアーム長17.8Å)などが挙げられ、リジン-システイン間架橋剤として、例えば、Sulfo-KMUS: N-[κ-Maleimidoundecanoyloxy]sulfosuccinimide ester(スペーサーアーム長16.3Å)、NHS-PEO2-Mal:(succinimidyl-[(N-maleimidopropionamido)-diethyleneglycol]ester(スペーサーアーム長17.6Å)、NHS-PEO4-Mal:(succinimidyl-[(N-maleimidopropionamido)-tetraethyleneglycol]ester(スペーサーアーム長24.6Å)、NHS-PEO8-Mal:(succinimidyl-[(N-maleimidopropionamido)-octaethyleneglycol]ester(スペーサーアーム長39.3Å)などが挙げられるが、これらに限定はされない。また、上記各架橋剤は市販品(例えばPIERCE社製)が利用できる。 Specific examples of the above-mentioned bifunctional crosslinking agent include lysine-lysine crosslinking agents such as Bis (NHS) PEO 5 : Bis (N-succinimidyl) -pentaethylene glycol ester (spacer arm length 22 mm), EGS: Ethylene glycol bis [succinimidyl succinate] (spacer arm length 16.1 mm), Sulfo-EGS: Ethylene glycol bis [sulfosuccinimidyl succinate] spacer arm length 16.1 mm), Bis (sulfosuccinimidyl) sebacate (spacer arm length 14 mm), BSOCOES: Bis [2 -(succinimidooxycarbonyloxy) ethyl] sulfone (spacer arm length 13 mm), DSP: Dithiobis [succinimidyl propionate] (spacer arm length 12 mm), DTSSP: 3,3'-Dithiobis [sulfosuccinimidyl propionate] (spacer arm length 12 mm), DSS: Disuccinimidyl suberate (spacer arm length 11.4 mm), BS3: Bis (sulfosuccinimidyl) suberate (spacer arm length 11.4 mm), DSG: Disuccinimidyl glutarate (spacer arm length 7.7 mm), DST: Disuccinimidyl tartar ate (spacer arm length 6.4 mm), sulfo-DST: Disulfosuccinimidyl tartrate (spacer arm length 6.4 mm), Sulfo-SANPAH: (N-Sulfosuccinimidyl-6- [4´-azido-2´-nitrophenylamino] hexanoate) Specific photo-activated cross-linking, spacer arm length 18.2 mm), etc., and examples of cysteine-cysteine cross-linking agents include BM [PEO] 2 : (1,8-Bis-Maleimidodiethyleneglycol (spacer arm length 14.7 mm) , BM [PEO] 3 : (1,11-Bis-Maleimidodiethyleneglycol (spacer arm length 17.8 mm) and the like, and as a lysine-cysteine cross-linking agent, for example, Sulfo-KMUS: N- [κ-Maleimidoundecanoyloxy] sulfosuccinimide ester (Spacer arm length 16.3 mm), NHS-PEO 2 -Mal: (succinimidyl-[(N-maleimidopropionamido) -diethyleneglycol] ester (spacer arm length 17.6 mm), NHS-PEO 4 -Mal: (succinimidyl-[(N- maleimidopropionamido) -tetraethyleneglycol] ester (spacer arm length 24.6Å , NHS-PEO 8 -Mal: ( succinimidyl - [(N-maleimidopropionamido) -octaethyleneglycol] ester ( spacer arm length 39.3A) but the like, but are not limited to. Moreover, a commercial item (for example, product made by PIERCE) can be used for each of the above-mentioned crosslinking agents.

上記の架橋剤によるヒドロゲナーゼの分子内架橋は、ヒドロゲナーゼを適当な溶媒に溶解し、架橋剤を加えて温度4〜30℃にて、60〜600分間反応させた後に、未反応架橋剤を除去することにより行うことができる。反応は、ヒドロゲナーゼ濃度1〜100μMの範囲で行うことが好ましい。ヒドロゲナーゼ濃度が高すぎると、酵素の適正なコンフォメーションが維持されないために酵素活性が低下するか、あるいは、分子間架橋が生じて酵素タンパク質が凝集し、酵素活性が著しく低下するので好ましくない。また、架橋剤はDMSOやエタノール等の水に混和可能な溶媒に溶かし、ヒドロゲナーゼ溶液に対して0.01%〜10%、好ましくは0.01〜0.1%で添加する。さらに、未反応の架橋剤が溶液中に残存していると、酵素活性が低下するおそれがあるため、透析、カラムクロマトグラフィー等の方法により、未反応の架橋剤を除去することが好ましい。   Intramolecular cross-linking of hydrogenase with the above cross-linking agent, dissolve the hydrogenase in a suitable solvent, add the cross-linking agent and react at a temperature of 4 to 30 ° C. for 60 to 600 minutes, and then remove the unreacted cross-linking agent. Can be done. The reaction is preferably performed at a hydrogenase concentration in the range of 1 to 100 μM. If the hydrogenase concentration is too high, the enzyme's proper conformation is not maintained, so that the enzyme activity decreases, or intermolecular cross-linking occurs to cause the enzyme protein to aggregate, resulting in a significant decrease in enzyme activity. The crosslinking agent is dissolved in a water-miscible solvent such as DMSO or ethanol, and is added in an amount of 0.01% to 10%, preferably 0.01 to 0.1% with respect to the hydrogenase solution. Furthermore, if the unreacted crosslinking agent remains in the solution, the enzyme activity may be lowered. Therefore, it is preferable to remove the unreacted crosslinking agent by a method such as dialysis or column chromatography.

本発明においてヒドロゲナーゼの酸素耐性、すなわち酸素による可逆的不活性化に対する耐性の評価は、以下のようにしてできる。まず、活性状態にあるヒドロゲナーゼを空気中に曝する。これによってヒドロゲナーゼの一部が不活性化する。ここに水素ガスで飽和させたベンジルビオローゲン溶液を加えると、活性ヒドロゲナーゼは水素を分解して還元力を生じ、この還元力は、不活性ヒドロゲナーゼの再活性化に利用される。ほぼすべてが活性化されると、次に還元力はベンジルビオローゲンの還元に利用される。不活性ヒドロゲナーゼが十分に再活性化されてべンジルビオローゲンの還元が始まるまでの時間(ラグタイム)を測定する。このラグタイムは不活性したヒドロゲナーゼの量に比例すると考えられるので、ラグタイムが短いと酸素による可逆的不活性化に対する耐性が大きいと評価できる。   In the present invention, oxygen resistance of hydrogenase, that is, resistance to reversible inactivation by oxygen can be evaluated as follows. First, an active hydrogenase is exposed to air. This inactivates part of the hydrogenase. When a benzyl viologen solution saturated with hydrogen gas is added thereto, the active hydrogenase decomposes hydrogen to generate a reducing power, and this reducing power is utilized for reactivation of the inactive hydrogenase. When almost everything is activated, the reducing power is then used to reduce benzyl viologen. The time (lag time) until the inactive hydrogenase is sufficiently reactivated and the reduction of benzyl viologen begins is measured. Since this lag time is considered to be proportional to the amount of inactivated hydrogenase, it can be evaluated that if the lag time is short, the resistance to reversible inactivation by oxygen is high.

本発明によればまた、上記の酸素耐性ヒドロゲナーゼを固定化してなる電極が提供される。当該電極は、例えば燃料電池などに利用できる。電極としては、金 、白金 、カーボン、グラファイトなどからなる電極を用いることができる。酵素の電極への固定化方法としては、架橋試薬(多官能基性アシル化剤など)を用いる方法、高分子マトリックス中に封入する方法、透析膜で被覆する方法、導電性ポリマーに吸着させる方法などがあり、これらを組み合わせて用いてもよい。典型的には、本発明の酸素耐性ヒドロゲナーゼを担体タンパク質と混合した後、グルタルアルデヒドで処理することによりカーボン電極上に固定化する。好ましくは、次にアミン基を有する試薬で処理してグルタルアルデヒドをブロッキングする。担体タンパク質としては、固定された酵素が長時間安定に保たれ、基質透過性が良好で薄膜に成形できるものであれば特に限定はされないが、例えばウシ血清アルブミンを用いることができる。   The present invention also provides an electrode formed by immobilizing the above oxygen-resistant hydrogenase. The electrode can be used for a fuel cell, for example. As the electrode, an electrode made of gold, platinum, carbon, graphite or the like can be used. Methods for immobilizing enzymes on electrodes include methods using cross-linking reagents (such as polyfunctional acylating agents), methods of encapsulating in polymer matrices, methods of coating with dialysis membranes, methods of adsorbing to conductive polymers These may be used in combination. Typically, the oxygen-resistant hydrogenase of the present invention is mixed with a carrier protein and then immobilized on a carbon electrode by treatment with glutaraldehyde. Preferably, glutaraldehyde is then blocked by treatment with a reagent having an amine group. The carrier protein is not particularly limited as long as the immobilized enzyme is kept stable for a long time, has good substrate permeability, and can be formed into a thin film. For example, bovine serum albumin can be used.

以下、実施例により本発明をさらに具体的に説明する。但し、本発明はこれらに限定されるものではない。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to examples. However, the present invention is not limited to these.

(実施例1)ヒドロゲナーゼと抗ヒドロゲナーゼ・ポリクローナル抗体の複合体の作製
Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F由来のヒドロゲナーゼをPBS水溶液に1mg/mlとなるように溶解し、そのヒドロゲナーゼ溶液約2mlを約2ヶ月間にわたり5匹のマウスに5回注射した。抗体価が向上したことを確認後、血清を採取した。血清100μlに対して等量の0.1μMヒドロゲナーゼ溶液(PBS水溶液)を混合し、ヒドロゲナーゼと抗ヒドロゲナーゼ抗体との複合体を作製した。
(Example 1) Preparation of complex of hydrogenase and anti-hydrogenase / polyclonal antibody
Hydrogenase derived from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F was dissolved in a PBS aqueous solution to a concentration of 1 mg / ml, and about 2 ml of the hydrogenase solution was injected 5 times into 5 mice over about 2 months. After confirming that the antibody titer was improved, serum was collected. An equal volume of 0.1 μM hydrogenase solution (PBS aqueous solution) was mixed with 100 μl of serum to prepare a complex of hydrogenase and anti-hydrogenase antibody.

(実施例2)分子内架橋ヒドロゲナーゼの調製
架橋試薬として、Bis(N-succinimidyl)-pentaethylene glycol ester(スペーサー長22Å)、Bis(sulfosuccinimidyl)sebacate(スペーサー長14Å)、Bis(sulfosuccinimidyl)suberate(スペーサー長11Å)を用いた。500μlのヒドロゲナーゼ溶液(ホウ酸バッファー水溶液、pH7.3、Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F由来ヒドロゲナーゼ濃度1μM)に、上記の架橋試薬をそれぞれ約1mg加えて、15℃で一晩攪拌した。反応後、未反応の架橋試薬をゲルろ過カラムによって除去し、ヒドロゲナーゼ画分を分子内架橋ヒドロゲナーゼとして採取した。図1に架橋試薬の構造および分子内架橋ヒドロゲナーゼの構造の模式図を示す。
Example 2 Preparation of Intramolecular Crosslinking Hydrogenase Bis (N-succinimidyl) -pentaethylene glycol ester (spacer length 22 mm), Bis (sulfosuccinimidyl) sebacate (spacer length 14 mm), Bis (sulfosuccinimidyl) suberate (spacer length) 11Å) was used. About 1 mg of each of the above cross-linking reagents was added to 500 μl of a hydrogenase solution (borate buffer aqueous solution, pH 7.3, hydrogenase concentration derived from Desulfovibrio vulgaris Miyazaki F), and the mixture was stirred at 15 ° C. overnight. After the reaction, the unreacted crosslinking reagent was removed by a gel filtration column, and the hydrogenase fraction was collected as an intramolecular crosslinking hydrogenase. FIG. 1 shows a schematic diagram of the structure of the crosslinking reagent and the structure of the intramolecular crosslinking hydrogenase.

(実施例3)ヒドロゲナーゼの酸素耐性評価
ヒドロゲナーゼの酸素耐性評価試験は図2に示す操作手順に従い、以下のようにして行った。実施例1で作製した抗体結合ヒドロゲナーゼ、実施例2で作製した3種の分子内架橋ヒドロゲナーゼ、および天然型ヒドロゲナーゼを、それぞれ最終濃度が約0.05μMとなるように、3mMベンジルビオローゲン溶液(トリス緩衝液, pH7.3)に加えた。このヒドロゲナーゼ溶液1ml程度に水素ガスを15分間吹き付けて、ヒドロゲナーゼを活性化した。ヒドロゲナーゼの活性化は、ベンジルビオローゲンの還元によって紫色を呈することにより確認した。次に、活性化したヒドロゲナーゼ溶液を空気中で攪拌した。攪拌しはじめて数秒のうちに、紫色を呈していたベンジルビオローゲンが酸化され無色となり、ヒドロゲナーゼ溶液中に酸素分子が溶解しはじめたことが確認できた。空気中で5分間攪拌した後のヒドロゲナーゼ溶液20μlを、水素ガスで飽和させた3mlの3mMベンジルビオローゲン溶液(トリス緩衝液, pH7.3)に加えた。ヒドロゲナーゼ溶液の吸光度(540nm)を経時的に測定したところ、空気中での攪拌で不活性化していたヒドロゲナーゼの再活性化が起こるために、はじめの数分間はベンジルビオローゲンの還元が起こらず、吸光度は上昇しなかった。その後、ヒドロゲナーゼの再活性化が十分に進み、ベンジルビオローゲンが還元されて溶液が紫色に呈色し、吸光度が上昇した。吸光度が上昇し始めるまでの時間を、空気中での攪拌で不活性化していたヒドロゲナーゼが再活性化されるまでの時間(ラグタイム)とした。また、ヒドロゲナーゼの活性は、ベンジルビオローゲンの還元速度(吸光度曲線の勾配)を測定することによって求めた。
(Example 3) Oxygen tolerance evaluation of hydrogenase The oxygen tolerance evaluation test of hydrogenase was performed as follows according to the operation procedure shown in FIG. The antibody-bound hydrogenase prepared in Example 1, the three intramolecular cross-linked hydrogenases prepared in Example 2, and the natural hydrogenase were each added to a 3 mM benzyl viologen solution (Tris buffer solution) so that the final concentration was about 0.05 μM. , pH 7.3). Hydrogenase was activated by blowing hydrogen gas to about 1 ml of this hydrogenase solution for 15 minutes. The activation of hydrogenase was confirmed by a purple color due to the reduction of benzyl viologen. The activated hydrogenase solution was then stirred in air. Within a few seconds after stirring, it was confirmed that the purple benzyl viologen was oxidized and became colorless, and oxygen molecules began to dissolve in the hydrogenase solution. After stirring for 5 minutes in air, 20 μl of the hydrogenase solution was added to 3 ml of 3 mM benzyl viologen solution (Tris buffer, pH 7.3) saturated with hydrogen gas. When the absorbance (540 nm) of the hydrogenase solution was measured over time, the hydrogenase that had been inactivated by stirring in the air was reactivated, so that the reduction of benzyl viologen did not occur in the first few minutes. Did not rise. Thereafter, hydrogenase reactivation sufficiently progressed, benzyl viologen was reduced, the solution turned purple, and the absorbance increased. The time until the absorbance began to rise was defined as the time (lag time) until hydrogenase that had been inactivated by stirring in air was reactivated. The activity of hydrogenase was determined by measuring the reduction rate of benzyl viologen (the slope of the absorbance curve).

各ヒドロゲナーゼ溶液[1:分子内架橋ヒドロゲナーゼ(架橋試薬;Bis(N-succinimidyl)-pentaethylene glycol ester)、2:分子内架橋ヒドロゲナーゼ(架橋試薬;(Bis(sulfosuccinimidyl)sebacate)、3:分子内架橋ヒドロゲナーゼ(架橋試薬;Bis(sulfosuccinimidyl)suberate)、4:天然型ヒドロゲナーゼ、5:ヒドロゲナーゼ−ポリクローナル抗体複合体]の吸光度変化を図3に示す。また、各ヒドロゲナーゼ溶液について測定したラグタイム、ベンジルビオローゲンの還元速度を下記表1に示す。   Each hydrogenase solution [1: Intramolecular crosslinking hydrogenase (crosslinking reagent; Bis (N-succinimidyl) -pentaethylene glycol ester), 2: Intramolecular crosslinking hydrogenase (crosslinking reagent; (Bis (sulfosuccinimidyl) sebacate)), 3: Intramolecular crosslinking hydrogenase (Crosslinking reagent; Bis (sulfosuccinimidyl) suberate), 4: natural hydrogenase, 5: hydrogenase-polyclonal antibody complex] is shown in Fig. 3. Also, the lag time measured for each hydrogenase solution and the reduction of benzyl viologen. The speed is shown in Table 1 below.

Figure 2008043245
Figure 2008043245

その結果、ヒドロゲナーゼ再活性化に要する時間(ラグタイム)は天然型ヒドロゲナーゼでは約20分間であるのに対し、抗体結合によって約5分間に、分子内架橋によって約1分間に短縮され、可逆的不活性化に対する耐性が改善されたことが明らかとなった。   As a result, the time required for hydrogenase reactivation (lag time) is about 20 minutes for natural hydrogenase, but is reduced to about 5 minutes by antibody binding and to about 1 minute by intramolecular cross-linking. It was revealed that resistance to activation was improved.

架橋試薬の構造および分子架橋ヒドロゲナーゼの構造の模式図を示す。The schematic diagram of the structure of a crosslinking reagent and the structure of molecular bridge | crosslinking hydrogenase is shown. ヒドロゲナーゼの酸素耐性評価試験のスキームを示す。The scheme of the oxygen tolerance evaluation test of hydrogenase is shown. 各ヒドロゲナーゼ溶液の吸光度変化を示す[1:分子内架橋ヒドロゲナーゼ(架橋試薬;Bis(N-succinimidyl)-pentaethylene glycol ester)、2:分子内架橋ヒドロゲナーゼ(架橋試薬;(Bis(sulfosuccinimidyl)sebacate)、3:分子内架橋ヒドロゲナーゼ(架橋試薬;Bis(sulfosuccinimidyl)suberate)、4:天然型ヒドロゲナーゼ、5:ヒドロゲナーゼ−ポリクローナル抗体複合体]。It shows the change in absorbance of each hydrogenase solution [1: Intramolecular crosslinking hydrogenase (crosslinking reagent; Bis (N-succinimidyl) -pentaethylene glycol ester), 2: Intramolecular crosslinking hydrogenase (crosslinking reagent; (Bis (sulfosuccinimidyl) sebacate), 3 : Intramolecular cross-linking hydrogenase (cross-linking reagent; Bis (sulfosuccinimidyl) suberate), 4: natural hydrogenase, 5: hydrogenase-polyclonal antibody complex].

Claims (6)

ヒドロゲナーゼ表面が、酸素分子のヒドロゲナーゼ内部への侵入をブロックする手段にて修飾されていることを特徴とする、酸素耐性ヒドロゲナーゼ。   An oxygen-resistant hydrogenase, wherein the hydrogenase surface is modified by means for blocking the entry of oxygen molecules into the hydrogenase. 前記ブロックする手段が抗体である、請求項1に記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼ。   2. The oxygen tolerant hydrogenase of claim 1 wherein the blocking means is an antibody. 前記抗体がポリクローナル抗体またはモノクローナル抗体である、請求項2に記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼ。   The oxygen-resistant hydrogenase according to claim 2, wherein the antibody is a polyclonal antibody or a monoclonal antibody. 前記ブロックする手段が架橋剤である、請求項1に記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼ。   The oxygen tolerant hydrogenase according to claim 1, wherein the blocking means is a cross-linking agent. 前記架橋剤が二官能性架橋剤である、請求項4に記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼ。   The oxygen-resistant hydrogenase according to claim 4, wherein the cross-linking agent is a bifunctional cross-linking agent. 請求項1〜5のいずれかに記載の酸素耐性ヒドロゲナーゼを固定化してなる電極。   An electrode formed by immobilizing the oxygen-resistant hydrogenase according to any one of claims 1 to 5.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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