JP2010022328A - Method for stabilizing coenzyme-binding enzyme, and composition, enzyme sensor and fuel cell prepared by using the stabilization method - Google Patents

Method for stabilizing coenzyme-binding enzyme, and composition, enzyme sensor and fuel cell prepared by using the stabilization method Download PDF

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Yasushi Shigemori
康司 重森
Shinji Enohara
真二 榎原
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a method for stabilizing a coenzyme-binding enzyme improving the stability while keeping various functions held by the coenzyme-binding enzyme in itself: and provide a composition, an enzyme sensor and a fuel cell prepared by using the stabilization method. <P>SOLUTION: There are provided the method for stabilizing a coenzyme-binding enzyme by preparing a coenzyme required for the function expression of a coenzyme-binding enzyme and binding with a coenzyme-binding enzyme and adding the coenzyme to a composition containing a coenzyme-binding enzyme as a constitution component, and a stabilized coenzyme-binding enzyme composition containing the enzyme in a state stabilized by the method. <P>COPYRIGHT: (C)2010,JPO&INPIT

Description

本発明は、補酵素結合型酵素の安定化方法、及びその利用に関する。詳細には、本発明は、補酵素結合型酵素の安定化方法、当該安定化方法を利用して調製した組成物、酵素センサー、及び燃料電池に関する。   The present invention relates to a method for stabilizing a coenzyme-linked enzyme and use thereof. Specifically, the present invention relates to a method for stabilizing a coenzyme-linked enzyme, a composition prepared using the stabilization method, an enzyme sensor, and a fuel cell.

酵素は、その優れた分子識別機能によりさまざまな用途に応用されている。例えば、医療、食品、環境分野等の様々な産業分野で、種々の物質を分析定量する技術に利用されている。そして、定量分析を簡便に行える手段として、酵素の持つ分子識別機能をセンサー素子として利用するバイオセンサーが着目されている。バイオセンサーは、センサー素子である酵素が測定対象である基質を認識して生じる生化学信号を電気信号に変換することにより、測定対象を分析定量するものである。   Enzymes have been applied to various applications due to their excellent molecular discrimination function. For example, it is used in techniques for analyzing and quantifying various substances in various industrial fields such as medical, food, and environmental fields. As a means for easily performing quantitative analysis, a biosensor that uses a molecular identification function of an enzyme as a sensor element has attracted attention. A biosensor analyzes and quantifies a measurement target by converting a biochemical signal generated by recognizing a substrate to be measured by an enzyme as a sensor element into an electrical signal.

また、近年、バイオ資源を利用したバイオ燃料電池が、その高いエネルギー効率及び低い環境負荷から次世代のエネルギーとして提案されている。微生物を始めとする生物は、酵素等の生体触媒により、炭水化物、タンパク質、脂質等を酸化分解する生体内代謝過程において、ATP等の高エネルギー物質を生成して、生命活動に必要なエネルギーを獲得している。バイオ燃料電池は、かかる生体内代謝過程において発生するエネルギーを電気エネルギーとして電極に取り出す発電装置である。   In recent years, biofuel cells using bioresources have been proposed as next-generation energy because of their high energy efficiency and low environmental load. Living organisms such as microorganisms generate high energy substances such as ATP in the in vivo metabolic process in which carbohydrates, proteins, lipids, etc. are oxidatively decomposed by biocatalysts such as enzymes, and acquire energy necessary for life activities. is doing. A biofuel cell is a power generation device that extracts energy generated in such in vivo metabolic processes as electrical energy to an electrode.

酵素の触媒機能を利用した酵素バイオセンサーや燃料電池の実用化に当たっては、酵素の選択がその成否を左右する。しかしながら、酵素は、生体が生存可能な緩和な条件下でその触媒活性を発揮するものであることから、その活性は温度等に依存し、一般的に熱安定性が低く、長期間の保存において酵素が失活する等の問題があった。したがって、酵素バイオセンサーや燃料電池への適用に際しては、多様な環境において一定期間にわたって安定して活性を保持できる酵素が不可欠であり、特に、酵素寿命に対して相関があるといわれる熱安定性の向上が要求される。   In the practical application of enzyme biosensors and fuel cells that utilize the catalytic function of enzymes, the choice of enzyme affects the success or failure. However, since an enzyme exhibits its catalytic activity under mild conditions that allow living organisms to survive, its activity depends on temperature, etc., and generally has low thermal stability, and can be used for long-term storage. There were problems such as inactivation of the enzyme. Therefore, in application to enzyme biosensors and fuel cells, an enzyme that can stably maintain activity over a period of time in various environments is indispensable, and in particular, it has a thermal stability that is said to correlate with the enzyme lifetime. Improvement is required.

このため、酵素の熱安定を向上させるため技術が報告されている。例えば、ピロロキノリンキノンを補酵素とするグルコース脱水素酵素(以下、「PQQ依存型グルコース脱水素酵素」と称する)のホモダイマー構造において、2つのサブユニットが1またはそれ以上のジスルフィド結合を介して連結させることにより、高い熱安定性を示すよう改変されることが記載されている(例えば、特許文献1を参照)。これは、PQQ依存型グルコース脱水素酵素のX線結晶構造解析による高次構造に基づいて、ダイマー酵素が構築されたときに、モノマー界面上で互いに近接する位置に配置される特定のアミノ酸残基をシステインに遺伝子工学的手法を用いて置換することによりモノマー間にジスルフィド結合を形成させるものである。しかしながら、かかる技術は、X線結晶構造解析による高次構造に基づくものであることから、結晶構造情報が利用できない酵素については実施できないという問題点があった。また、遺伝子レベルでの改変等の人為的な改変は、タンパク質の立体構造に変化が生じるため、熱安定性が向上しても酵素活性等の酵素が本来保持している様々な機能が低下若しくは欠失するという問題もあった。さらに、タンパク質の立体構造の変化は、大腸菌等を用いたタンパク質発現系での酵素産生時に十分な生産量が得られないという問題を引き起こすことが多く、産業上利用における大きな障害となっていた。   For this reason, techniques for improving the thermal stability of enzymes have been reported. For example, in the homodimer structure of glucose dehydrogenase (hereinafter referred to as “PQQ-dependent glucose dehydrogenase”) using pyrroloquinoline quinone as a coenzyme, two subunits are linked via one or more disulfide bonds. It is described that it is modified so as to exhibit high thermal stability (for example, see Patent Document 1). This is based on the higher order structure of the PQQ-dependent glucose dehydrogenase based on the X-ray crystal structure analysis, and when the dimer enzyme is constructed, specific amino acid residues that are located close to each other on the monomer interface Is substituted with cysteine using a genetic engineering technique to form a disulfide bond between the monomers. However, since this technique is based on a higher-order structure by X-ray crystal structure analysis, there is a problem that it cannot be applied to an enzyme for which crystal structure information cannot be used. In addition, artificial alterations such as alterations at the gene level cause changes in the three-dimensional structure of the protein, so that various functions originally retained by the enzyme, such as enzyme activity, are reduced or decreased even if the thermal stability is improved. There was also a problem of deletion. Furthermore, the change in the three-dimensional structure of the protein often causes a problem that a sufficient production amount cannot be obtained at the time of enzyme production in a protein expression system using Escherichia coli or the like, which has been a major obstacle in industrial use.

そして、PQQ依存型グルコース脱水素酵素に加温処理を施すことにより、立体構造を安定化させ、それによって、熱安定性を向上させる方法も報告されている。しかしながら、加熱処理によっては、タンパク質の立体構造に変化が生じるため、上述の方法と同様に酵素が本来保持している様々な機能が低下若しくは欠失するという問題があった。また、かかる方法は、繊細な加温時間、温度等の条件設定を要することから、その適用範囲が限定されていた。   In addition, a method for stabilizing the three-dimensional structure by applying a heating treatment to the PQQ-dependent glucose dehydrogenase, thereby improving the thermal stability has been reported. However, since the three-dimensional structure of the protein is changed depending on the heat treatment, there is a problem that various functions originally held by the enzyme are reduced or deleted as in the above-described method. In addition, since this method requires delicate setting of conditions such as warming time and temperature, the application range is limited.

したがって、酵素が本来保持している様々な機能を維持しつつ、安定性、特には熱安定性を向上させることができる技術の確立が依然と望まれていた。
国際公開第2002-072839号公報 特開第2007-129966号公報
Therefore, it has been desired to establish a technique capable of improving stability, particularly thermal stability, while maintaining various functions inherently retained by the enzyme.
International Publication No. 2002-072839 JP 2007-129966 JP

そこで、本発明は、上記問題点を解決すべく、補酵素結合型酵素が本来保持している様々な機能を維持しつつ、安定性を向上させることができる補酵素結合型酵素の安定化方法、当該安定化方法を利用して調製した組成物、酵素センサー、及び燃料電池の提供を目的とする。   Therefore, in order to solve the above problems, the present invention provides a method for stabilizing a coenzyme-linked enzyme that can improve the stability while maintaining various functions originally retained by the coenzyme-linked enzyme. An object of the present invention is to provide a composition, an enzyme sensor, and a fuel cell prepared using the stabilization method.

本発明者らは、上記課題を解決すべく研究を重ねた結果、補酵素結合型酵素を構成成分とする組成物に、当該酵素に対する補酵素を添加することにより、当該酵素の安定性を向上できることを見出した。本発明者らは、かかる知見に基づき本発明を完成するに至った。   As a result of repeated studies to solve the above problems, the present inventors have improved the stability of the enzyme by adding a coenzyme for the enzyme to a composition comprising a coenzyme-linked enzyme as a constituent component. I found out that I can do it. Based on this finding, the present inventors have completed the present invention.

即ち、上記目的を達成するため、以下の[1]〜[7]に示す発明を提供する。
[1] 補酵素結合型酵素の安定化方法であって、
前記補酵素結合型酵素を構成成分とする組成物に、前記補酵素結合型酵素の機能発現に要求され、かつ前記補酵素結合型酵素に結合能を有する補酵素を添加することによって前記補酵素結合型酵素を安定化させる方法。ここで、例えば、前記安定性が、熱安定性である。
[2] 前記補酵素が、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、ニコチンアデニンジヌクレオチドリン酸、フラビンアデニンジヌクレオチド、フラビンモノヌクレオチド、ピロロピロリンキノンから選択される少なくとも1つの補酵素である上記[1]の方法。
[3] 前記補酵素結合型酵素が、酸化還元酵素である上記[1]又は[2]の方法。
[4] 前記酸化還元酵素が、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)由来のNAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)由来のPQQ依存型グルコース脱水素酵素、及びサーマス サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のPPQ依存型グルコース脱水素酵素から選択される上記[3]の方法。
That is, in order to achieve the above object, the following inventions [1] to [7] are provided.
[1] A method for stabilizing a coenzyme-linked enzyme,
The coenzyme is added to the composition comprising the coenzyme-linked enzyme as a constituent component by adding a coenzyme required for the functional expression of the coenzyme-linked enzyme and having binding ability to the coenzyme-linked enzyme. A method for stabilizing conjugated enzymes. Here, for example, the stability is thermal stability.
[2] The method according to [1], wherein the coenzyme is at least one coenzyme selected from nicotinamide adenine dinucleotide, nicotine adenine dinucleotide phosphate, flavin adenine dinucleotide, flavin mononucleotide, and pyrrolopyrroline quinone. .
[3] The method of [1] or [2] above, wherein the coenzyme-linked enzyme is an oxidoreductase.
[4] The oxidoreductase is an NAD + -dependent formaldehyde dehydrogenase derived from Pseudomonas putida, a PQQ-dependent glucose dehydrogenase derived from Acinetobacter calcoaceticus , and thermus thermophilus [3] The method described above, which is selected from PPQ-dependent glucose dehydrogenase derived from ( Thermus thermophilus ).

上記[1]〜[4]の構成によれば、補酵素結合型酵素が本来保持している様々な機能を維持しつつ、熱安定性及び保存安定性をはじめとする当該酵素の安定性を高めることが可能となる。したがって、本発明の安定化方法によって安定性を向上させた補酵素結合型酵素を、医療、食品、環境分野等の様々な産業分野における当該酵素の媒機能等の機能が要求される技術分野に適用できる。   According to the configuration of the above [1] to [4], the stability of the enzyme including thermal stability and storage stability is maintained while maintaining various functions originally retained by the coenzyme-linked enzyme. It becomes possible to raise. Therefore, the coenzyme-linked enzyme whose stability has been improved by the stabilization method of the present invention is applied to a technical field in which functions such as a medium function of the enzyme are required in various industrial fields such as medical, food, and environmental fields. Applicable.

[5] 前記補酵素結合型酵素を、上記[1]〜[4]のいずれかの方法により安定化させた状態で含む安定化された補酵素結合型酵素組成物。 [5] A stabilized coenzyme-linked enzyme composition comprising the coenzyme-linked enzyme in a state stabilized by any one of the methods [1] to [4].

上記[5]の構成によれば、補酵素結合型酵素が本来保持している様々な機能を維持しつつ、熱安定性及び保存安定性をはじめとする安定性を高められた補酵素結合型酵素を含む安定化された補酵素結合型酵素組成物を提供できる。したがって、本発明の補酵素結合型酵素組成物を、当該酵素の触媒機能を利用した測定技術等、医療、食品、環境分野等の様々な産業分野における当該酵素の機能が要求される技術分野に適用できる。   According to the configuration of [5] above, a coenzyme-linked type that has improved stability, including thermal stability and storage stability, while maintaining various functions originally retained by the coenzyme-linked enzyme. A stabilized coenzyme-linked enzyme composition containing an enzyme can be provided. Accordingly, the coenzyme-linked enzyme composition of the present invention is applied to technical fields that require the function of the enzyme in various industrial fields such as medical, food, and environmental fields, such as measurement techniques that utilize the catalytic function of the enzyme. Applicable.

[6] 補酵素結合型酵素を上記[1]〜[4]のいずれかの方法により安定化させた状態で電極上に固定化した酵素センサー。 [6] An enzyme sensor in which a coenzyme-linked enzyme is immobilized on an electrode in a state stabilized by any one of the methods [1] to [4].

上記[6]の構成によれば、本発明の安定化方法によって安定性を向上させた補酵素結合型酵素を利用した酵素センサーが提供でき、医療、食品、環境分野等の様々な産業分野における当該酵素の機能が要求される技術分野に適用できる。特に、ここで利用される補酵素結合型酵素は熱安定性及び保存安定性が高い状態で維持されることから、酵素の触媒能力の劣化を招くことなく測定精度の向上を図れる。更には、酵素使用量をも低減できることからコスト削減効果をも奏することができる。   According to the configuration of the above [6], an enzyme sensor using a coenzyme-linked enzyme whose stability has been improved by the stabilization method of the present invention can be provided, and can be used in various industrial fields such as medical, food, and environmental fields. It can be applied to technical fields where the function of the enzyme is required. In particular, since the coenzyme-linked enzyme used here is maintained in a state of high thermal stability and storage stability, the measurement accuracy can be improved without causing deterioration of the catalytic ability of the enzyme. Furthermore, since the amount of enzyme used can be reduced, a cost reduction effect can also be achieved.

[7] 前記補酵素結合型酵素を、上記[1]〜[4]のいずれかの方法により安定化させた状態で含み、前記補酵素結合型酵素の触媒反応に伴って生成する電子を受け取るアノード極、酸素に電子を伝達することのできる触媒および酵素のいずれかを保持するカソード極を備え、前記アノード極と前記カソード極とが電気的に結合されている燃料電池。 [7] The coenzyme-linked enzyme is contained in a state stabilized by any of the methods [1] to [4], and receives electrons generated by the catalytic reaction of the coenzyme-linked enzyme. A fuel cell comprising: an anode electrode; a cathode electrode that holds either a catalyst capable of transferring electrons to oxygen or an enzyme; and the anode electrode and the cathode electrode are electrically coupled.

上記[7]の構成によれば、本発明の安定化方法によって安定性を向上させた補酵素結合型酵素を利用した燃料電池が提供できる。特に、ここで利用される補酵素結合型酵素は熱安定性及び保存安定性が高い状態で維持されることから、酵素の触媒能力の劣化を招くことなく持続的に発電を行なうことが可能となり、燃料電池の性能向上を図れる。更には、酵素使用量をも低減できることからコスト削減効果をも奏することができる。   According to the configuration of [7] above, it is possible to provide a fuel cell using a coenzyme-linked enzyme whose stability has been improved by the stabilization method of the present invention. In particular, since the coenzyme-linked enzyme used here is maintained in a state of high thermal stability and storage stability, it becomes possible to generate power continuously without causing deterioration of the catalytic ability of the enzyme. The performance of the fuel cell can be improved. Furthermore, since the amount of enzyme used can be reduced, a cost reduction effect can also be achieved.

以下、具体的な本発明の実施の形態について説明するが、これはあくまでも本発明を例示するに留まり、本発明を限定するものではない。   Hereinafter, specific embodiments of the present invention will be described. However, these are merely examples of the present invention, and do not limit the present invention.

(本発明の補酵素結合型酵素の安定化方法)
本発明の補酵素結合型酵素の安定化方法は、補酵素結合型酵素を構成成分とする組成物に、前記補酵素結合型酵素に対する補酵素を添加するものである。これにより、触媒機能等の当該酵素が本来保持している様々な機能を維持しつつ、酵素自体の安定性を向上させるものである。
(Method for stabilizing the coenzyme-linked enzyme of the present invention)
In the method for stabilizing a coenzyme-linked enzyme of the present invention, a coenzyme for the coenzyme-linked enzyme is added to a composition comprising a coenzyme-linked enzyme as a constituent component. Thereby, the stability of the enzyme itself is improved while maintaining various functions inherently retained by the enzyme such as a catalytic function.

「酵素の安定化」とは、熱、及び保存に対する酵素の安定化であり、一定期間の熱処理及び保存に対して、酵素の触媒機能の失活や活性低下が抑制できることを意味する。具体的に本明細書では、補酵素結合型酵素を当該酵素に対する補酵素と共存させた組成物とすることにより、補酵素と共存させていない組成物の状態よりも、一定期間の熱処理又は保存に供した後に維持されている当該酵素の機能の残存率が高いことを意味する。例えば、通常、酵素機能が維持される25℃での当該法酵素結合型酵素の触媒活性値を100%として、一定期間の熱処理及び保存後の活性値を酵素活性の残存率として算出する。この残存率が、補酵素と共存させた組成物を、補酵素と共存させていない組成物と比較して増大していた場合、当該酵素の熱安定性が向上したと判断できる。一例として、常温で安定な補酵素結合型酵素を、50℃にて30分間の加熱により50%以上、特には80%以上の残存活性を維持できることが好ましい。また、高温条件下で安定な補酵素結合型酵素の更なる安定化に関しても、本発明の概念として含まれる。 “Enzyme stabilization” refers to stabilization of an enzyme against heat and storage, and means that deactivation of the catalytic function of the enzyme and reduction in activity can be suppressed against heat treatment and storage for a certain period of time. Specifically, in the present specification, by making a coenzyme-linked enzyme coexisting with a coenzyme for the enzyme, heat treatment or storage for a certain period of time rather than the state of the composition not coexisting with the coenzyme. It means that the residual ratio of the function of the enzyme maintained after being subjected to is high. For example, the catalytic activity value of the method-enzyme-binding enzyme at 25 ° C. at which the enzyme function is normally maintained is 100%, and the activity value after heat treatment and storage for a certain period is calculated as the residual rate of enzyme activity. If the residual ratio is increased compared to the composition not coexisting with the coenzyme, it can be determined that the thermal stability of the enzyme has been improved. As an example, it is preferable that a coenzyme-linked enzyme stable at room temperature can maintain a residual activity of 50% or more, particularly 80% or more by heating at 50 ° C. for 30 minutes. Further, further stabilization of a coenzyme-linked enzyme that is stable under high temperature conditions is also included as a concept of the present invention.

ここで、本発明の安定化方法の対象となるのは、補酵素結合型酵素である。補酵素結合型酵素とは、補酵素と結合することによりその触媒機能を発揮することができる酵素を指す。そして、かかる性質を有する限り何れも本発明の対象とすることができる。したがって、当該酵素の由来等に対する制限も無く、天然に存在する細菌、酵母、及び動植物等の何れの生物体から調製されたものであってもよく、細菌としては、好熱菌、好塩菌、好酸菌、好アルカリ菌等の極限環境下で生育する細菌をも含む。そして、遺伝子工学的手法により組換え体として製造されたもの、あるいは化学的に合成されたものであってもよい。さらに、天然由来の酵素に人為的に変異を施した改変体であってもよい。また、蛍光物質、放射線同位体等の各種標識化合物による修飾、抗体やタグペプチド等の他のタンパク質と融合した形態のものであってもよい。   Here, the target of the stabilization method of the present invention is a coenzyme-linked enzyme. A coenzyme-linked enzyme refers to an enzyme that can exert its catalytic function by binding to a coenzyme. And as long as it has such a property, all can be made into the object of this invention. Therefore, there is no restriction on the origin of the enzyme, and it may be prepared from any living organism such as naturally occurring bacteria, yeast, and animals and plants. Examples of bacteria include thermophilic bacteria and halophilic bacteria. In addition, bacteria that grow in extreme environments such as acidophilic bacteria and alkaliphilic bacteria are also included. And what was manufactured as a recombinant by the genetic engineering method, or what was synthesize | combined chemically may be used. Further, it may be a modified product obtained by artificially mutating a naturally occurring enzyme. Further, it may be modified with various labeling compounds such as fluorescent substances and radioisotopes, and in a form fused with other proteins such as antibodies and tag peptides.

ここで、改変体とは、天然由来の酵素の特定のアミノ酸に改変が生じている改変部位を有するアミノ酸配列を含むものを意味する。改変とは、改変の基礎となるタンパク質のアミノ酸配列のうち、1又は複数のアミノ酸が欠失、置換、挿入および付加の少なくとも1つからなる改変が生じていることを意味する。そして、「1又は複数のアミノ酸が欠失、置換、挿入及び付加の少なくとも1つからなる改変」とは、改変の基礎となるタンパク質をコードする遺伝子に対する公知のDNA組換え技術、点変異導入方法等によって、欠失、置換、挿入又は付加することができる程度の数のアミノ酸が、欠失、置換、挿入又は付加されることを意味し、これらの組み合わせをも含む。例えば、このような改変体は、配列番号1、2、4、5及び6等に示されるアミノ酸配列に対して、アミノ酸レベルで70%以上、好ましくは80% 以上、更に好ましくは90%以上の相同性を保持するものとすることができる。   Here, the modified substance means a substance containing an amino acid sequence having a modified site where a specific amino acid of a naturally-derived enzyme is modified. “Modification” means that a modification in which at least one of one or more amino acids is deleted, substituted, inserted, or added in the amino acid sequence of the protein that is the basis of the modification has occurred. "A modification comprising at least one of deletion, substitution, insertion and addition of one or a plurality of amino acids" means a known DNA recombination technique or a point mutation introduction method for a gene encoding a protein serving as a basis for the modification. Etc. means that as many amino acids as can be deleted, substituted, inserted or added are deleted, substituted, inserted or added, including combinations thereof. For example, such a variant has an amino acid level of 70% or more, preferably 80% or more, more preferably 90% or more with respect to the amino acid sequences shown in SEQ ID NOs: 1, 2, 4, 5, 6 and the like. It can retain homology.

本発明の安定化方法の対象となる酵素の種類は、特に制限されないが、好ましくは酸化還元酵素である。ここで、酸化還元酵素とは、生体物質の酸化還元反応を触媒する酵素であり、酸化還元反応の様式、性質、供与体、受容体の種類等によって、脱水素酵素(デヒドロゲナーゼ)、還元酵素(レダクターゼ)、酸化酵素(オキシダーゼ)、酸素添加酵素(オキシゲナーゼ)等と称されるが、これらの何れもが含まれる。具体的には、グルコース脱水素酵素、ホルムアルデヒド脱水素酵素、アルデヒド脱水素酵素、コレステロール脱水素酵素、乳酸脱水素酵素、ピルビン酸脱水素酵素、アルコール脱水素酵素、アルデヒド還元酵素、チオレドキシン還元酵素、グルコース酸化酵素、ピルビン酸酸化酵素、コレステロール酸化酵素、乳酸酸化酵素、アスコルビン酸酸化酵素、シトクロム酸化酵素、キサンチン酸化酵素、カタラーゼ、ペルオキシダーゼ等が例示されるが、これらに限定するものではない。   The type of enzyme that is the subject of the stabilization method of the present invention is not particularly limited, but is preferably an oxidoreductase. Here, an oxidoreductase is an enzyme that catalyzes a redox reaction of a biological substance. Depending on the type, nature, donor, acceptor type, etc. of the redox reaction, a dehydrogenase (dehydrogenase), a reductase ( Reductase), oxidase (oxidase), oxygenated enzyme (oxygenase) and the like, and any of these are included. Specifically, glucose dehydrogenase, formaldehyde dehydrogenase, aldehyde dehydrogenase, cholesterol dehydrogenase, lactate dehydrogenase, pyruvate dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, aldehyde reductase, thioredoxin reductase, glucose Examples include, but are not limited to, oxidase, pyruvate oxidase, cholesterol oxidase, lactate oxidase, ascorbate oxidase, cytochrome oxidase, xanthine oxidase, catalase, and peroxidase.

好ましくは、NAD+をその触媒活性の発現において要求するNAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素、PQQをその触媒活性の発現において要求するPQQ依存型グルコース脱水素酵素等が例示され、特には、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)由来のNAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素(配列情報につき、推定アミノ酸配列を配列番号1に示すと共に、GenBank Accession Number P46154を参照のこと)、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)由来のPQQ依存型グルコース脱水素酵素(配列情報につき、推定アミノ酸配列を配列番号2に示すと共に、GenBank Accession Number CAA30222を参照のこと)、高度好熱菌由来の耐熱性酵素であるサーマス・サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のPQQ依存型グルコース脱水素酵素(配列情報につき、塩基配列及び推定アミノ酸配列を配列番号3、4に示すと共に、GenBank Accession Number YP_143836を参照のこと)、バチルス属細菌(Bacillus sp.)由来のグルコース脱水素酵素(配列情報につき、推定アミノ酸配列を配列番号5に示すと共に、GenBank Accession Number ZP_01173628を参照のこと)、及びシュードモナス・プチダ由来のグルコースsorbosone脱水素酵素(配列情報につき、推定アミノ酸配列を配列番号6に示すと共に、GenBank Accession Number YP_143836)等が好ましく例示される。 Preferably, NAD + dependent formaldehyde dehydrogenase that requires NAD + in the expression of its catalytic activity, PQQ dependent glucose dehydrogenase that requires PQQ in the expression of its catalytic activity, and the like are exemplified. NAD + -dependent formaldehyde dehydrogenase from Pseudomonas putida (for the sequence information, the deduced amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 1 and GenBank Accession Number P46154), Acinetobacter calcoaceticus ( Acinetobacter calcoaceticus ) Derived PQQ-dependent glucose dehydrogenase (for the sequence information, the deduced amino acid sequence is shown in SEQ ID NO: 2 and GenBank Accession Number CAA30222), Thermos thermophilus, a thermostable enzyme derived from an extreme thermophile to (Thermus thermophilus) from the PQQ-dependent glucose dehydrogenase (sequence information We can, together show the nucleotide sequence and deduced amino acid sequence in SEQ ID NO: 3 and 4, see GenBank Accession Number YP_143836), Bacillus bacterium (Bacillus sp.) Per glucose dehydrogenase (sequence information from, the deduced amino acid sequence As well as GenBank Accession Number ZP_01173628) and Pseudomonas putida derived glucose sorbosone dehydrogenase (Sequence information shows the deduced amino acid sequence in SEQ ID NO: 6 and GenBank Accession Number YP_143836) Etc. are preferably exemplified.

補酵素とは、酵素のタンパク質部分と結合して酵素の触媒機能の発現に寄与する物質である。つまり、具体的には、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド(NAD)、ニコチンアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP)、フラビンアデニンジヌクレオチド(FAD)、フラビンモノヌクレオチド(FMN)、ピロロピロリンキノン(PQQ)、チアミン二リン酸(TTP)等が例示されるが、これに限定するものではない。また、これらと同様の機能を有する類似体であってもよい。   A coenzyme is a substance that binds to the protein portion of the enzyme and contributes to the expression of the catalytic function of the enzyme. Specifically, nicotinamide adenine dinucleotide (NAD), nicotine adenine dinucleotide phosphate (NADP), flavin adenine dinucleotide (FAD), flavin mononucleotide (FMN), pyrrolopyrroline quinone (PQQ), thiamine Although phosphoric acid (TTP) etc. are illustrated, it is not limited to this. Moreover, the analog which has the function similar to these may be sufficient.

ここでは、対象補酵素結合型酵素の機能発現に要求され、かつ前記補酵素結合型酵素に結合能を有する補酵素を添加するものである。例えば、NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素の場合にはNAD+を、また、PQQ依存型グルコース脱水素酵素の場合にはPQQを添加する。対象酵素が、2種以上の補酵素を要求する場合には、2種以上の補酵素を組み合わせてもよいし、また1種類の補酵素であってもその効果を発揮することができる。以上は、一例であってこれらに限定されるものではない。 Here, a coenzyme that is required for the functional expression of the target coenzyme-linked enzyme and has binding ability to the coenzyme-linked enzyme is added. For example, in the case of NAD + dependent formaldehyde dehydrogenase and NAD +, In the case of PQQ-dependent glucose dehydrogenase is added to PQQ. When the target enzyme requires two or more types of coenzymes, two or more types of coenzymes may be combined, or even one type of coenzyme can exert its effect. The above is an example and is not limited thereto.

補酵素結合型酵素と補酵素の割合は、特に制限されないが、一般に、補酵素結合型酵素がホロ酵素として存在するために必要とされる補酵素量よりも多く添加することが好ましい。具体的な補酵素結合型酵素と添加する補酵素の割合は、当該酵素と補酵素との親和性、及び緩衝液のpH及び塩濃度を考慮して適宜設定される。好ましくは、補酵素は、補酵素結合型酵素に対して等モル量、若しくは過剰に添加されるべきであり、例えば、補酵素モル濃度:補酵素結合型酵素モル濃度比=1:1〜100:1である。しかしながら、コスト等を勘案して、補酵素を補酵素結合型酵素に対して等モル量以下で使用してもよく、例えば、補酵素モル濃度:補酵素結合型酵素モル濃度比=1:10〜1:1で添加することもできる。   The ratio between the coenzyme-linked enzyme and the coenzyme is not particularly limited, but it is generally preferable to add more than the amount of coenzyme required for the coenzyme-linked enzyme to exist as a holoenzyme. The ratio of the specific coenzyme-binding enzyme and the coenzyme to be added is appropriately set in consideration of the affinity between the enzyme and the coenzyme, and the pH and salt concentration of the buffer. Preferably, the coenzyme should be added in an equimolar amount or in excess with respect to the coenzyme-linked enzyme. For example, the coenzyme molar concentration: coenzyme-linked enzyme molar concentration ratio = 1: 1 to 100. : 1. However, in consideration of cost and the like, the coenzyme may be used in an equimolar amount or less with respect to the coenzyme-linked enzyme. For example, coenzyme molar concentration: coenzyme-linked enzyme molar concentration ratio = 1: 10. It can also be added at ˜1: 1.

(補酵素結合型酵素組成物)
本発明の組成物は、補酵素結合型酵素を、前記補酵素結合型酵素に対する補酵素を添加することによって安定化させた状態で含んで構成される。当該組成物中の補酵素結合型酵素と補酵素の割合は、特に制限されないが、一般に、補酵素結合型酵素がホロ酵素として存在するために必要とされる補酵素量よりも多く添加することが必要である。詳細については上述した。
(Coenzyme-linked enzyme composition)
The composition of the present invention comprises a coenzyme-linked enzyme in a state stabilized by adding a coenzyme to the coenzyme-linked enzyme. The ratio of the coenzyme-linked enzyme to the coenzyme in the composition is not particularly limited, but in general, the coenzyme-linked enzyme should be added more than the amount of coenzyme required for the presence of the coenzyme-linked enzyme as a holoenzyme is required. Details are described above.

さらに、本発明の組成物は、液体組成物、固体組成物の別を問わない。そして、補酵素結合型酵素及び補酵素に加え、製剤学的に許容可能な担体を含ませることができる。このような担体は、固体、液体の別を問わず、補酵素及び補酵素結合型酵素の生物学的活性が安定して維持可能なものであれば、特に制限はない。   Furthermore, the composition of the present invention may be a liquid composition or a solid composition. In addition to a coenzyme-linked enzyme and a coenzyme, a pharmaceutically acceptable carrier can be included. Such a carrier is not particularly limited as long as the biological activity of the coenzyme and the coenzyme-linked enzyme can be stably maintained regardless of whether the carrier is solid or liquid.

液体組成物としては、適当な緩衝液を担体として調製した溶液剤、懸濁剤、乳濁剤を包含する。緩衝液としては、一般的に本技術分野で使用されるものであれば特に制限はない。例えば、トリス塩酸、リン酸、ホウ酸、酢酸、クエン酸、フタル酸およびそれらの塩等の緩衝液が挙げられ、pH5.0〜9.0、特にはpH 6.0〜7.0 に調製したものが好ましい。さらに、プロピレングリコール、ポリエチレングリコール、オリーブ油のような植物油、エタノールのようなアルコール類、ポリソルベート80等を担体として使用することもできる。さらに、防腐剤、湿潤剤、乳化剤、分散剤、安定化剤、溶解補助剤のような補助剤を含んでもよい。   Liquid compositions include solutions, suspensions, and emulsions prepared using appropriate buffers as carriers. The buffer solution is not particularly limited as long as it is generally used in this technical field. For example, buffer solutions such as tris-hydrochloric acid, phosphoric acid, boric acid, acetic acid, citric acid, phthalic acid and salts thereof may be mentioned, and those prepared at pH 5.0 to 9.0, particularly pH 6.0 to 7.0 are preferable. Furthermore, propylene glycol, polyethylene glycol, vegetable oil such as olive oil, alcohols such as ethanol, polysorbate 80, etc. can be used as a carrier. Furthermore, auxiliary agents such as preservatives, wetting agents, emulsifiers, dispersants, stabilizers, and solubilizing agents may be included.

固形製剤としては、例えば、凍結乾燥や真空乾燥により酵素溶液を粉末化等することにより調製することができる。更に、適当な担体を含ませることができ、賦形剤、結合剤、滑沢剤、崩壊剤等と混合し、常法により錠剤、散剤、細粒剤、顆粒剤、カプセル剤、丸剤等に調製することもできる。ここで、固形担体としては、一般的に本技術分野で使用されるものであれば特に制限はない。例えば、賦形剤としては、デンプン、乳糖、白糖、炭酸カルシウム、リン酸カルシウム等、結合剤としては、デンプン、アラビアゴム、カルボキシメチルセルロース、ヒドロキシプロピルセルロース、結晶セルロース等、滑沢剤としては、ステアリン酸、ステアリン酸マグネシウム、ステアリン酸カルシウム等、崩壊剤としては、カルボキシメチルセルロース、タルク等が挙げられる。   The solid preparation can be prepared, for example, by pulverizing the enzyme solution by freeze drying or vacuum drying. Furthermore, a suitable carrier can be contained, and mixed with excipients, binders, lubricants, disintegrants, etc., and tablets, powders, fine granules, granules, capsules, pills, etc. by conventional methods It can also be prepared. Here, the solid carrier is not particularly limited as long as it is generally used in this technical field. For example, as an excipient, starch, lactose, sucrose, calcium carbonate, calcium phosphate, etc., as a binder, starch, gum arabic, carboxymethyl cellulose, hydroxypropyl cellulose, crystalline cellulose, etc., as a lubricant, stearic acid, Examples of disintegrants such as magnesium stearate and calcium stearate include carboxymethyl cellulose and talc.

そして、本発明の組成物は、その構成成分である補酵素結合型酵素の触媒機能を利用した測定試薬等に利用でき、医療、食品、環境分野等の様々な産業分野における当該酵素の機能が要求される技術分野に利用できる。特に、本発明の組成物中において補酵素結合型酵素は熱安定性及び保存安定性が高い状態で維持されことから、幅広い技術分野に適用できる。ここで、試料としては、例えば、血液、尿、唾液等の生物体由来の生物試料、食品試料、環境試料等が例示されるがこれに限定されるものではない。また、必要に応じてこれらの試料に適当な処理を行った試料をも含み得る。   The composition of the present invention can be used as a measurement reagent or the like using the catalytic function of the coenzyme-linked enzyme that is a constituent component thereof, and the function of the enzyme in various industrial fields such as medical, food, and environmental fields. Available for required technical fields. In particular, the coenzyme-linked enzyme in the composition of the present invention is maintained in a state of high thermal stability and storage stability, and thus can be applied to a wide range of technical fields. Here, examples of the sample include biological samples derived from living organisms such as blood, urine, saliva, food samples, and environmental samples, but are not limited thereto. Moreover, the sample which performed the appropriate process to these samples as needed may also be included.

(酵素センサー)
本発明は、補酵素結合型酵素を、前記補酵素結合型酵素に対する補酵素を添加することによって安定化させた状態にして利用する酵素センサーを提供する。酵素センサーは、電極材上にアノード極側には安定性を向上させた補酵素結合型酵素を固定化した作用電極、及びその対極を設けて構成される。必要に応じて、参照電極を設けて三電極方式として構成してもよい。電極としては、カーボン、金、白金等を用いることができる。電極材上への酵素の固定化は、公知の方法によって行うことができる。例えば、物理的吸着、イオン結合,共有結合を介して固定化する担体結合法を利用することができる。また、グルタルアルデヒドなどの二価性官能基をもつ試薬で架橋固定する架橋法をも利用でき、更には、アルギン酸,カラギーナン等の多糖類、ポリアクリルアミド等の網目構造をもつゲルや、半透性膜の中に閉じて固定化する包括法等をも利用することができる。
(Enzyme sensor)
The present invention provides an enzyme sensor that utilizes a coenzyme-linked enzyme in a stabilized state by adding a coenzyme to the coenzyme-linked enzyme. The enzyme sensor is configured such that a working electrode on which a coenzyme-linked enzyme with improved stability is immobilized and a counter electrode are provided on the anode electrode side on an electrode material. If necessary, a three-electrode system may be configured by providing a reference electrode. As the electrode, carbon, gold, platinum or the like can be used. The enzyme can be immobilized on the electrode material by a known method. For example, it is possible to use a carrier binding method that is immobilized through physical adsorption, ionic bond, or covalent bond. In addition, a cross-linking method in which cross-linking and fixing is performed with a reagent having a divalent functional group such as glutaraldehyde can be used. Furthermore, polysaccharides such as alginic acid and carrageenan, gels having a network structure such as polyacrylamide, and semi-permeable It is also possible to use a comprehensive method that closes and immobilizes the membrane.

基質の測定は、例えば、測定対象となる試料を接触させると、試料中に含まれる基質が作用極上に固定された本発明により安定性が向上した酵素組成物と反応し、続いて電子メディエーターが還元される。そして、電極系に電圧を印加して電子受容体の還元体を酸化し、得られる酸化電流値の変化により試料中の基質を検出することができる。このとき、あらかじめ目的濃度範囲内における標準濃度の基質溶液により作製した標準曲線を作成することにより、得られた酸化電流値に基づいて基質濃度を求めることができる。   In the measurement of the substrate, for example, when a sample to be measured is brought into contact, the substrate contained in the sample reacts with the enzyme composition having improved stability according to the present invention, which is immobilized on the working electrode, and then the electron mediator is reacted. Reduced. A voltage is applied to the electrode system to oxidize the reductant of the electron acceptor, and the substrate in the sample can be detected by the change in the obtained oxidation current value. At this time, the substrate concentration can be obtained based on the obtained oxidation current value by preparing a standard curve prepared in advance with a substrate solution having a standard concentration within the target concentration range.

本発明の酵素センサーは、熱安定性及び保存安定性が向上した酵素の触媒能力を利用することから、酵素センサー製作時における劣化をも防止することができ、また、酵素の触媒機能の劣化を招くことなく測定精度の向上、及び連続測定を可能とする。ひいては、酵素使用量を軽減できることからコスト削減効果をも奏することができる。ここで、試料としては、例えば、血液、尿、唾液等の生物体由来の生物試料、食品試料、環境試料等が例示されるがこれに限定されるものではない。したがって、本発明の酵素センサーは、医療、食品、環境分野において利用可能である。また、必要に応じてこれらの試料に適当な処理を行った試料をも含み得る。   Since the enzyme sensor of the present invention utilizes the catalytic ability of an enzyme with improved thermal stability and storage stability, it can also prevent degradation during the production of the enzyme sensor, and can also prevent degradation of the catalytic function of the enzyme. Measurement accuracy can be improved and continuous measurement is possible without incurring. As a result, since the amount of enzyme used can be reduced, a cost reduction effect can also be achieved. Here, examples of the sample include biological samples derived from living organisms such as blood, urine, saliva, food samples, and environmental samples, but are not limited thereto. Therefore, the enzyme sensor of the present invention can be used in the medical, food and environmental fields. Moreover, the sample which performed the appropriate process to these samples as needed may also be included.

(燃料電池)
本発明は、補酵素結合型酵素を、前記補酵素結合型酵素に対する補酵素を添加することによって安定化させた状態にして利用する燃料電池を提供する。本発明の燃料電池は、例えば、酸化反応を行うアノード極と、還元反応を行うカソード極から構成され、必要に応じてアノードとカソードを隔離する電解質層を含んで構成される。そして、アノード電極側では、安定性を向上させた補酵素結合型酵素が基質を酸化することによって生じた電子を電極に取り出すと共に、プロトンを発生する。一方、カソード側では、アノード側で発生したプロトンが酸素と反応することによって水を生成するように構成される。電極としては、カーボン、金、白金等を用いることができる。そして、アノード極側には、安定性を向上させた状態で補酵素結合型酵素が供給される。このとき、適当な緩衝液中に溶解させた形態で供給してもよいが、電極上に固定化されることが好ましい。カソード極側には、酸素に電子を伝達することのできる触媒および酵素を必要に応じて供給してよい。電極材上への酵素の固定化は、公知の方法によって行うことができる。例えば、物理的吸着、イオン結合,共有結合を介して固定化する担体結合法を利用することができる。また、グルタルアルデヒドなどの二価性官能基をもつ試薬で架橋固定する架橋法をも利用でき、更には、アルギン酸,カラギーナン等の多糖類、ポリアクリルアミド等の網目構造をもつゲルや、半透性膜の中に閉じて固定化する包括法等をも利用することができる。
(Fuel cell)
The present invention provides a fuel cell that uses a coenzyme-linked enzyme in a stabilized state by adding a coenzyme to the coenzyme-linked enzyme. The fuel cell of the present invention includes, for example, an anode electrode that performs an oxidation reaction and a cathode electrode that performs a reduction reaction, and includes an electrolyte layer that separates the anode and the cathode as necessary. On the anode electrode side, the coenzyme-linked enzyme with improved stability takes out electrons generated by oxidizing the substrate to the electrode and generates protons. On the other hand, on the cathode side, the proton generated on the anode side reacts with oxygen to generate water. As the electrode, carbon, gold, platinum or the like can be used. The coenzyme-linked enzyme is supplied to the anode electrode side with improved stability. At this time, it may be supplied in a form dissolved in an appropriate buffer, but it is preferably immobilized on an electrode. A catalyst and an enzyme capable of transferring electrons to oxygen may be supplied to the cathode electrode side as necessary. The enzyme can be immobilized on the electrode material by a known method. For example, it is possible to use a carrier binding method that is immobilized through physical adsorption, ionic bond, or covalent bond. In addition, a cross-linking method in which cross-linking and fixing is performed with a reagent having a divalent functional group such as glutaraldehyde can be used. Furthermore, polysaccharides such as alginic acid and carrageenan, gels having a network structure such as polyacrylamide, and semi-permeable It is also possible to use a comprehensive method that closes and immobilizes the membrane.

以上のように構成することにより、当該酵素が作用しえる基質を燃料として、かかる基質を酸化する際に生じた電子がアノード極に電子を受け渡す。そして、アノード極に渡された電子は、外部回路を経てカソード極に到達することで電流が発生する。   With the configuration described above, a substrate that can act on the enzyme is used as a fuel, and electrons generated when the substrate is oxidized pass the electrons to the anode electrode. Then, the electrons passed to the anode electrode reach the cathode electrode through an external circuit to generate a current.

本発明の燃料電池は、熱安定性及び保存安定性を向上させた補酵素結合型酵素の触媒機能を利用することから、持続的に発電を行なうでき、高性能の燃料電池として構築することができ、また、燃料電池製作時における酵素の劣化をも防止することができる。ひいては、酵素使用量をも低減できることからコスト削減効果をも奏することができる。   Since the fuel cell of the present invention utilizes the catalytic function of a coenzyme-linked enzyme with improved thermal stability and storage stability, it can continuously generate power and can be constructed as a high-performance fuel cell. It is also possible to prevent degradation of the enzyme during the production of the fuel cell. As a result, the amount of enzyme used can also be reduced, so that a cost reduction effect can be achieved.

〔調製例1〕NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素の調製
以下の実験で安定性向上の検討対象とするための補酵素結合型酵素として、NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素を調製した。
As Preparation Example 1] NAD + dependent formaldehyde coenzyme-bound enzymes for the consideration of increased stability at dehydrogenase preparation following experiments were prepared NAD + dependent formaldehyde dehydrogenase.

1.遺伝子クローニング
NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素をコードする遺伝子を、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)株のゲノムDNAより、PCR 法を利用してクローニングした。
1. Gene cloning
A gene encoding NAD + -dependent formaldehyde dehydrogenase was cloned from the genomic DNA of Pseudomonas putida strain using PCR.

まず、独立行政法人製品評価技術基盤機構(国内の微生物・遺伝子バンク:NITE)から分譲を受けたシュードモナス・プチダ株につき、分譲業者の指示に従って培養して菌体を取得した。続いて、菌体からゲノムDNA抽出キット(プロメガ社製)を使用して抽出及び精製を行うことによりゲノムDNA調製した。   First, Pseudomonas putida strains sold by the National Institute for Product Evaluation and Technology (Domestic Microorganisms / Gene Bank: NITE) were cultured according to the instructions of the distributors to obtain the cells. Subsequently, genomic DNA was prepared from the cells by extraction and purification using a genomic DNA extraction kit (Promega).

PCR反応は、PCRキット、PrimeStar(タカラバイオ社製)にて製造業者の指示に従って実行した。PCR反応液は、プライマーを各0.3μM 、上記で調製した鋳型DNAを50ng含んで調製した。そして、PCR温度プログラムは、98℃にて10秒間の熱変性、55℃にて5秒間のアニーリング、72℃にて60秒間の伸長反応を1サイクルとした、30サイクルの増幅反応を行った。   The PCR reaction was performed with a PCR kit, PrimeStar (Takara Bio) according to the manufacturer's instructions. A PCR reaction solution was prepared containing 0.3 μM of each primer and 50 ng of the template DNA prepared above. In the PCR temperature program, 30 cycles of amplification reaction were carried out, with heat denaturation at 98 ° C. for 10 seconds, annealing at 55 ° C. for 5 seconds, and extension reaction at 72 ° C. for 60 seconds as one cycle.

ここで使用したプライマーの配列情報を示す。
シュードモナス・プチダ用プライマー
5'- GAGCA TATGT CTGGT AATCG TGGTG T - 3'(配列番号
5'- CTAAA GCTTA GGCCG CGCTG AGGTC T - 3'(配列番号
下線はクローニング用の制限酵素認識部位を示す。
The sequence information of the primers used here is shown.
Primer for Pseudomonas petitida
5'-GAG CA TATG T CTGGT AATCG TGGTG T-3 '(SEQ ID NO: 7 )
5′-CTA AA GCTT A GGCCG CGCTG AGGTC T-3 ′ (SEQ ID NO: 8 )
The underline indicates the restriction enzyme recognition site for cloning.

PCR増幅反応後の反応液を、DNA精製キット(GEヘルスケア社製)により精製し、PCR増幅産物を確認した。その結果、予想される DNA増幅産物(約1.2 kbp)の取得が確認できた。   The reaction solution after the PCR amplification reaction was purified with a DNA purification kit (manufactured by GE Healthcare) to confirm the PCR amplification product. As a result, it was confirmed that the expected DNA amplification product (about 1.2 kbp) was obtained.

2.発現ベクターの構築、及び大腸菌細胞内での発現
PCR増幅で得られたDNA断片(約1.2 kbp)を、制限酵素Nde-IとHind-IIIで切断し、アガロースゲル電気流動で分離後、ゲルから抽出及び精製を行った。制限酵素処理後の各DNA断片を、タンパク質発現用プラスミドのpET22bベクター(ノバジェン社製)の制限酵素部位(Nde-I及びHind-III)にライゲーション反応より組み込み発現ベクターを構築した。
2. Expression vector construction and expression in E. coli cells
A DNA fragment (about 1.2 kbp) obtained by PCR amplification was cleaved with restriction enzymes Nde-I and Hind-III, separated by agarose gel electroflow, and extracted from the gel and purified. Each DNA fragment after the restriction enzyme treatment was incorporated into restriction enzyme sites (Nde-I and Hind-III) of a pET22b vector (manufactured by Novagen), a protein expression plasmid, to construct an expression vector.

得られた発現ベクターにより、大腸菌BL21(DE3)株(ノバジェン社製)の形質転換を行った。大腸菌の培養は、50 mg/l アンピシリンを含むLuria-Bertani(LB)培地中にて37℃で行った。なお、形質転換は、Sambrook 及び Russell著、Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Cold Spring Harbor Laboratory Press)に記載の方法に従って行なった。続いて、得られた形質転換体を、50 mg/lアンピシリンを含むLB培地中で、培養液の吸光度がOD600=0.6になるまで培養した。そして、組換えタンパク質の合成誘導のため終濃度0.5 mM のイソプロピル-β-チオガラクトピラノシド(isopropyl-s-D-thiogalactopyranoside:IPTG)を添加して更に4時間培養した。 Escherichia coli BL21 (DE3) strain (manufactured by Novagen) was transformed with the obtained expression vector. E. coli was cultured at 37 ° C. in Luria-Bertani (LB) medium containing 50 mg / l ampicillin. The transformation was performed according to the method described in Sambrook and Russell, Molecular Cloning: A Laboratory Manual (Cold Spring Harbor Laboratory Press). Subsequently, the obtained transformant was cultured in an LB medium containing 50 mg / l ampicillin until the absorbance of the culture solution reached OD 600 = 0.6. Then, to induce synthesis of the recombinant protein, isopropyl-β-thiogalactopyranoside (IPTG) having a final concentration of 0.5 mM was added and further cultured for 4 hours.

培養液1 mlを遠心分離して回収した菌体を、200μlの可溶化液中に懸濁した。続いて、後、超音波破砕処理(30-s pulses; maximum power; high intensity; 0.5-s repeating duty cycle)により菌体を破砕した後、菌体破砕液を15,000×g で10分間遠心して上清を得た。この上清を3分間95℃で熱処理した後、12.5%アクリルアミドゲル(アトー社製)電気泳動に供した。電気泳動後、クマシーブリリアントブルー(以下、「CBB」と略する)染色(和光純薬社製)によりタンパク質を可視化することにより、組換えタンパク質の発現を確認した。   The bacterial cells collected by centrifuging 1 ml of the culture solution were suspended in 200 μl of the solubilized solution. Subsequently, after disrupting the cells by ultrasonic disruption (30-s pulses; maximum power; high intensity; 0.5-s repeating duty cycle), the cell disruption solution is centrifuged at 15,000 xg for 10 minutes. I got Qing. The supernatant was heat-treated at 95 ° C. for 3 minutes and then subjected to 12.5% acrylamide gel (Ato) electrophoresis. After electrophoresis, the protein was visualized by Coomassie Brilliant Blue (hereinafter abbreviated as “CBB”) staining (manufactured by Wako Pure Chemical Industries), thereby confirming the expression of the recombinant protein.

3.酵素の精製
また、上記で発現させたタンパク質を疎水性クロマトグラフィー、陰イオン交換クロマトグラフィー、及びゲルろ過により、常法に従って、分離、及び精製した。
3. Purification of enzyme In addition, the protein expressed above was separated and purified by hydrophobic chromatography, anion exchange chromatography, and gel filtration according to a conventional method.

〔調製例2〕PQQ依存型グルコース脱水素酵素の調製
以下の実験で安定性向上の検討対象とするための補酵素結合型酵素として、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)由来のPQQ依存型グルコース脱水素酵素を調製した。
[Preparation Example 2] Preparation of PQQ-dependent glucose dehydrogenase PQQ-dependent type derived from Acinetobacter calcoaceticus as a coenzyme-linked enzyme to be considered for stability improvement in the following experiment Glucose dehydrogenase was prepared.

1.遺伝子クローニング
PQQ依存型グルコース脱水素酵素をコードする遺伝子を、アシネトバクター・カルコアセティカスのゲノムDNAより、PCR 法を利用してクローニングした。
1. Gene cloning
A gene encoding PQQ-dependent glucose dehydrogenase was cloned from the genomic DNA of Acinetobacter calcoaceticus using PCR.

詳細な手順については、Yuhashi N.他著、“Development of novel glucose enzyme fuel cell system employing protein engineered PQQ glucose dehydrogenase", Biosens Bioelectron.、2005年、第20巻、第2145〜2150頁の記載に準じて行った。   For detailed procedures, refer to Yuhashi N. et al., “Development of novel glucose enzyme fuel cell system using protein engineered PQQ glucose dehydrogenase”, Biosens Bioelectron., 2005, Vol. 20, pages 2145-2150. went.

2.発現ベクターの構築、及び大腸菌細胞内での発現
上記で得られた発現ベクターにより、大腸菌BL21(DE3)株(ノバジェン社製)の形質転換を行った。得られた形質転換体を、LB培地中で、培養液の吸光度がOD600=0.6になるまで振とう培養した。そして、終濃度0.01 mMのIPTGを添加して組換えタンパク質の発現誘導を行った。発現誘導後、更に28℃で一晩培養した。
2. Construction of expression vector and expression in E. coli cells Transformation of E. coli BL21 (DE3) strain (manufactured by Novagen) was performed with the expression vector obtained above. The obtained transformant was cultured with shaking in LB medium until the absorbance of the culture solution reached OD 600 = 0.6. Then, IPTG with a final concentration of 0.01 mM was added to induce expression of the recombinant protein. After induction of expression, the cells were further cultured overnight at 28 ° C.

培養液を遠心分離して回収した菌体を、リン酸緩衝液中に懸濁した。続いて、リゾチームを添加し凍結融解を3回繰り返すことにより菌体を破砕した。菌体破砕液にベンゾネースを適量添加して室温で放置した後、遠心分離に供し上清を得た。   The cells recovered by centrifuging the culture solution were suspended in a phosphate buffer. Subsequently, lysozyme was added and the cells were disrupted by repeating freeze-thawing three times. An appropriate amount of benzonate was added to the cell disruption solution and allowed to stand at room temperature, followed by centrifugation to obtain a supernatant.

3.酵素の精製
ここで得られたタンパク質はHisタグペプチドが融合していることから、メタルイオンアフィニティークロマトグラフィーにより、酵素の分離、及び精製を行った。詳細な分離・精製手順を以下に示す。具体的には、Hisタグ精製レジンであるTALON樹脂(CLONTECH社製)を使用した。
3. Purification of enzyme Since the His tag peptide was fused with the protein obtained here, the enzyme was separated and purified by metal ion affinity chromatography. Detailed separation and purification procedures are shown below. Specifically, TALON resin (manufactured by CLONTECH), which is a His tag purification resin, was used.

分離・精製手順の詳細は以下の通りである。
1.カラムをリン酸緩衝液で平衡化
2.サンプルの添加
3.1mMイミダゾールを含むリン酸緩衝液でカラムを洗浄
4.100mMイミダゾールを含むリン酸緩衝液でタンパク質を溶出
The details of the separation / purification procedure are as follows.
1. 1. Equilibrate column with phosphate buffer Add sample 3. Wash column with phosphate buffer containing 1 mM imidazole 4. Elution protein with phosphate buffer containing 100 mM imidazole

得られた溶出画分を、Hitrap desalting colum(GEヘルスケア社製)を用いて、イミダゾールを除去すると共に、1mM CaCl2を含む30mMのMOPS緩衝液(pH 7.0)に置換した。次に、酵素のホロ化のためPQQを終濃度30μMで添加し、一晩、暗所に4℃にて放置した。放置後、Hitrap desalting columにて過剰なPQQを除去した。 The obtained elution fraction was replaced with 30 mM MOPS buffer (pH 7.0) containing 1 mM CaCl 2 while removing imidazole using Hitrap desalting colum (manufactured by GE Healthcare). Next, PQQ was added at a final concentration of 30 μM for enzyme hololysis and left overnight at 4 ° C. in the dark. After standing, excess PQQ was removed with Hitrap desalting colum.

〔調製例3〕 耐熱性PQQ依存型グルコース脱水素酵素の調製
補酵素結合型酵素の例として、サーマス サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のPQQ依存型グルコース脱水素酵素を調製した。かかる酵素は、耐熱性を有する。
[Preparation Example 3] Preparation of thermostable PQQ-dependent glucose dehydrogenase A PQQ-dependent glucose dehydrogenase derived from Thermus thermophilus was prepared as an example of a coenzyme-linked enzyme. Such an enzyme has heat resistance.

1.遺伝子クローニング
耐熱性PQQ依存型グルコース脱水素酵素をコードする遺伝子を、サーマス サーモフィラスのゲノムDNAより、PCRを利用してクローニングした。
1. Gene Cloning A gene encoding a thermostable PQQ-dependent glucose dehydrogenase was cloned from the genomic DNA of Thermos thermophilus using PCR.

鋳型として、サーマス サーモフィラスHB8(Thermus thermophilus HB8)のゲノムDNA(タカラバイオ:カタログ番号No.3071)を用いた。プライマーは、サーマス サーモフィラス HB8由来のPQQ依存型グルコース脱水素酵素のオープンリーディングフレーム(以下、「ORF」と称する)の塩基配列(YP_143836)に基づいて、ORFの開始コドンと終始コドンの間の領域が増幅されるように設計した。このとき、開始コドン側のプライマーtth_gdh_f1には、ベクター連結用の制限酵素NdeI認識配列(CATATG)を導入して設計した。また、終始コドン側のプライマーtth_gdh_r1には、同様にベクター連結用の制限酵素HindIII認識配列(AAGCTT)を導入して設計した。なお、プライマーtth_gdh_r1は、カルボキシル末端に精製用のHisタグ標識を付加させるため終止コドンをグリシン(GCC)に対応するよう設計した。 As a template, genomic DNA (Takara Bio: Catalog No. 3071) of Thermus thermophilus HB8 was used. Based on the base sequence (YP_143836) of the open reading frame (hereinafter referred to as “ORF”) of PQQ-dependent glucose dehydrogenase derived from Thermus thermophilus HB8, the primer has a region between the start and end codons of the ORF. Designed to be amplified. At this time, a restriction enzyme Nde I recognition sequence (CATATG) for ligating the vector was introduced into the primer tth_gdh_f1 on the start codon side. Similarly, a restriction enzyme Hind III recognition sequence (AAGCTT) for vector ligation was similarly introduced into the primer tth_gdh_r1 on the end codon side. The primer tth_gdh_r1 was designed so that the stop codon corresponds to glycine (GCC) in order to add a purification His tag label to the carboxyl terminus.

具体的な配列情報は以下の通りである。
プライマーtth_gdh_f1
5'-ACATTCATATGGACCGGAGGCGCTTTCTCGT-3' (配列番号9)
プライマーtth_gdh_r1
5'-ATACCAAGCTTGCCAAGGAGGCGTAGCACCCGGTC-3' (配列番号10)
Specific sequence information is as follows.
Primer tth_gdh_f1
5'-ACATTCATATGGACCGGAGGCGCTTTCTCGT-3 '(SEQ ID NO: 9)
Primer tth_gdh_r1
5'-ATACCAAGCTTGCCAAGGAGGCGTAGCACCCGGTC-3 '(SEQ ID NO: 10)

PCR反応液の組成、及びPCRプログラムは、以下の通りである。
PCR反応液の組成:
1×KOD plus buffer(東洋紡)、
0.4 mM dNTPs、
0.5 μM プライマーtth_gdh_f1、
0.5 μM プライマーtth_gdh_r1、又は、0.5 μM プライマーtth_gdh_r1、
10 %(v/v) ジメチルスルフォキシド、
1.25 mM MgSO4
0.5 unit KOD plus(東洋紡)、
5 ng Thermus thermophilus HB8ゲノムDNA。
The composition of the PCR reaction solution and the PCR program are as follows.
PCR reaction composition:
1 x KOD plus buffer (Toyobo),
0.4 mM dNTPs,
0.5 μM primer tth_gdh_f1,
0.5 μM primer tth_gdh_r1, or 0.5 μM primer tth_gdh_r1,
10% (v / v) dimethyl sulfoxide,
1.25 mM MgSO 4 ,
0.5 unit KOD plus (Toyobo)
5 ng Thermus thermophilus HB8 genomic DNA.

反応プログラム:
98 ℃ 1分→、〔98 ℃ 10 秒→(65 ℃−0.5 ℃ / 2サイクル)→68 ℃ 1分〕× 35 サイクル→68 ℃ 1分。
Reaction program:
98 ° C. for 1 minute, [98 ° C. for 10 seconds → (65 ° C.−0.5 ° C./2 cycles) → 68 ° C. for 1 minute] × 35 cycles → 68 ° C. for 1 minute.

2.発現ベクターの構築、及び大腸菌細胞内での発現
PCR増幅後、約1 kbpのDNAの増幅断片を精製した。精製後の増幅断片、及びプラスミドベクターpET22b(Novagen)を、それぞれ制限酵素NdeI及びHindIIIで消化した。続いて、増幅断片とプラスミドベクターpET22bとを混合し、連結反応を行った。なお、連結反応は、DNA ligation kit(タカラバイオ)を用いた。連結後の反応液を、大腸菌XL1-Blue(Stratagene)に導入し、形質転換させた。続いて、抗生物質アンピシリン含有LB寒天培地のプレート上に接種し培養した。培養後、プレート上に形成されたXL1-Blueの単一コロニーを選択し、このコロニーを、少量の培地(1.5 ml)で培養した。次いで、培養菌体から、プラスミドをplasmid mini kit(QIAGEN)にて精製し、プラスミドに挿入された断片の塩基配列をチェーンターミネーター法で決定した。その塩基配列、及び推定アミノ酸配列を、配列表の配列番号3、4にそれぞれ示す。ここで、増幅されたDNA断片の塩基配列は、YP_143836の塩基配列と一致し、PQQ依存型グルコース脱水素酵素をコードする核酸分子がクローニングされたことが確認された。
上記で得られた発現ベクターにより、調製例2と同様に大腸菌BL21(DE3)株を形質転換し、導入遺伝子の発現を誘導させた。
2. Expression vector construction and expression in E. coli cells
After PCR amplification, an amplified fragment of DNA of about 1 kbp was purified. The purified amplified fragment and the plasmid vector pET22b (Novagen) were digested with restriction enzymes NdeI and HindIII , respectively. Subsequently, the amplified fragment and the plasmid vector pET22b were mixed and ligated. For the ligation reaction, DNA ligation kit (Takara Bio) was used. The reaction solution after ligation was introduced into E. coli XL1-Blue (Stratagene) and transformed. Then, it inoculated and cultured on the plate of antibiotics ampicillin containing LB agar medium. After the culture, a single colony of XL1-Blue formed on the plate was selected, and this colony was cultured in a small amount of medium (1.5 ml). Subsequently, the plasmid was purified from the cultured cells with a plasmid mini kit (QIAGEN), and the base sequence of the fragment inserted into the plasmid was determined by the chain terminator method. The base sequence and the deduced amino acid sequence are shown in SEQ ID NOs: 3 and 4, respectively. Here, the base sequence of the amplified DNA fragment coincided with the base sequence of YP_143836, and it was confirmed that the nucleic acid molecule encoding the PQQ-dependent glucose dehydrogenase was cloned.
The expression vector obtained above was used to transform E. coli BL21 (DE3) strain in the same manner as in Preparation Example 2 to induce transgene expression.

3.酵素の精製
上記調製例2と同様にして、菌体からタンパク質を精製して、PPQ依存型グルコース脱水素酵素を得た。
3. Purification of enzyme In the same manner as in Preparation Example 2, the protein was purified from the cells to obtain PPQ-dependent glucose dehydrogenase.

〔実施例1〕酵素の安定化(ホルムアルデヒド脱水素酵素)
補酵素存在下における補酵素結合型酵素の熱安定性を確認した。ここでは、調製例1で得られたシュードモナス・プチダ由来のNAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素について検討を行った。
[Example 1] Enzyme stabilization (formaldehyde dehydrogenase)
The thermal stability of the coenzyme-linked enzyme in the presence of the coenzyme was confirmed. Here, the NAD + -dependent formaldehyde dehydrogenase derived from Pseudomonas putida obtained in Preparation Example 1 was examined.

補酵素結合型酵素であるNAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素の補酵素存在下での熱安定性を確認した。上記調製例1で得られたシュードモナス・プチダ由来のNAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素溶液に、最終濃度10mMとなるようNAD+を添加し、20mM トリスアミノメタン緩衝液(pH 7.5)中で、様々な温度条件(熱処理なし(25℃)、50、60、70℃)下で20分間保温し、氷中に30分間置いた後の残存活性を確認した。 It confirmed the thermal stability of the coenzyme presence of coenzyme-bound enzyme, NAD + dependent formaldehyde dehydrogenase. NAD + was added to the NAD + -dependent formaldehyde dehydrogenase solution derived from Pseudomonas putida obtained in Preparation Example 1 above to a final concentration of 10 mM, and various in 20 mM Trisaminomethane buffer (pH 7.5). It was kept warm for 20 minutes under various temperature conditions (no heat treatment (25 ° C.), 50, 60, 70 ° C.), and the residual activity after being placed on ice for 30 minutes was confirmed.

比較例として、NAD+を添加しない酵素溶液についても同様に熱処理を行い酵素の残存活性を求めた。 As a comparative example, the enzyme solution to which NAD + was not added was also heat-treated in the same manner to determine the residual activity of the enzyme.

なお、酵素活性は、ホルアルデヒド脱水素酵素の触媒反応で生成するNADHを波長340 nmの吸光度を測定することに定量し、これを指標として、ホルムアルデヒド分解活性を求めることにより測定した。つまり、ホルムアルデヒド脱水素酵素の酵素活性は、ホルムアルデヒド及びNAD+から、ギ酸及びNADHを生成する触媒反応において、生成したNADHを直接定量することによって測定できる。 The enzyme activity was measured by quantifying NADH produced by the catalytic reaction of formaldehyde dehydrogenase by measuring the absorbance at a wavelength of 340 nm, and using this as an index to determine the formaldehyde decomposition activity. In other words, the enzymatic activity of formaldehyde dehydrogenase, formaldehyde and NAD +, in the catalytic reaction which produces formic acid and NADH, may be measured by quantifying the generated NADH directly.

標準的な反応条件を例に詳細には、適量の酵素溶液を、1 mM ホルムアルデヒド、1 mM NAD+、0.01% BSAを含む50 mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0)と混合し200μlとした。続いて、この反応液中のNAD+からNADH変化に伴う340 nmの吸光度変化を37℃にて測定し、吸光度の増加を求めることにより活性評価試験を行った。吸光度は、本実施例においては蛍光マイクロプレートリーダー(モレキュラーデバイス社)により測定し、30秒毎の吸光度の経時変化を測定することで活性評価試験を行った。 In detail using standard reaction conditions as an example, an appropriate amount of enzyme solution was mixed with 50 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing 1 mM formaldehyde, 1 mM NAD + , and 0.01% BSA to make 200 μl. . Subsequently, the change in absorbance at 340 nm accompanying the change in NADH from NAD + in this reaction solution was measured at 37 ° C., and an activity evaluation test was performed by determining the increase in absorbance. In this example, the absorbance was measured with a fluorescent microplate reader (Molecular Device), and the activity evaluation test was performed by measuring the change in absorbance over time every 30 seconds.

結果を図1(A)〜(D)、及び図2に示す。
図1(A)は、25℃で保温した場合のNAD+添加及び無添加での比較、
図1(B)は、50℃で保温した場合のNAD+添加及び無添加での比較、
図1(C)は、60℃で保温した場合のNAD+添加及び無添加での比較、
図1(D)は、70℃で保温した場合のNAD+添加及び無添加での比較を示すグラフである。
図2は、NAD+添加せず25℃で保温した場合の活性を100とし、NAD+添加、及び無添加の酵素溶液の各温度における残存活性を相対活性で表したグラフである。
The results are shown in FIGS. 1 (A) to 1 (D) and FIG.
Fig. 1 (A) shows a comparison with and without NAD + when kept at 25 ° C.
Fig. 1 (B) shows the comparison with and without NAD + when kept at 50 ° C.
Fig. 1 (C) shows a comparison with and without NAD + when kept at 60 ° C.
FIG. 1 (D) is a graph showing a comparison between addition and non-addition of NAD + when kept at 70 ° C.
2, as 100 activity when incubated at 25 ° C. without NAD + addition, a graph of NAD + addition, and the residual activity at each temperature of the enzyme solution without additives in relative activity.

60℃の熱処理では、NAD+を添加しない場合には、酵素活性は0であったが、添加することにより約90%の活性が保持されることが確認された。 In the heat treatment at 60 ° C., when NAD + was not added, the enzyme activity was 0, but it was confirmed that about 90% of the activity was retained by addition.

以上の結果より、NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素は、当該酵素の補酵素であるNAD+を添加することにより、顕著にその熱安定性が向上することが確認された。 From the above results, it was confirmed that the thermal stability of NAD + -dependent formaldehyde dehydrogenase is significantly improved by adding NAD + which is a coenzyme of the enzyme.

〔実施例2〕酵素の安定化(ホルムアルデヒド脱水素酵素)
補酵素存在下における補酵素結合型酵素の熱安定性を、酵素の活性構造を追跡することにより確認した。
[Example 2] Stabilization of enzyme (formaldehyde dehydrogenase)
The thermal stability of the coenzyme-linked enzyme in the presence of the coenzyme was confirmed by following the active structure of the enzyme.

シュードモナス・プチダ由来のホルムアルデヒド脱水素酵素は、その活性型構造として4量体を形成する。したがって、熱処理によりかかる4量体構造が維持されているか否かを確認することにより当該酵素の熱安定性を確認した。実施例2で処理したサンプルを、4〜16%未変性アクリルアミドゲル電気泳動に供することにより、酵素の活性構造の保持を確認した。   Formaldehyde dehydrogenase derived from Pseudomonas putida forms a tetramer as its active structure. Therefore, the thermal stability of the enzyme was confirmed by confirming whether or not the tetramer structure was maintained by heat treatment. The sample treated in Example 2 was subjected to 4-16% native acrylamide gel electrophoresis to confirm the retention of the enzyme active structure.

結果を図3(A)〜(B)に示す。
図3(A)は、NAD+無添加の場合の酵素溶液の電気泳動結果を示し、レーン1は25℃、レーン2は50℃、レーン3は60℃、レーン4は70℃で保温した場合の結果である。
なお、レーンMは、分子量マーカーである。
図3(B)は、NAD+を添加した場合の酵素溶液の電気泳動結果を示し、レーン1は25℃、レーン2は50℃、レーン3は60℃、レーン4は70℃で保温した場合の結果である。
なお、矢印は、当該酵素の活性型構造、即ち、4量体構造のバンドシグナルの推定位置を示す。かかる4量体の推定分子量は170kDaである。
The results are shown in FIGS.
FIG. 3 (A) shows the electrophoresis results of the enzyme solution when NAD + is not added. Lane 1 is 25 ° C., Lane 2 is 50 ° C., Lane 3 is 60 ° C., Lane 4 is kept at 70 ° C. Is the result of
Lane M is a molecular weight marker.
FIG. 3 (B) shows the electrophoresis results of the enzyme solution when NAD + was added. Lane 1 was 25 ° C., Lane 2 was 50 ° C., Lane 3 was 60 ° C., and Lane 4 was kept at 70 ° C. Is the result of
The arrow indicates the estimated position of the active structure of the enzyme, that is, the band signal of the tetramer structure. The estimated molecular weight of such a tetramer is 170 kDa.

図3(A)〜(B)より、50℃の熱処理では、NAD+を添加しない場合には、酵素の活性型構造は解離することが確認された。一方、NAD+を添加することにより60℃ぐらいのまでの熱処理では活性型構造を完全に保持できることが確認された。 3 (A) to 3 (B), it was confirmed that in the heat treatment at 50 ° C., when NAD + was not added, the active structure of the enzyme was dissociated. On the other hand, it was confirmed that by adding NAD + , the active structure can be completely retained by heat treatment up to about 60 ° C.

以上の結果より、NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素は、当該酵素の補酵素であるNAD+を添加することにより、顕著にその熱安定性が向上することが確認され、活性型構造の維持の観点からも実施例1の結果が追認された。 From the above results, it was confirmed that the NAD + -dependent formaldehyde dehydrogenase significantly improves its thermal stability by adding NAD + which is a coenzyme of the enzyme, and maintains the active structure. The result of Example 1 was confirmed also from a viewpoint.

〔実施例3〕酵素の安定化(グルコース脱水素酵素)
補酵素存在下における補酵素結合型酵素の熱安定性を確認した。ここでは、調製例2で得られたアシネトバクター・カルコアセティカス由来のPQQ依存型グルコース脱水素酵素について検討を行った。
[Example 3] Enzyme stabilization (glucose dehydrogenase)
The thermal stability of the coenzyme-linked enzyme in the presence of the coenzyme was confirmed. Here, the PQQ-dependent glucose dehydrogenase derived from Acinetobacter calcoaceticus obtained in Preparation Example 2 was examined.

補酵素結合型酵素であるPQQ依存型グルコース脱水素酵素の補酵素存在下での熱安定性を確認した。上記調製例2で得られたアシネトバクター・カルコアセティカス由来のPQQ依存型グルコース脱水素酵素を、1%のBSAと1mMのCaCl2を含む30mMのMOPS緩衝液(pH7.0)にて10μg/mlの酵素溶液を調製し、最終濃度10mMとなるようPQQを添加し、様々な温度条件(熱処理なし(25℃)、50、60、70℃)下で30分間保温し、氷中に10分間置いた後の残存活性を確認した。 We confirmed the thermal stability of PQQ-dependent glucose dehydrogenase, a coenzyme-linked enzyme, in the presence of coenzyme. The PQQ-dependent glucose dehydrogenase derived from Acinetobacter calcoaceticus obtained in Preparation Example 2 is 10 μg / g in 30 mM MOPS buffer (pH 7.0) containing 1% BSA and 1 mM CaCl 2. Prepare ml of enzyme solution, add PQQ to a final concentration of 10 mM, and keep it warm for 30 minutes under various temperature conditions (no heat treatment (25 ° C), 50, 60, 70 ° C) and then in ice for 10 minutes The remaining activity after placing was confirmed.

比較例として、PQQを添加しない酵素溶液についても同様に熱処理を行い酵素の残存活性を求めた。   As a comparative example, the enzyme solution to which PQQ was not added was similarly heat-treated to determine the residual activity of the enzyme.

なお、酵素活性は、10mMのグルコース存在下、フェナジンメソサルフェート(PMS)をメディエーターとした2、6-ジクロロフェノールインドフェノール(DCIP)の還元速度を測定することにより行った。DCIPの還元速度は、波長600nMの吸光度の消失で評価した。   The enzyme activity was measured by measuring the reduction rate of 2,6-dichlorophenolindophenol (DCIP) using phenazine mesosulfate (PMS) as a mediator in the presence of 10 mM glucose. The reduction rate of DCIP was evaluated by the disappearance of absorbance at a wavelength of 600 nM.

結果を図4に示す。
図4は、PQQ添加せず25℃で保温した場合の活性を100とし、PQQ添加、及び無添加の酵素溶液の各温度における残存活性を相対活性で表したグラフである。
The results are shown in FIG.
FIG. 4 is a graph in which the activity when kept at 25 ° C. without addition of PQQ is defined as 100, and the residual activity at each temperature of the enzyme solution with and without addition of PQQ is expressed as a relative activity.

図4より、60℃の熱処理では、PQQを添加しない場合には、酵素活性が約70%低下したが、添加することにより約80%の活性が保持されることが確認された。   From FIG. 4, it was confirmed that in the heat treatment at 60 ° C., when PQQ was not added, the enzyme activity decreased by about 70%, but by adding it, about 80% activity was retained.

以上の結果より、PQQ依存型グルコース脱水素酵素は、当該酵素の補酵素であるPQQを添加することにより、顕著にその熱安定性が向上することが確認された。   From the above results, it was confirmed that the thermal stability of PQQ-dependent glucose dehydrogenase is remarkably improved by adding PQQ which is a coenzyme of the enzyme.

〔実施例4〕酵素の安定化(グルコース脱水素酵素)
補酵素存在下における補酵素結合型酵素の熱安定性を、酵素の活性構造を追跡することにより確認した。
[Example 4] Enzyme stabilization (glucose dehydrogenase)
The thermal stability of the coenzyme-linked enzyme in the presence of the coenzyme was confirmed by following the active structure of the enzyme.

実施例3で処理したサンプルを、12.5%変性アクリルアミドゲル電気泳動に供することにより、酵素のタンパク質構造の保持を確認した。   The sample treated in Example 3 was subjected to 12.5% denaturing acrylamide gel electrophoresis to confirm the retention of the protein structure of the enzyme.

結果を図5に示す。
レーン1及び2は、25℃で保温した場合の電気泳動結果であり、レーン1はPQQを添加した場合、レーン2はPQQ無添加の場合の結果を示す。
レーン3及び4は、50℃で保温した場合の電気泳動結果であり、レーン3はPQQを添加した場合、レーン4はPQQ無添加の場合の結果を示す。
レーン5及び6は、60℃で保温した場合の電気泳動結果であり、レーン5はPQQを添加した場合、レーン6はPQQ無添加の場合の結果を示す。
レーン7及び8は、70℃で保温した場合の電気泳動結果であり、レーン7はPQQを添加した場合、レーン8はPQQ無添加の場合の結果を示す。
なお、レーンMは分子量マーカーである。
The results are shown in FIG.
Lanes 1 and 2 are the results of electrophoresis when kept at 25 ° C., lane 1 shows the results when PQQ is added, and lane 2 shows the results when PQQ is not added.
Lanes 3 and 4 are the results of electrophoresis when kept at 50 ° C., lane 3 shows the results when PQQ is added, and lane 4 shows the results when PQQ is not added.
Lanes 5 and 6 are the results of electrophoresis when kept at 60 ° C., lane 5 shows the results when PQQ is added, and lane 6 shows the results when PQQ is not added.
Lanes 7 and 8 are the results of electrophoresis when kept at 70 ° C., lane 7 shows the results when PQQ is added, and lane 8 shows the results when PQQ is not added.
Lane M is a molecular weight marker.

図5より、70℃の熱処理では、PQQを添加しない場合には、タンパク質構造が変性することが確認された。一方、PQQを添加することにより70℃位までの温度での熱処理ではタンパク質構造は変性しないことが確認された。   From FIG. 5, it was confirmed that the protein structure was denatured in the heat treatment at 70 ° C. when PQQ was not added. On the other hand, it was confirmed that the protein structure was not denatured by heat treatment at temperatures up to about 70 ° C. by adding PQQ.

以上の結果より、PQQ依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素は、当該酵素の補酵素であるPQQを添加することにより、顕著にその熱安定性が向上することが確認され、タンパク質構造の維持の観点からも実施例3の結果が追認された。   From the above results, it was confirmed that the PQQ-dependent formaldehyde dehydrogenase significantly improves its thermal stability by adding PQQ, which is a coenzyme of the enzyme, from the viewpoint of maintaining the protein structure. The results of Example 3 were confirmed.

そして、実施例1〜4の結果をも鑑みると、補酵素結合型酵素は、対応する補酵素を添加することにより、その熱安定性を向上できることが判明した。   In view of the results of Examples 1 to 4, it was found that the coenzyme-linked enzyme can improve its thermal stability by adding the corresponding coenzyme.

本発明は、補酵素結合型酵素の安定化方法に関し、医療、食品、環境分野等の様々な産業分野において利用可能である。   The present invention relates to a method for stabilizing a coenzyme-linked enzyme, and can be used in various industrial fields such as medical, food and environmental fields.

(A)補酵素存在下における補酵素結合型酵素(NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素)の熱安定性(25℃)を確認した実施例1の結果を示すグラフ (B)補酵素存在下における補酵素結合型酵素(NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素)の熱安定性(50℃)を確認した実施例1の結果を示すグラフ (C)補酵素存在下における補酵素結合型酵素(NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素)の熱安定性(60℃)を確認した実施例1の結果を示すグラフ (D)補酵素存在下における補酵素結合型酵素(NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素)の熱安定性(70℃)を確認した実施例1の結果を示すグラフ(A) The graph which shows the result of Example 1 which confirmed the thermostability (25 degreeC) of the coenzyme binding type enzyme (NAD + dependence formaldehyde dehydrogenase) in presence of a coenzyme. (B) In presence of a coenzyme. The graph which shows the result of Example 1 which confirmed the thermostability (50 degreeC) of the coenzyme binding type enzyme (NAD + dependence formaldehyde dehydrogenase) (C) Coenzyme binding type enzyme (NAD + ) in presence of a coenzyme (D) A graph showing the results of Example 1 in which the thermostability (dependent formaldehyde dehydrogenase) was confirmed (60 ° C.) (D) Coenzyme-linked enzyme (NAD + dependent formaldehyde dehydrogenase) in the presence of a coenzyme The graph which shows the result of Example 1 which confirmed thermal stability (70 degreeC). 補酵素存在下における補酵素結合型酵素(NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素)の熱安定性を確認した実施例1の結果を示すグラフThe graph which shows the result of Example 1 which confirmed the thermostability of the coenzyme binding type enzyme (NAD + dependence type-formaldehyde dehydrogenase) in presence of a coenzyme. (A)補酵素存在下における補酵素結合型酵素(NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素)の熱安定性を、酵素の活性構造を追跡することにより確認した実施例2の結果(補酵素無添加)を示す電気泳動図 (B)補酵素存在下における補酵素結合型酵素(NAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素)の熱安定性を、酵素の活性構造を追跡することにより確認した実施例2の結果(補酵素添加)を示す電気泳動図。(A) complement the thermal stability of the coenzyme-linked enzyme in the enzyme presence (NAD + dependent formaldehyde dehydrogenase) results (coenzyme no addition Example 2 was confirmed by tracking the active structure of the enzyme (B) The thermostability of a coenzyme-linked enzyme (NAD + dependent formaldehyde dehydrogenase) in the presence of a coenzyme was confirmed by tracing the active structure of the enzyme of Example 2 The electrophoretic diagram which shows a result (coenzyme addition). 補酵素存在下における補酵素結合型酵素(PQQ依存型グルコース脱水素酵素)の熱安定性を確認した実施例3の結果を示すグラフThe graph which shows the result of Example 3 which confirmed the thermostability of the coenzyme binding type enzyme (PQQ dependence glucose dehydrogenase) in presence of a coenzyme. 補酵素存在下における補酵素結合型酵素(PQQ依存型グルコース脱水素酵素)の熱安定性を、酵素の活性構造を追跡することにより確認した実施例4の結果を示す電気泳動図。The electrophoretic diagram which shows the result of Example 4 which confirmed the thermal stability of the coenzyme binding type enzyme (PQQ dependence glucose dehydrogenase) in coexistence presence by tracking the active structure of an enzyme.

Claims (7)

補酵素結合型酵素の安定化方法であって、
前記補酵素結合型酵素を構成成分とする組成物に、前記補酵素結合型酵素の機能発現に要求され、かつ前記補酵素結合型酵素に結合能を有する補酵素を添加することによって前記補酵素結合型酵素を安定化させる方法。
A method for stabilizing a coenzyme-linked enzyme,
The coenzyme is added to the composition comprising the coenzyme-linked enzyme as a constituent component by adding a coenzyme required for the functional expression of the coenzyme-linked enzyme and having binding ability to the coenzyme-linked enzyme. A method for stabilizing conjugated enzymes.
前記補酵素が、ニコチンアミドアデニンジヌクレオチド、ニコチンアデニンジヌクレオチドリン酸、フラビンアデニンジヌクレオチド、フラビンモノヌクレオチド、ピロロピロリンキノンから選択される少なくとも1つの補酵素である請求項1に記載の方法。   The method according to claim 1, wherein the coenzyme is at least one coenzyme selected from nicotinamide adenine dinucleotide, nicotine adenine dinucleotide phosphate, flavin adenine dinucleotide, flavin mononucleotide, and pyrrolopyrroline quinone. 前記補酵素結合型酵素が、酸化還元酵素である請求項1又は2に記載の方法。   The method according to claim 1 or 2, wherein the coenzyme-linked enzyme is an oxidoreductase. 前記酸化還元素が、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)由来のNAD+依存型ホルムアルデヒド脱水素酵素、アシネトバクター・カルコアセティカス(Acinetobacter calcoaceticus)由来のPQQ依存型グルコース脱水素酵素、及びサーマス サーモフィラス(Thermus thermophilus)由来のPPQ依存型グルコース脱水素酵素から選択される請求項3に記載の方法。 The redox element is a NAD + -dependent formaldehyde dehydrogenase derived from Pseudomonas putida, a PQQ-dependent glucose dehydrogenase derived from Acinetobacter calcoaceticus , and Thermus thermophilus The method according to claim 3, which is selected from PPQ-dependent glucose dehydrogenase derived from 前記補酵素結合型酵素を、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法により安定化させた状態で含む安定化された補酵素結合型酵素組成物。   A stabilized coenzyme-linked enzyme composition comprising the coenzyme-linked enzyme in a state stabilized by the method according to any one of claims 1 to 4. 補酵素結合型酵素を請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法により安定化させた状態で電極上に固定化した酵素センサー。   The enzyme sensor which fix | immobilized on the electrode in the state stabilized by the method as described in any one of Claims 1-4. 前記補酵素結合型酵素を、請求項1〜4のいずれか一項に記載の方法により安定化させた状態で含み、前記補酵素結合型酵素の触媒反応に伴って生成する電子を受け取るアノード極、酸素に電子を伝達することのできる触媒および酵素のいずれかを保持するカソード極を備え、前記アノード極と前記カソード極とが電気的に結合されている燃料電池。   An anode electrode that contains the coenzyme-linked enzyme in a state stabilized by the method according to any one of claims 1 to 4, and that receives electrons generated by a catalytic reaction of the coenzyme-linked enzyme. A fuel cell comprising a cathode electrode that holds either a catalyst capable of transferring electrons to oxygen or an enzyme, and the anode electrode and the cathode electrode are electrically coupled.
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