JP2014036612A - Modified ascorbic acid phosphorylating enzyme - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a modified ascorbic acid phosphorylating enzyme to obtain ascorbic acid-2-phosphate at a high yield.SOLUTION: The modified ascorbic acid phosphorylating enzyme is one of the following (A)-(C): (A) one having a specified amino acid sequence in which the amino acid at position 115 is arginine not alanine; (B) one having a specified amino acid sequence of (A) except that one or more amino acid residues are substituted, added, inserted or deleted at positions other than the position 115 provided that formation of ascorbic acid-2-phosphate from ascorbic acid in the presence of a phosphate donor is not inhibited; (C) one having an amino acid sequence having 30% homology to the amino acid sequence of (A) provided that amino acid at position 115 is the same and that formation of ascorbic acid-2-phosphate from ascorbic acid in the presence of a phosphate donor is not inhibited. Also provided is a method for producing ascorbic acid-2-phosphate.

Description

本発明は、高収率でアスコルビン酸−2−リン酸を得ることが可能なアスコルビン酸リン酸化酵素の改変体に関する。   The present invention relates to a modified form of ascorbyl phosphate that can obtain ascorbyl-2-phosphate in high yield.

アスコルビン酸−2−リン酸は、アスコルビン酸の安定化誘導体であり、医薬品、食品、化粧品等の分野で広く使用されている。アスコルビン酸−2−リン酸(本明細書においてアスコルビン酸−2−リン酸を「AsA2P」と略記することがある)を効率よく製造する方法については従来より研究されている。このような方法としては、例えば、アスコルビン酸とリン酸基供与体から、シュードモナス属に属する微生物由来の酵素を用いてアスコルビン酸−2−リン酸を製造する方法が特許文献1等に記載されている。しかしながら、本発明者らは、特許文献1に記載される酵素(シュードモナス属菌種由来の野生型アスコルビン酸リン酸化酵素)を使用してアスコルビン酸のリン酸化について検討を行った結果、酵素濃度を上げるにつれて反応産物の分解が生じることを見出した。また、他の生物由来の酵素を用いた場合にも同様の傾向が認められることが特許文献2や非特許文献1及び2において報告されている。前述のように、アスコルビン酸−2−リン酸は、産業上の利用価値が高いことから、より一層効率よく産生することが可能な酵素及び産生方法が求められていた。   Ascorbic acid-2-phosphate is a stabilized derivative of ascorbic acid and is widely used in fields such as pharmaceuticals, foods, and cosmetics. Methods for efficiently producing ascorbic acid-2-phosphate (in this specification, ascorbic acid-2-phosphate may be abbreviated as “AsA2P”) have been studied conventionally. As such a method, for example, Patent Document 1 describes a method for producing ascorbic acid-2-phosphate from an ascorbic acid and a phosphate group donor using an enzyme derived from a microorganism belonging to the genus Pseudomonas. Yes. However, the present inventors examined the phosphorylation of ascorbic acid using the enzyme described in Patent Document 1 (wild-type ascorbate phosphorylase derived from Pseudomonas species). It was found that decomposition of the reaction product occurred as the temperature increased. In addition, it is reported in Patent Document 2 and Non-Patent Documents 1 and 2 that the same tendency is observed when enzymes derived from other organisms are used. As described above, since ascorbic acid-2-phosphate has a high industrial utility value, an enzyme and a production method that can be produced more efficiently have been demanded.

特開平4−53494号公報JP-A-4-53494 特開2001−245676号公報JP 2001-245676 A

Appl Environ Microbiol. 2000 , 66(7): 2811-2816, Phosphorylation of Nucleosides by the Mutated Acid Phosphatase from Morganella morganiiAppl Environ Microbiol. 2000, 66 (7): 2811-2816, Phosphorylation of Nucleosides by the Mutated Acid Phosphatase from Morganella morganii Protein Eng. (2002) 15 (7): 539-543. Enhancement of nucleoside phosphorylation activity in an acid phosphataseProtein Eng. (2002) 15 (7): 539-543. Enhancement of nucleoside phosphorylation activity in an acid phosphatase

本発明は、高収率でアスコルビン酸−2−リン酸を生成することが可能なアスコルビン酸リン酸化酵素の改変体を提供することを主な目的とする。また、本発明は、当該酵素改変体を用いたアスコルビン酸−2−リン酸を製造する方法を提供する。   The main object of the present invention is to provide a modified form of ascorbyl phosphate that can produce ascorbyl 2-phosphate in high yield. Moreover, this invention provides the method of manufacturing ascorbic acid-2-phosphate using the said enzyme modified body.

本発明者らは、上記課題を解決すべく鋭意検討を行った結果、アスコルビン酸リン酸化酵素のアミノ酸配列に特定の変異を導入することによって反応産物であるアスコルビン酸−2−リン酸の分解が抑制され、高収率でアスコルビン酸−2−リン酸が得られることを見出した。本発明はこのような知見に基づいて更に研究を重ねた結果完成されたものである。即ち、本発明は下記態様のアスコルビン酸リン酸化酵素改変体、DNA、ベクター、形質転換体及びアスコルビン酸−2−リン酸の製造方法を提供する。
項1.以下の(A)〜(C)のいずれかに示すアスコルビン酸リン酸化酵素改変体:
(A)配列番号1で示されるアミノ酸配列において、115位のアラニン残基がアルギニン残基に置換されたアミノ酸配列からなるアスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(B)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基の1個又は複数個が置換、付加、挿入又は欠失されたアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(C)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基のアミノ酸配列に対する配列同一性が30%以上であるアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体。
項2.更に、配列番号1で示されるアミノ酸配列において、116位のヒスチジン残基がグルタミン残基に置換されたアミノ酸配列を有する、項1に記載の酵素改変体。
項3.項1又は2に記載の酵素改変体をコードする単離されたDNA。
項4.項3に記載のDNAを含むベクター。
項5.項4に記載のベクターにより宿主細胞を形質転換して得られる、形質転換体。
項6.以下の(A)〜(C)のいずれかに示すアスコルビン酸リン酸化酵素改変体を、リン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させ、アスコルビン酸−2−リン酸を製造する方法:
(A)配列番号1で示されるアミノ酸配列において、115位のアラニン残基がアルギニン残基に置換されたアミノ酸配列からなるアスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(B)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基の1個又は複数個が置換、付加、挿入又は欠失されたアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(C)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基のアミノ酸配列に対する配列同一性が30%以上であるアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体。
項7.前記リン酸基供与体がポリリン酸である、項6に記載の方法。
As a result of intensive studies to solve the above-mentioned problems, the present inventors have introduced a specific mutation into the amino acid sequence of ascorbyl phosphorylating enzyme, thereby decomposing the reaction product ascorbyl 2-phosphate. It was found that ascorbic acid-2-phosphate was obtained in a high yield. The present invention has been completed as a result of further research based on such findings. That is, this invention provides the manufacturing method of ascorbic acid phosphorylase modified body, DNA, a vector, a transformant, and ascorbic acid 2-phosphate of the following aspect.
Item 1. Ascorbate phosphorylation enzyme variant shown in any of the following (A) to (C):
(A) a modified ascorbate kinase comprising an amino acid sequence in which the alanine residue at position 115 is substituted with an arginine residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) In the amino acid sequence of (A), including an amino acid sequence in which one or more amino acid residues other than position 115 are substituted, added, inserted or deleted, and in the presence of a phosphate group donor A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate when acting on ascorbic acid in
(C) In the amino acid sequence of (A), the amino acid sequence of the amino acid residue other than position 115 includes an amino acid sequence having an amino acid sequence of 30% or more, and ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbyl 2-phosphate when allowed to act.
Item 2. Item 2. The enzyme variant according to Item 1, further comprising an amino acid sequence in which the histidine residue at position 116 is substituted with a glutamine residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1.
Item 3. Item 3. An isolated DNA encoding the enzyme variant according to Item 1 or 2.
Item 4. Item 4. A vector comprising the DNA of item 3.
Item 5. Item 5. A transformant obtained by transforming a host cell with the vector according to Item 4.
Item 6. A method for producing ascorbic acid-2-phosphate by causing a modified ascorbic acid kinase in any of the following (A) to (C) to act on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor:
(A) a modified ascorbate kinase comprising an amino acid sequence in which the alanine residue at position 115 is substituted with an arginine residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) In the amino acid sequence of (A), including an amino acid sequence in which one or more amino acid residues other than position 115 are substituted, added, inserted or deleted, and in the presence of a phosphate group donor A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate when acting on ascorbic acid in
(C) In the amino acid sequence of (A), the amino acid sequence of the amino acid residue other than position 115 includes an amino acid sequence having an amino acid sequence of 30% or more, and ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbyl 2-phosphate when allowed to act.
Item 7. Item 7. The method according to Item 6, wherein the phosphate group donor is polyphosphoric acid.

本発明のアスコルビン酸リン酸化酵素は、リン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合、優れた触媒能を発揮することができる。更に、本発明のアスコルビン酸リン酸化酵素によれば、生成されたアスコルビン酸−2−リン酸の分解が抑制され、高収率でアスコルビン酸−2−リン酸を得ることが可能である。   The ascorbate phosphorylating enzyme of the present invention can exhibit excellent catalytic ability when acting on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. Furthermore, according to the ascorbate phosphorylating enzyme of the present invention, it is possible to suppress the decomposition of the produced ascorbate-2-phosphate and obtain ascorbate-2-phosphate in a high yield.

配列番号1で示されるアスコルビン酸リン酸化酵素のアミノ酸配列、及び該アミノ酸配列に対応する塩基配列(配列番号2)である。アミノ酸配列において、115位のAlaを丸で示す。It is the amino acid sequence of ascorbate phosphorylating enzyme shown by sequence number 1, and the base sequence (sequence number 2) corresponding to this amino acid sequence. In the amino acid sequence, Ala at position 115 is indicated by a circle. アスコルビン酸リン酸化酵素改変体(改変体3)のアミノ酸配列(配列番号5)及び当該アミノ酸配列をコードする塩基配列(配列番号6)を表す。図中、実線はプラスミドベクターpET22b(+)によりコードされるアミノ酸配列を示す。破線はスペーサー領域として挿入した配列を示す。また、A115Rに相当する部分を丸で示す。This represents the amino acid sequence (SEQ ID NO: 5) of the ascorbyl phosphate kinase variant (variant 3) and the base sequence (SEQ ID NO: 6) encoding the amino acid sequence. In the figure, the solid line shows the amino acid sequence encoded by the plasmid vector pET22b (+). The broken line shows the sequence inserted as a spacer region. A portion corresponding to A115R is indicated by a circle. 酵素改変体の作製方法を示す概略図である。It is the schematic which shows the preparation methods of an enzyme modified body. 改変体1〜8を用いた場合に生成されたAsA2Pの量を示すグラフである。It is a graph which shows the quantity of AsA2P produced | generated when the modified bodies 1-8 are used. 改変体7及び8を用いた場合に生成されたAsA2Pの量を示すグラフである。It is a graph which shows the quantity of AsA2P produced | generated when the modified bodies 7 and 8 are used. 改変体3にさらにアミノ酸変異を導入したアスコルビン酸リン酸化酵素改変体9〜23を用いた場合に生成されたAsA2Pの量を示すグラフである。It is a graph which shows the quantity of AsA2P produced | generated when the ascorbate phosphorylation enzyme modification | denaturation 9-23 which introduce | transduced the amino acid variation | mutation further into the modification 3 is used. 野生型のアスコルビン酸リン酸化酵素を用いてAsA2Pを生成した場合、経時的にAsA2Pが分解されることを示すグラフである。It is a graph which shows that AsA2P is decomposed | disassembled with time when AsA2P is produced | generated using a wild-type ascorbate phosphorylase.

本明細書において、アミノ酸、ペプチド、タンパク質は、以下に示すIUPAC−IUB生化学命名委員会(CBN)で採用された略号を用いて表される。
A=Ala=アラニン、C=Cys=システイン、
D=Asp=アスパラギン酸、E=Glu=グルタミン酸、
F=Phe=フェニルアラニン、G=Gly=グリシン、
H=His=ヒスチジン、I=Ile=イソロイシン、
K=Lys=リシン、L=Leu=ロイシン、
M=Met=メチオニン、N=Asn=アスパラギン、
P=Pro=プロリン、Q=Gln=グルタミン、
R=Arg=アルギニン、S=Ser=セリン、
T=Thr=トレオニン、V=Val=バリン、
W=Trp=トリプトファン、Y=Tyr=チロシン
In the present specification, amino acids, peptides, and proteins are represented using abbreviations adopted by the IUPAC-IUB Biochemical Nomenclature Committee (CBN) shown below.
A = Ala = alanine, C = Cys = cysteine,
D = Asp = aspartic acid, E = Glu = glutamic acid,
F = Phe = phenylalanine, G = Gly = glycine,
H = His = histidine, I = Ile = isoleucine,
K = Lys = Lysine, L = Leu = Leucine,
M = Met = methionine, N = Asn = asparagine,
P = Pro = proline, Q = Gln = glutamine,
R = Arg = arginine, S = Ser = serine,
T = Thr = threonine, V = Val = valine,
W = Trp = tryptophan, Y = Tyr = tyrosine

また、特に明示しない限り、ペプチドおよびタンパク質のアミノ酸残基の配列は、左端から右端にかけてN末端からC末端となるように表される。また、参照を容易にするため、一般的に用いられている次の命名法を適用する。   Unless otherwise specified, the amino acid residue sequences of peptides and proteins are expressed from the N-terminus to the C-terminus from the left end to the right end. For ease of reference, the following commonly used nomenclature is applied.

即ち、1つは、“もとのアミノ酸;位置;置換したアミノ酸”と記述する方法であり、例えば、位置115におけるアラニンのアルギニンへの置換はAla115Arg又はA115Rと表される。また、多重変異については、スラッシュ記号“/”により分けることで表記する。例えば、A115R/N130Tとは、位置115のアラニンをアルギニンへ、且つ、位置130のアスパラギンをトレオニンへ置換することを示す。   That is, one is a method described as “original amino acid; position; substituted amino acid”. For example, substitution of alanine to arginine at position 115 is expressed as Ala115Arg or A115R. In addition, multiple mutations are represented by being separated by a slash symbol “/”. For example, A115R / N130T indicates substitution of alanine at position 115 with arginine and asparagine at position 130 with threonine.

1.アスコルビン酸リン酸化酵素改変体
本発明のアスコルビン酸リン酸化酵素改変体は、以下の(A)〜(C)のいずれかに示す特徴を有するものである:
(A)配列番号1で示されるアミノ酸配列において、115位のアラニン残基がアルギニン残基に置換されたアミノ酸配列からなるアスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(B)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基の1個又は複数個が置換、付加、挿入又は欠失されたアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(C)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基のアミノ酸配列に対する配列同一性が30%以上であるアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体。
1. Ascorbate Phosphorylase Modified Variant The ascorbate phosphorylase variant of the present invention has the characteristics shown in any of the following (A) to (C):
(A) a modified ascorbate kinase comprising an amino acid sequence in which the alanine residue at position 115 is substituted with an arginine residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) In the amino acid sequence of (A), including an amino acid sequence in which one or more amino acid residues other than position 115 are substituted, added, inserted or deleted, and in the presence of a phosphate group donor A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate when acting on ascorbic acid in
(C) In the amino acid sequence of (A), the amino acid sequence of the amino acid residue other than position 115 includes an amino acid sequence having an amino acid sequence of 30% or more, and ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbyl 2-phosphate when allowed to act.

本明細書において、配列番号1で示されるアミノ酸配列において、115位のアラニン残基をアルギニン残基に置換する変異を、A115Rと表記することがある。また、本明細書において当該アスコルビン酸リン酸化酵素改変体を「本発明の酵素改変体」と略記することがある。   In the present specification, in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, a mutation that substitutes an alanine residue at position 115 with an arginine residue may be referred to as A115R. In the present specification, the modified ascorbic acid kinase may be abbreviated as “enzyme modified of the present invention”.

配列番号1で示されるアミノ酸配列は、配列番号3で示される野生型アスコルビン酸リン酸化酵素のアミノ酸配列において24位のプロリンから249位のバリンに相当する226個のアミノ酸残基からなる。なお、配列番号3で示される野生型アスコルビン酸リン酸化酵素のアミノ酸配列に対応する塩基配列は、配列番号4で示される。   The amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 consists of 226 amino acid residues corresponding to proline at position 24 to valine at position 249 in the amino acid sequence of the wild-type ascorbyl kinase shown in SEQ ID NO: 3. The base sequence corresponding to the amino acid sequence of wild-type ascorbyl phosphate shown by SEQ ID NO: 3 is shown by SEQ ID NO: 4.

野生型のアスコルビン酸リン酸化酵素の起源は特に限定されないが、例えば、クレブシエラ属、セルロモナス属、アルカリゲネス属、エアロモナス属、ブレビバクテリウム属、シュードモナス属、スフィンゴモナス属等に属するアスコルビン酸とリン酸基供与体からL−アスコルビン酸−2−リン酸を生成する反応を触媒し得る酵素を生産することが可能な微生物が挙げられる。このような微生物として、より具体的には、クレブシエラ・オキシトーカ(Klebsiella oxytoca)(ATCC8724)、セルロモナス・カルテ(Cellulomonas cartae)(ATCC21681)、アルカリゲネス・ユートロファス(Alcaligenes eutrophus)(ATCC17697)、エアロモナス・ハイドロフィラ(Aeromonas hydrophila)(ATCC11163)、ブレビバクテリウム・リチカム(Brevibacterium lyticum)(ATCC15921)、ブレビバクテリウム・フラバム(Brevibacterium flavum)(ATCC13826)、シュードモナス・リボフラビナ(Pseudomonas riboflavina)(ATCC9526)、シュードモナス・マルトフィリア(Pseudomonas maltophilia)(ATCC17806)、スフィンゴモナス・トレペリ(Sphingomonas trueperi)、ブレブンディモナス・ディミヌタ(Brevundimonas diminuta)(ATCC11568)、グルコンアセトバクター・ハンセニイ(Gluconacetobacter hansenii)(ATCC23761)、キサントモナス・オリザエ(Xanthomonas oryzae)(NBRC3312)等が例示され、中でもスフィンゴモナス・トレペリ(Sphingomonas trueperi)が好ましい微生物として挙げられる。ここで、ATCCはAmerican Type Culture Collectionによる寄託番号を表し、NBRCはBiological Resource Centerによる寄託番号を表す。 The origin of wild-type ascorbate phosphorylase is not particularly limited. Examples include microorganisms capable of producing an enzyme capable of catalyzing a reaction for producing L-ascorbic acid-2-phosphate from a donor. As such microorganisms, more specifically, Klebsiella oxytoca (ATCC8724), Cellulomonas cartae (ATCC21681), Alcaligenes eutrophas ( Alcaligenes eutrophomus ) Aeromonas hydrophila) (ATCC11163), Brevibacterium Richikamu (Brevibacterium lyticum) (ATCC15921), Brevibacterium flavum (Brevibacterium flavum) (ATCC13826), Pseudomonas Ribofurabina (Pseudomonas ri oflavina) (ATCC9526), Pseudomonas maltophilia (Pseudomonas maltophilia) (ATCC17806), Sphingomonas Toreperi (Sphingomonas trueperi), shake Bun di Monas-Diminuta (Brevundimonas diminuta) (ATCC11568), Gluconacetobacter-Hansenii (Gluconacetobacter hansenii) ( ATCC23761), Xanthomonas oryzae (NBRC3312) and the like are exemplified, and among them, Sphingomonas truperi is preferable. Here, ATCC represents the deposit number by the American Type Culture Collection, and NBRC represents the deposit number by the Biological Resource Center.

配列番号1で示される野生型のアスコルビン酸リン酸化酵素の部分配列をコードする遺伝子は、配列番号2に示されるポリヌクレオチドに相当する。このポリヌクレオチドは、例えば、遺伝子工学の分野において従来公知の方法により前述の菌株から取得することができる。   The gene encoding the partial sequence of the wild-type ascorbate kinase shown in SEQ ID NO: 1 corresponds to the polynucleotide shown in SEQ ID NO: 2. This polynucleotide can be obtained, for example, from the aforementioned strain by a conventionally known method in the field of genetic engineering.

より具体的には、前述の菌株のゲノムDNAを作製した後、当該ゲノムDNAを適当な制限酵素で切断し、同一の制限酵素、又は共通の切断末端を与える制限酵素で切断したプラスミド又はファージにリガーゼ等を用いて連結することによりゲノムDNAライブラリーを作製する。次いで、アスコルビン酸リン酸化酵素の塩基配列に基づき設計したプライマーセットを用いて、これらのゲノムDNAライブラリーを鋳型としたPCRを行うことによりアスコルビン酸リン酸化酵素をコードしている遺伝子を得ることができる。具体的なプライマーの塩基配列としては、下表2に示されるプライマー1及び2のセットが例示される。或いは、上記塩基配列に基づき設計したプローブを用いて、これらのゲノムDNAライブラリーをスクリーニングすることによって、アスコルビン酸リン酸化酵素をコードしている遺伝子を得ることもできる。   More specifically, after preparing the genomic DNA of the aforementioned strain, the genomic DNA is cleaved with an appropriate restriction enzyme, and the plasmid or phage cleaved with the same restriction enzyme or a restriction enzyme that gives a common cleavage end. A genomic DNA library is prepared by ligation using ligase or the like. Subsequently, using a primer set designed based on the base sequence of ascorbyl kinase, PCR using these genomic DNA libraries as a template can be performed to obtain a gene encoding ascorbate kinase. it can. As a specific primer base sequence, a set of primers 1 and 2 shown in Table 2 below is exemplified. Alternatively, a gene encoding ascorbate phosphorylase can be obtained by screening these genomic DNA libraries using a probe designed based on the above base sequence.

また、有機合成化学的手法により、配列番号1で示されるアミノ酸配列をコードする塩基配列からなるポリヌクレオチド又は配列番号2で示される塩基配列を有するポリヌクレオチドを得ることができる。   Moreover, a polynucleotide having a base sequence encoding the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 or a polynucleotide having the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 can be obtained by an organic synthetic chemical technique.

本発明の酵素改変体は、配列番号1で示されるアミノ酸配列において前記所定のアミノ酸置換(A115R)を有することにより、リン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸を効率的にリン酸化し、AsA2Pを産生することができる。また、前記所定のアミノ酸置換を有する本発明の酵素改変体は、触媒するアスコルビン酸のリン酸化反応において、従来問題となっていた反応性生成物(AsA2P)の分解が顕著に抑制されるため、高収率でAsA2Pを得ることができる。   The enzyme variant of the present invention has the predetermined amino acid substitution (A115R) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, thereby efficiently phosphorylating ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor, and AsA2P Can be produced. In addition, the modified enzyme of the present invention having the predetermined amino acid substitution significantly suppresses degradation of the reactive product (AsA2P), which has been a problem in the past, in the phosphorylation reaction of ascorbic acid catalyzed. AsA2P can be obtained with high yield.

本発明の酵素改変体は、リン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない限り、A115Rのアミノ酸置換に加え、配列番号1で表わされるアミノ酸配列に対して、更に1個又は複数個、例えば、1個又は数個、或いは例えば1〜20個、より好ましくは1〜10個、更に好ましくは1〜5個のアミノ酸が、置換、付加、挿入又は欠失されたアミノ酸配列を含んでいてもよい。アミノ酸の欠失又は付加はN末端又はC末端のいずれに対して行ってもよく、両方の末端に対して行ってもよい。   In addition to the amino acid substitution of A115R, the modified enzyme of the present invention, when allowed to act on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor, does not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate. One or more, for example, one or several, or such as 1 to 20, more preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5 amino acids are substituted for the amino acid sequence represented. , May contain added, inserted or deleted amino acid sequences. Amino acid deletion or addition may be performed at either the N-terminus or C-terminus, or may be performed at both ends.

配列番号1で示されるアミノ酸配列にアミノ酸を付加する場合、付加されるアミノ酸の数は例えば1〜20個、好ましくは1〜10個、更に好ましくは1〜5個が挙げられる。付加されるアミノ酸配列は、配列番号3で示される野生型アスコルビン酸リン酸化酵素のアミノ酸配列の部分配列を含むものであってもよい。付加されるアミノ酸配列の具体的な例としてD−T−Aの3アミノ酸残基をN末端に付加する場合を挙げることができる。また、本発明の酵素改変体の活性を損なわない範囲で後述するベクターに由来する配列が含まれていてもよい。更に、配列番号1で示されるアミノ酸配列のC末端に、Hisタグ等のタンパク質精製用の配列が付加されていてもよい。   When an amino acid is added to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, the number of added amino acids is, for example, 1 to 20, preferably 1 to 10, and more preferably 1 to 5. The added amino acid sequence may include a partial sequence of the amino acid sequence of wild-type ascorbate kinase shown in SEQ ID NO: 3. As a specific example of the amino acid sequence to be added, a case where 3 amino acid residues of DTA are added to the N-terminus can be mentioned. Moreover, the sequence derived from the vector mentioned later may be contained in the range which does not impair the activity of the enzyme modification body of this invention. Furthermore, a protein purification sequence such as a His tag may be added to the C-terminus of the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1.

また、アミノ酸を欠失する場合、本発明の酵素改変体の活性を損なわない限り、配列番号1で示されるアミノ酸配列の例えばN末端又はC末端から、好ましくはN末端から例えば1〜20個、好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜5個のアミノ酸を欠失させてもよい。   Further, when the amino acid is deleted, as long as the activity of the modified enzyme of the present invention is not impaired, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, for example, from the N-terminal or C-terminal, preferably 1-20, for example, from the N-terminal, Preferably 1-10, more preferably 1-5 amino acids may be deleted.

また、アミノ酸を挿入する場合、本発明の酵素改変体の活性を損なわない限り、配列番号1で示されるアミノ酸配列の任意の場所に例えば1〜20個、好ましくは1〜10、更に好ましくは1〜5個のアミノ酸残基を挿入することが可能であるが、後述するアスコルビン酸リン酸化酵素としての活性中心以外の部位において挿入されることが好ましい。   Moreover, when inserting an amino acid, as long as the activity of the enzyme modification of this invention is not impaired, it is 1-20 in the arbitrary positions of the amino acid sequence shown by sequence number 1, Preferably it is 1-10, More preferably, it is 1 Although it is possible to insert ˜5 amino acid residues, it is preferably inserted at a site other than the active center as an ascorbate phosphorylase described later.

配列番号1で示されるアミノ酸配列においてアミノ酸置換を行う場合には、側鎖官能基の性質に基づく保存的置換であることが好ましい。天然アミノ酸は、側鎖官能基によって非極性アミノ酸、非電荷アミノ酸、酸性アミノ酸及び塩基性アミノ酸の各カテゴリーに分類される。保存的置換とは、もとのアミノ酸残基と置換後のアミノ酸残基が同一のカテゴリーに分類されるアミノ酸残基であることを指す。ここで、「非極性アミノ酸」として具体的には、アラニン、バリン、ロイシン、イソロイシン、プロリン、メチオニン、フェニルアラニン、及びトリプトファン;「非電荷アミノ酸」として、グリシン、セリン、トレオニン、システイン、チロシン、アスパラギン、及びグルタミン;「酸性アミノ酸」として、アスパラギン酸及びグルタミン酸;「塩基性アミノ酸」として、リジン、アルギニン、及びヒスチジンがそれぞれ挙げられる。   When amino acid substitution is performed in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, it is preferably a conservative substitution based on the properties of the side chain functional group. Natural amino acids are classified into nonpolar amino acids, uncharged amino acids, acidic amino acids and basic amino acids according to side chain functional groups. A conservative substitution refers to an amino acid residue in which the original amino acid residue and the amino acid residue after substitution are classified into the same category. Here, specific examples of “nonpolar amino acids” include alanine, valine, leucine, isoleucine, proline, methionine, phenylalanine, and tryptophan; “uncharged amino acids” include glycine, serine, threonine, cysteine, tyrosine, asparagine, And “amine amino acid” include aspartic acid and glutamic acid; “basic amino acid” includes lysine, arginine, and histidine, respectively.

これらの変異は、本発明の酵素改変体のリン酸化活性を損なわないよう、活性中心以外の部位において導入されることが好ましい。本発明の酵素改変体の活性中心は配列番号1で示されるアミノ酸配列において115〜135位に相当し、好ましくは117〜132位、更に好ましくは121〜127位以外のアミノ酸残基に変異を導入することが望ましい。   These mutations are preferably introduced at sites other than the active center so as not to impair the phosphorylation activity of the enzyme variant of the present invention. The active center of the enzyme variant of the present invention corresponds to positions 115 to 135 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, preferably 117 to 132, more preferably a mutation other than positions 121 to 127. It is desirable to do.

配列番号1で示されるアミノ酸配列において、115位のアラニン残基をアルギニン残基に置換する変異以外に導入され得る変異について、具体的には、116位のヒスシジン残基がグルタミン残基に置換された改変体が例示される。更に、前記A115R/H116Qの変異に加えて、130位のアスパラギン残基がトレオニン残基に置換されているもの(A115R/H116Q/N130T)又は55位のアスパラギン酸残基がヒスチジン残基に置換されているもの(A115R/H116Q/D55H)が例示される。   In the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, a mutation that can be introduced in addition to a mutation that replaces the alanine residue at position 115 with an arginine residue, specifically, the histidine residue at position 116 is replaced with a glutamine residue. Are exemplified. Furthermore, in addition to the mutation of A115R / H116Q, the asparagine residue at position 130 is substituted with a threonine residue (A115R / H116Q / N130T) or the aspartic acid residue at position 55 is substituted with a histidine residue. (A115R / H116Q / D55H) is exemplified.

本発明の酵素改変体は、配列番号1で示されるアミノ酸配列において、115位のアラニン残基がアルギニン残基に置換された改変体が顕著に優れた酵素活性を有している。本発明の酵素改変体として、好ましくはA115R又はA115R/H116Q、更に好ましくはA115Rのみの変異を有している酵素改変体が挙げられる。   In the modified enzyme of the present invention, a modified product in which the alanine residue at position 115 is substituted with an arginine residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 has significantly superior enzymatic activity. As the enzyme variant of the present invention, preferably an enzyme variant having a mutation of only A115R or A115R / H116Q, more preferably A115R.

配列番号1で示されるアミノ酸配列において特定のアミノ酸残基に変異を導入する方法は特に限定されず、従来公知の方法から適宜選択することができるが、例えば、部位特異的変異導入法が挙げられ、Inverse PCRに基づく手法やQuikChange II Kit(ストラタジーン社製)の市販キットを利用することにより実施され得る。また、2個所以上に変異を導入する場合には上記方法に準じた方法を繰り返すことにより、目的とする本発明の酵素改変体をコードするポリペプチドを得ることができる。部位特異的変異導入法によって図2に示されるアミノ酸配列を有する本発明の酵素改変体を得る場合、使用され得る具体的なプライマーセットは下表2の改変体3に使用されるものが例示される。   The method for introducing a mutation into a specific amino acid residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is not particularly limited, and can be appropriately selected from conventionally known methods. For example, a site-specific mutagenesis method can be mentioned. Inverse PCR-based techniques or a QuikChange II Kit (Stratagene) commercial kit can be used. In addition, when a mutation is introduced at two or more sites, a polypeptide encoding the target enzyme modified product of the present invention can be obtained by repeating the method according to the above method. When obtaining the enzyme variant of the present invention having the amino acid sequence shown in FIG. 2 by the site-directed mutagenesis method, specific primer sets that can be used are exemplified by those used for variant 3 in Table 2 below. The

また、本発明のアスコルビン酸リン酸化酵素として、配列番号1で示されるアミノ酸配列において115位以外のアミノ酸残基に対する配列同一性が30%以上、好ましくは35%以上、より好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上であるアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しないものが包含される。N末端及び/又はC末端にアミノ酸が付加されている場合のポリペプチドの配列同一性については、付加されたアミノ酸を除いて評価する。   Further, as the ascorbyl kinase of the present invention, the sequence identity to amino acid residues other than position 115 in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is 30% or more, preferably 35% or more, more preferably 40% or more, More preferably, it contains an amino acid sequence that is 50% or more and does not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate when it acts on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. The sequence identity of polypeptides when an amino acid is added to the N-terminus and / or C-terminus is evaluated excluding the added amino acid.

ここで、ポリペプチドの配列同一性については、対比される2つのポリペプチドを最適に整列させ、アミノ酸が両方の配列で一致した位置の数を比較アミノ酸総数で除し、この結果に100を乗じた数値で表わされる。具体的には、ポリペプチドの配列同一性は、「GENETYX Ver.10」(ゼネティックス社)のMaximum matchingプログラムをデフォルトのパラメーターで用いることで決定することができる。   Here, with respect to the sequence identity of polypeptides, the two polypeptides to be compared are optimally aligned, the number of positions where the amino acid matches in both sequences is divided by the total number of comparison amino acids, and this result is multiplied by 100. It is expressed as a numerical value. Specifically, the sequence identity of polypeptides can be determined by using the Maximum matching program of “GENETYX Ver.10” (Genetics) with default parameters.

また、「リン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない」とは、生成されたアスコルビン酸−2−リン酸が経時的に分解されないことを指す。より具体的には、アスコルビン酸及びリン酸供与体を含む反応液組成物に本発明の酵素改変体を添加し、37℃で酵素反応を行って得られるアスコルビン酸−2−リン酸の収率が、野生型のアスコルビン酸リン酸化酵素に比べて10%以上、好ましくは20%以上、更に好ましくは30%以上増加することを指す。アスコルビン酸−2−リン酸の収率は、HPLC解析により生成されたアスコルビン酸−2−リン酸を定量することにより確認できる。具体的なHPLC解析の条件は後述する実施例において記載される。   In addition, “when it is made to act on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor does not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate” means that the produced ascorbic acid-2-phosphate is not changed over time. It means not being decomposed. More specifically, the yield of ascorbic acid-2-phosphate obtained by adding the enzyme modification of the present invention to a reaction solution composition containing ascorbic acid and a phosphoric acid donor and performing an enzyme reaction at 37 ° C. Indicates an increase of 10% or more, preferably 20% or more, more preferably 30% or more compared to wild-type ascorbate phosphorylase. The yield of ascorbic acid-2-phosphate can be confirmed by quantifying ascorbic acid-2-phosphate produced by HPLC analysis. Specific HPLC analysis conditions are described in the examples described later.

前記(B)又は(C)に示される本発明の酵素改変体の好適な例として、具体的なアミノ酸配列(配列番号5)及び対応する塩基配列(配列番号6)が図2に示される。また、配列番号5で示されるアミノ酸配列において、1個又は複数個、例えば、1個又は数個、或いは例えば1〜20個、より好ましくは1〜10個、更に好ましくは1〜5個のアミノ酸が、置換、付加、挿入又は欠失されたアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しないものも本発明の酵素改変体の好適な例として包含される。例えば、配列番号5において142位のグルタミンがヒスチジンに置換されたアミノ酸配列を有するものが好適なものとして挙げられる。更に、配列番号5において141位(配列番号1の115位に相当する)以外のアミノ酸残基のアミノ酸配列に対する同一性が30%以上、好ましくは35%以上、より好ましくは40%以上、更に好ましくは50%以上であるアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しないものも本発明の酵素改変体の好適な例として含まれる。アミノ酸残基の置換、欠失、付加又は挿入、及びアミノ酸配列の同一性については、上述の通りである。   As a suitable example of the enzyme variant of the present invention shown in (B) or (C) above, a specific amino acid sequence (SEQ ID NO: 5) and the corresponding base sequence (SEQ ID NO: 6) are shown in FIG. In the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 5, one or more, for example, one or several, or, for example, 1 to 20, more preferably 1 to 10, more preferably 1 to 5 amino acids. Which contain a substituted, added, inserted or deleted amino acid sequence and do not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate when acted on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. It is included as a preferred example of the enzyme variant of the invention. For example, those having an amino acid sequence in which glutamine at position 142 in SEQ ID NO: 5 is substituted with histidine are preferred. Furthermore, in SEQ ID NO: 5, the identity of amino acid residues other than position 141 (corresponding to position 115 of SEQ ID NO: 1) with respect to the amino acid sequence is 30% or more, preferably 35% or more, more preferably 40% or more, still more preferably Includes an amino acid sequence that is 50% or more and that does not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate when it acts on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. Included as a preferred example. The amino acid residue substitution, deletion, addition or insertion, and amino acid sequence identity are as described above.

本発明の酵素改変体は、これらのアミノ酸配列をコードするDNAを有するベクターを宿主細胞に導入して形質転換体を作製し、当該形質転換体を培養して得ることができる。具体的には下記「形質転換体」の欄で詳述する。   The enzyme modified product of the present invention can be obtained by introducing a vector having DNA encoding these amino acid sequences into a host cell to produce a transformant, and culturing the transformant. Specifically, it will be described in detail in the column “Transformant” below.

DNA
本発明は前記リン酸化酵素改変体をコードする単離されたDNAを提供する。本発明の酵素改変体をコードするDNAは、後述する方法に従って導入される宿主細胞内において、本発明の酵素改変体を発現し得るものであれば如何なるものでもよく、任意の非翻訳領域を含んでいてもよい。
DNA
The present invention provides an isolated DNA encoding the phosphorylase variant. The DNA encoding the enzyme variant of the present invention may be any DNA as long as it can express the enzyme variant of the present invention in a host cell introduced according to the method described below, and includes any untranslated region. You may go out.

また、本発明の酵素改変体をコードするDNAとして、配列番号1で示されるアミノ酸配列に対応する塩基配列(配列番号2で示される塩基配列)からなるDNAに相補的な塩基配列を含むDNAと、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNAであって、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しないアスコルビン酸リン酸化酵素の改変体をコードするDNAが挙げられる。   In addition, as a DNA encoding the enzyme variant of the present invention, a DNA comprising a base sequence complementary to a DNA consisting of a base sequence corresponding to the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 (base sequence represented by SEQ ID NO: 2); Ascorbate phosphorylase that is DNA that hybridizes under stringent conditions and does not inhibit the production of ascorbyl 2-phosphate when it acts on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor DNA encoding the modified form of

ここで、「配列番号2で示される塩基配列からなるDNAと相補的な塩基配列を含むDNAと、ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA」とは、配列表の配列番号2に示した塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAをプローブとして、ストリンジェントな条件下にコロニー・ハイブリダイゼーション法、プラーク・ハイブリダイゼーション法、あるいはサザンハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られるDNAを意味する。   Here, “DNA that hybridizes under stringent conditions with a DNA comprising a base sequence complementary to the DNA consisting of the base sequence shown in SEQ ID NO: 2” refers to the base shown in SEQ ID NO: 2 in the Sequence Listing. It means DNA obtained by using a colony hybridization method, plaque hybridization method, Southern hybridization method or the like under stringent conditions using a DNA consisting of a base sequence complementary to the sequence as a probe.

ここで、ストリンジェントな条件でハイブリダイズするDNAとは、例えば、コロニーあるいはプラーク由来のDNAを固定化したフィルターを用いて、0〜0.3MのNaCl存在下、55℃でハイブリダイゼーションを行った後、2倍濃度のSSC溶液(標準食塩−クエン酸緩衝液(standard saline citrate):1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウムである)を用い、20℃の条件下でフィルターを洗浄することにより取得できるDNAを挙げることができる。好ましくは20℃で1倍濃度のSSC溶液で洗浄、より好ましくは2倍濃度のSSC溶液で洗浄することにより取得できるDNAである。   Here, the DNA that hybridizes under stringent conditions was, for example, hybridized at 55 ° C. in the presence of 0 to 0.3 M NaCl using a filter on which colony or plaque-derived DNA was immobilized. Then, using a 2 × concentration SSC solution (standard saline-citrate buffer: the composition of the 1 × concentration SSC solution is 150 mM sodium chloride, 15 mM sodium citrate) at 20 ° C. Mention may be made of DNA that can be obtained by washing the filter underneath. The DNA can be obtained by washing with an SSC solution having a concentration of 1 × at 20 ° C., more preferably with an SSC solution having a concentration of 2 ×.

上記の条件にてハイブリダイズ可能なDNAとしては、配列表の配列番号2に示されるDNAとの配列相同性が好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、更に好ましくは80%以上のDNAを挙げることができ、コードされるポリペプチドが、上記の活性を有する限り、本発明の酵素改変体をコードするDNAに包含される。   The DNA hybridizable under the above conditions is preferably a DNA having a sequence homology of 60% or more, more preferably 70% or more, more preferably 80% or more with the DNA shown in SEQ ID NO: 2 in the Sequence Listing. As long as the encoded polypeptide has the above activity, it is included in the DNA encoding the enzyme variant of the present invention.

また、DNAの配列相同性は、GAP、BLASTN、FASTA、BLASTA、BLASTX等の公知のコンピュータープログラムを用いて決定することもできる。また、前記DNAは、前述の遺伝子工学的手法や化学的な合成等により入手できる。   The sequence homology of DNA can also be determined using a known computer program such as GAP, BLASTN, FASTA, BLASTA, BLASTX. The DNA can be obtained by the aforementioned genetic engineering technique, chemical synthesis, or the like.

ベクター
本発明は、更に、前記DNAを宿主細胞内に導入して発現させるために用いられる、前記DNAを含むベクターを提供する。このようなベクターとしては、適切な宿主細胞内で該DNAがコードする遺伝子を発現できるものであればいずれでもよい。このようなベクターとしては、例えば、プラスミドベクター、ファージベクター、コスミドベクターなどが挙げられる。また、他の宿主株との間での遺伝子交換が可能なシャトルベクターも使用され得る。
Vector The present invention further provides a vector containing the DNA, which is used for introducing and expressing the DNA in a host cell. Such a vector may be any vector as long as it can express the gene encoded by the DNA in an appropriate host cell. Examples of such vectors include plasmid vectors, phage vectors, cosmid vectors, and the like. A shuttle vector capable of gene exchange with other host strains can also be used.

本発明においてベクターは、前記本発明の酵素改変体をコードするDNAと作動可能に連結された、プロモーター(T7プロモーター、lacUV5プロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター、tacプロモーター、lppプロモーター、tufBプロモーター、recAプロモーター、pLプロモーター等の機能的プロモーター;転写要素(例えばエンハンサー、CCAATボックス、TATAボックス、SPI部位等);シグナル配列(具体的には、核移行シグナル、小胞体移行シグナル、PTS1(Peroxisomal targeting signal 1)PTS2等)などの制御因子を含んでいてもよい。ベクターとしては当該分野において一般的に使用されるものから適宜選択して用いることができるが、具体的には、pET22b(+)ベクター、pET39b(+)ベクター等が例示される。   In the present invention, the vector is a promoter (T7 promoter, lacUV5 promoter, trp promoter, trc promoter, tac promoter, lpp promoter, tufB promoter, recA promoter) operably linked to the DNA encoding the enzyme variant of the present invention. A functional promoter such as pL promoter; transcription element (eg, enhancer, CCAAT box, TATA box, SPI site, etc.); signal sequence (specifically, nuclear translocation signal, endoplasmic reticulum translocation signal, PTS1 (Peroxisomal targeting signal 1) PTS2 etc.) may be included, and the vector can be appropriately selected from those generally used in the field, The body specifically, pET22b (+) vector, pET39b (+) vector, and the like.

ここで、作動可能に連結とは、遺伝子の発現を調節するプロモーター、エンハンサー等の種々の調節エレメントと遺伝子が、宿主細胞中で作動し得る状態で連結されることをいう。制御因子のタイプおよび種類が、宿主に応じて変わり得ることは、当業者に周知の事項である。   Here, the term “operably linked” means that various regulatory elements such as promoters and enhancers that regulate gene expression and the gene are linked in a state in which the gene can operate in the host cell. It is well known to those skilled in the art that the type and kind of the control factor can vary depending on the host.

形質転換体
本発明は、前記DNAを含むベクターを宿主細胞に導入して得られる形質転換体を提供する。宿主細胞としては、前述の本発明の酵素改変体をコードするDNAを含む発現ベクターにより形質転換され、当該DNAによりコードされた酵素改変体を発現することができる細胞であれば、特に制限はされない。
Transformant The present invention provides a transformant obtained by introducing a vector containing the DNA into a host cell. The host cell is not particularly limited as long as it is a cell that can be transformed with an expression vector containing a DNA encoding the enzyme variant of the present invention and can express the enzyme variant encoded by the DNA. .

宿主細胞としては、例えば、エシェリヒア(Escherichia)属、バチルス(Bacillus)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、セラチア(Serratia)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ストレプトコッカス(Streptococcus)属、ラクトバチルス(Lactobacillus)属等の細菌;ロドコッカス(Rhodococcus)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属等の放線菌;サッカロマイセス(Saccharomyces)属、クライベロマイセス(Kluyveromyces)属、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属、チゴサッカロマイセス(Zygosaccharomyces)属、ヤロウイア(Yarrowia)属、トリコスポロン(Trichosporon)属、ロドスポリジウム(Rhodosporidium)属、ピキア(Pichia)属、キャンディダ(Candida)属等の酵母;ノイロスポラ(Neurospora)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、セファロスポリウム(Cephalosporium)属、トリコデルマ(Trichoderma)属等のカビなどの微生物が挙げられる。これらのうち、導入および発現効率の観点から細菌が好ましく、エシェリヒア属の細菌である大腸菌(Escherichia coli)の細胞が特に好ましい。   Examples of host cells include Escherichia, Bacillus, Pseudomonas, Serratia, Brevibacterium, Corynebacterium, and Corynebacterium sp. ) Genus, bacteria such as Lactobacillus genus; Actinomycetes such as Rhodococcus genus, Streptomyces genus; Schizosaccharomyces), Chi Saccharomyces genus, Yarrowia genus, Trichosporon genus, Rhodosporidium genus, Pichia genus (Candida) genus, Neurosporus genus Examples include microorganisms such as molds such as the genus Aspergillus, the genus Cephalosporia, the genus Trichoderma. Among these, bacteria are preferable from the viewpoint of introduction and expression efficiency, and Escherichia coli cells, which are bacteria belonging to the genus Escherichia, are particularly preferable.

形質転換の方法は公知であり、宿主細胞の種類等により適宜選択することができ、具体的には、コンピテントセル法、エレクトロポレーション法、ヒートショック法等が例示される。   Transformation methods are known and can be appropriately selected depending on the type of host cell and the like, and specifically, competent cell method, electroporation method, heat shock method and the like are exemplified.

形質転換体の培養は、宿主細胞として用いた細胞の種類に応じて従来公知の培養条件に基づいて行うことができる。例えば、大腸菌細胞を宿主細胞として用いた場合の培養条件としては、振盪培養又は通期培養等の好気的条件のもと、培養温度20〜40℃、培養期間6〜24時間、培養液のpH5〜8を挙げることができる。また、使用する培養培地についても、宿主細胞が生育可能且つ本発明の酵素改変体を産生可能あれば特に限定されず、当該分野において通常採用される、炭素源、窒素源、無機物、アミノ酸、核酸、ビタミン類等を必要量含有する培地を使用することができる。   The transformant can be cultured based on conventionally known culture conditions depending on the type of cell used as the host cell. For example, culture conditions when E. coli cells are used as host cells include a culture temperature of 20 to 40 ° C., a culture period of 6 to 24 hours, and a culture solution pH of 5 under aerobic conditions such as shaking culture or full-time culture. ~ 8 can be mentioned. Further, the culture medium to be used is not particularly limited as long as the host cell can grow and can produce the modified enzyme of the present invention. In addition, a medium containing a necessary amount of vitamins or the like can be used.

例えば、大腸菌等の原核生物又は酵母等を宿主として得られる形質転換体を培養する場合、培地としては、該生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行える培地であれば天然培地、合成培地のいずれを用いてもよい。   For example, when a transformant obtained by using a prokaryote such as E. coli or yeast as a host is cultured, the medium contains a carbon source, nitrogen source, inorganic salts, etc. that can be assimilated by the organism, Either a natural medium or a synthetic medium may be used as long as the medium can be cultured efficiently.

炭素源としては、該生物が資化し得るものであればよく、グルコース、フラクトース、スクロース、デンプン若しくはデンプン加水分解物等の炭水化物;酢酸、プロピオン酸等の有機酸;エタノール、プロパノール等のアルコール類等が挙げられる。培地中に含有される炭素源の濃度としては、通常0.1〜10重量%が挙げられる。   The carbon source may be anything that can be assimilated by the organism, such as glucose, fructose, sucrose, starch or starch hydrolysate, etc .; organic acids such as acetic acid and propionic acid; alcohols such as ethanol and propanol, etc. Is mentioned. The concentration of the carbon source contained in the medium is usually 0.1 to 10% by weight.

また、窒素源としては、アンモニア、塩化アンモニウム、硫酸アンモニウム、酢酸アンモニウム、リン酸アンモニウム等の無機酸;有機酸のアンモニウム塩;その他の含窒素化合物;ペプトン、肉エキス、酵母エキス、コーンスチープリカー、カゼイン加水分解物、大豆粕および大豆粕加水分解物等が例示される。培地中に含有される窒素源の濃度としては、通常0.1〜10重量%が挙げられる。   The nitrogen source includes inorganic acids such as ammonia, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium acetate, and ammonium phosphate; ammonium salts of organic acids; other nitrogen-containing compounds; peptone, meat extract, yeast extract, corn steep liquor, casein Examples include hydrolysates, soybean meal, and soybean meal hydrolysates. As a density | concentration of the nitrogen source contained in a culture medium, 0.1 to 10 weight% is mentioned normally.

無機塩類としては、リン酸第一カリウム、リン酸第二カリウム、リン酸マグネシウム、硫酸マグネシウム、塩化ナトリウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸銅、炭酸カルシウム等を用いることができる。培地中に含有される無機塩類の濃度としては、通常0.01〜1重量%が挙げられる。   Examples of inorganic salts that can be used include monopotassium phosphate, dipotassium phosphate, magnesium phosphate, magnesium sulfate, sodium chloride, ferrous sulfate, manganese sulfate, copper sulfate, and calcium carbonate. As a density | concentration of the inorganic salt contained in a culture medium, 0.01 to 1 weight% is mentioned normally.

pHの調整は、公知の無機または有機の酸、アルカリ溶液、尿素、炭酸カルシウム、アンモニア等を用いて行うことができる。また、培養中必要に応じて、アンピシリンやテトラサイクリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。   The pH can be adjusted using a known inorganic or organic acid, alkaline solution, urea, calcium carbonate, ammonia or the like. Moreover, you may add antibiotics, such as an ampicillin and a tetracycline, to a culture medium as needed during culture | cultivation.

培養終了後、培養物よりアスコルビン酸リン酸化酵素改変体を採取することができ、通常の酵素採取方法に従って行うことができる。酵素採取方法としては、例えば、培養した菌体を超音波破砕して菌体抽出液を調製し、硫安分画、イオン交換、クロマトフォーカシング、ゲル濾過等の酵素精製方法が挙げられる。   After completion of the culture, a modified ascorbic acid kinase can be collected from the culture, and can be performed according to a normal enzyme collecting method. Examples of the enzyme collection method include an enzyme purification method such as ammonium sulfate fractionation, ion exchange, chromatofocusing, gel filtration, etc., by sonicating cultured bacterial cells and preparing a bacterial cell extract.

2.アスコルビン酸−2−リン酸を製造する方法
本発明は、前述される本発明の酵素改変体を、リン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させ、アスコルビン酸−2−リン酸を製造する方法を提供する。本発明のAsA2Pを製造する方法においては、アスコルビン酸、リン酸基供与体及び酵素改変体を溶媒に添加して反応液組成物を調製し、酵素反応を行うことができる。あるいは、本発明の酵素改変体の産生能を有する微生物の培養物を、リン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させることによりアスコルビン酸−2−リン酸を製造してもよい。
2. Method for Producing Ascorbic Acid-2-Phosphate In the present invention, ascorbic acid-2-phosphate is produced by allowing the aforementioned enzyme modified form of the present invention to act on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. Provide a way to do it. In the method for producing AsA2P of the present invention, an ascorbic acid, a phosphate group donor, and an enzyme modification can be added to a solvent to prepare a reaction solution composition, and an enzyme reaction can be performed. Alternatively, ascorbic acid-2-phosphate may be produced by allowing a culture of a microorganism capable of producing the enzyme variant of the present invention to act on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor.

本発明の方法において、本発明の酵素改変体の産生能を有する微生物の培養物とは、菌体を含む培養液、培養菌体、またはその処理物を意味する。ここでその処理物とは、例えば、無細胞抽出液、凍結乾燥菌体、アセトン乾燥菌体、またはそれら菌体の磨砕物等を意味する。さらに、これらの培養物は、固定化酵素あるいは固定化菌体として用いることもできる。なお、固定化は、当業者に周知の方法(例えば物理的吸着法、包括法等)で行うことができる。   In the method of the present invention, the culture of the microorganism having the ability to produce the enzyme variant of the present invention means a culture solution containing microbial cells, cultured microbial cells, or a processed product thereof. Here, the treated product means, for example, a cell-free extract, freeze-dried cells, acetone-dried cells, or a ground product of these cells. Furthermore, these cultures can also be used as immobilized enzymes or immobilized cells. The immobilization can be performed by methods well known to those skilled in the art (for example, physical adsorption method, inclusion method, etc.).

本発明の酵素改変体の産生能を有する微生物としては、例えば、上記本発明の酵素改変体をコードするDNAを含むベクターが導入された形質転換体が挙げられる。   Examples of the microorganism having the ability to produce the enzyme variant of the present invention include a transformant into which a vector containing a DNA encoding the enzyme variant of the present invention has been introduced.

リン酸基供与体としては、本発明の酵素改変体に対するリン酸基の供給源として機能し、AsA2Pが生成される限り特に限定されないが、例えば、一般式(1):Hn+2n3n+1(式中、n≧2)で表わされるポリリン酸が挙げられる。ポリリン酸の重合度は特に限定されないが、好ましくは2〜10000個、更に好ましくは2〜1000個の前記構成単が重合しているものが挙げられる。ポリリン酸として具体的には、ジリン酸(n=2:ピロリン酸)、トリリン酸(n=3)、テトラリン酸(n=4)等が例示される。また、一般式(1)においてn=5以上のリン酸が重合したものもリン酸基供与体として好適に使用することができる。これらの重合度の異なるポリリン酸を2種以上組み合せた混合物をリン酸基供与体として使用してもよい。 The phosphate group donor is not particularly limited as long as it functions as a phosphate group supply source for the modified enzyme of the present invention and AsA2P is produced. For example, the phosphate group donor is represented by the general formula (1): H n + 2 P n Examples thereof include polyphosphoric acid represented by O 3n + 1 (wherein n ≧ 2). The degree of polymerization of polyphosphoric acid is not particularly limited, but preferably 2 to 10,000, more preferably 2 to 1,000, of the constituent units are polymerized. Specific examples of polyphosphoric acid include diphosphoric acid (n = 2: pyrophosphoric acid), triphosphoric acid (n = 3), and tetraphosphoric acid (n = 4). Moreover, what polymerized phosphoric acid of n = 5 or more in General formula (1) can be used suitably as a phosphate group donor. A mixture of two or more polyphosphoric acids having different degrees of polymerization may be used as a phosphate group donor.

更に、本発明で使用されるリン酸基供与体として、前記ポリリン酸のエステルや、ナトリウム、カリウム等のアルカリ金属塩、カルシウム等のアルカリ土類金属塩、アンモニウム塩等のポリリン酸塩を使用することもできる。ポリリン酸のエステルとして具体的には、アデノシン二リン酸(ADP)、アデノシン三リン酸(ATP)等が例示される。また、ポリリン酸塩として具体的には、ピロリン酸ナトリウム(Na427)、トリポリリン酸ナトリウム(Na5310)、テトラポリリン酸ナトリウム(Na6413)、ピロリン酸アンモニウム塩、トリポリリン酸アンモニウム塩等が例示される。また、リン酸基供与体として前記ポリリン酸の他に、パラニトロフェニルホスフェート、アセチルリン酸等が挙げられる。 Furthermore, as the phosphate group donor used in the present invention, the polyphosphoric acid esters, alkali metal salts such as sodium and potassium, alkaline earth metal salts such as calcium, and polyphosphates such as ammonium salts are used. You can also. Specific examples of esters of polyphosphoric acid include adenosine diphosphate (ADP) and adenosine triphosphate (ATP). Specific examples of the polyphosphate include sodium pyrophosphate (Na 4 P 2 O 7 ), sodium tripolyphosphate (Na 5 P 3 O 10 ), sodium tetrapolyphosphate (Na 6 P 4 O 13 ), and pyrophosphate. Examples include ammonium salts and ammonium tripolyphosphate. Examples of the phosphoric acid group donor include paranitrophenyl phosphate and acetyl phosphoric acid in addition to the polyphosphoric acid.

本発明においてリン酸基供与体として、好ましくはジリン酸、トリリン酸、テトラリン酸等のポリリン酸、アデノシン二リン酸(ADP)、アデノシン三リン酸(ATP)等のポリリン酸のエステル;ピロリン酸ナトリウム、トリポリリン酸ナトリウム、テトラポリリン酸ナトリウム等のポリリン酸のアルカリ金属塩;パラニトロフェニルホスフェート、アセチルリン酸が挙げられ、より好ましくはポリリン酸、ポリリン酸のエステル、ポリリン酸塩が挙げられ、更に好ましくはポリリン酸、ポリリン酸のエステルが挙げられ、特に好ましくはポリリン酸が挙げられる。これらのリン酸基供与体を1種単独で用いてもよく、2種以上を組み合せてもよい。   In the present invention, the phosphoric acid group donor is preferably a polyphosphoric acid such as diphosphoric acid, triphosphoric acid or tetraphosphoric acid, an ester of polyphosphoric acid such as adenosine diphosphate (ADP) or adenosine triphosphate (ATP); sodium pyrophosphate , Alkali metal salts of polyphosphoric acid such as sodium tripolyphosphate and sodium tetrapolyphosphate; paranitrophenyl phosphate and acetyl phosphoric acid are mentioned, more preferably polyphosphoric acid, ester of polyphosphoric acid and polyphosphate are more preferred. Includes polyphosphoric acid and esters of polyphosphoric acid, particularly preferably polyphosphoric acid. These phosphoric acid group donors may be used alone or in combination of two or more.

反応に使用される本発明の酵素改変体の濃度としては、反応液組成物中、0.0001〜1重量%、好ましくは0.001〜0.1重量%、更に好ましくは0.001〜0.01重量%が挙げられる。また、リン酸基供与体の濃度としては、0.5〜20重量%、好ましくは1〜15重量%、更に好ましくは2〜10重量%が挙げられる。また、アスコルビン酸の濃度としては、0.1〜50重量%、好ましくは0.5〜20重量%、更に好ましくは1〜10重量%が挙げられる。   The concentration of the enzyme variant of the present invention used in the reaction is 0.0001 to 1% by weight, preferably 0.001 to 0.1% by weight, more preferably 0.001 to 0% in the reaction solution composition. 0.01% by weight. Moreover, as a density | concentration of a phosphate group donor, 0.5-20 weight%, Preferably it is 1-15 weight%, More preferably, 2-10 weight% is mentioned. Moreover, as a density | concentration of ascorbic acid, 0.1 to 50 weight%, Preferably it is 0.5 to 20 weight%, More preferably, 1 to 10 weight% is mentioned.

本発明の酵素改変体(ポリペプチド)1重量部あたりのリン酸基供与体の添加割合としては、100〜30000重量部、好ましくは250〜20000重量部、更に好ましくは500〜15000重量部が挙げられる。また、本発明の酵素改変体(ポリペプチド)1重量部あたりのアスコルビン酸の添加割合としては、100〜40000重量部、好ましくは500〜30000重量部、更に好ましくは1000〜25000重量部が挙げられる。   The addition ratio of the phosphate group donor per 1 part by weight of the enzyme variant (polypeptide) of the present invention is 100 to 30000 parts by weight, preferably 250 to 20000 parts by weight, more preferably 500 to 15000 parts by weight. It is done. Moreover, as an addition ratio of ascorbic acid per 1 part by weight of the enzyme variant (polypeptide) of the present invention, 100 to 40000 parts by weight, preferably 500 to 30000 parts by weight, and more preferably 1000 to 25000 parts by weight. .

また、反応温度としては、10〜60℃、好ましくは20〜50℃、更に好ましくは30〜40℃が挙げられる。   Moreover, as reaction temperature, 10-60 degreeC, Preferably it is 20-50 degreeC, More preferably, 30-40 degreeC is mentioned.

本発明の酵素改変体の至適pHとしては、pH2〜7、好ましくはpH3〜6、更に好ましくはpH4〜5が挙げられる。pHの調製は、塩酸、クエン酸、グルコン酸、コハク酸、酢酸、酒石酸、ソルビン酸、乳酸、マレイン酸、硫酸、リン酸、リンゴ酸、アルギニン、アンモニア水、ジイソプロパノールアミン、ジエタノールアミン、トリイソプロパノールアミン、トリエタノールアミン、モノエタノールアミン、水酸化カリウム、水酸化カルシウム、水酸化ナトリウム、及びこれらの塩等の緩衝剤従来公知の緩衝剤を用いて行うことができる。   The optimum pH of the enzyme variant of the present invention includes pH 2 to 7, preferably pH 3 to 6, and more preferably pH 4 to 5. pH adjustment is hydrochloric acid, citric acid, gluconic acid, succinic acid, acetic acid, tartaric acid, sorbic acid, lactic acid, maleic acid, sulfuric acid, phosphoric acid, malic acid, arginine, aqueous ammonia, diisopropanolamine, diethanolamine, triisopropanolamine Buffering agents such as triethanolamine, monoethanolamine, potassium hydroxide, calcium hydroxide, sodium hydroxide, and salts thereof can be carried out using conventionally known buffering agents.

本発明のアスコルビン酸−2−リン酸を製造する方法において、反応時間は、アスコルビン酸−2−リン酸が生成され得る限り特に限定されないが、例えば、1〜50時間、好ましくは5〜40時間、更に好ましくは10〜30時間が挙げられる。   In the method for producing ascorbic acid-2-phosphate of the present invention, the reaction time is not particularly limited as long as ascorbic acid-2-phosphate can be produced. For example, it is 1 to 50 hours, preferably 5 to 40 hours. More preferably, it is 10 to 30 hours.

反応溶媒としては、通常、イオン交換水、蒸留水、超純水等の水性溶媒を使用することができる。また、水性溶媒中には、本発明の効果を損なわない範囲でメタノール、トリメチルアミン、トリエチルアミン、ジメチルスルホキシド(DMSO)等の有機溶媒;ポリオキシエチレンラウリルエーテル、ポリオキシエチレンドデシルエーテル、ポリエチレングリコールp−オクチルフェニルエーテル(商品名Triton X−100)、ポリオキシエチレンソルビタンモノラウレート(商品名Tween 20)等の非イオン界面活性剤が含まれていてもよい。反応性の向上及び酵素の安定化の観点から、溶媒中には、特に非イオン界面活性剤が含有されていることが好ましい。有機溶媒の添加量としては、通常0.1〜50重量%、好ましくは1〜30重量%、更に好ましくは5〜20重量%が例示される。また、非イオン界面活性剤の添加量としては、通常0.0001〜0.1重量%、好ましくは0.0005〜0.05重量%、更に好ましくは0.001〜0.01重量%が例示される。   As the reaction solvent, an aqueous solvent such as ion-exchanged water, distilled water, or ultrapure water can be usually used. Further, in the aqueous solvent, organic solvents such as methanol, trimethylamine, triethylamine, dimethyl sulfoxide (DMSO), etc. within the range not impairing the effects of the present invention; polyoxyethylene lauryl ether, polyoxyethylene dodecyl ether, polyethylene glycol p-octyl Nonionic surfactants such as phenyl ether (trade name Triton X-100) and polyoxyethylene sorbitan monolaurate (trade name Tween 20) may be included. From the viewpoint of improving the reactivity and stabilizing the enzyme, the solvent preferably contains a nonionic surfactant. The amount of the organic solvent added is usually 0.1 to 50% by weight, preferably 1 to 30% by weight, and more preferably 5 to 20% by weight. The amount of the nonionic surfactant added is usually 0.0001 to 0.1% by weight, preferably 0.0005 to 0.05% by weight, more preferably 0.001 to 0.01% by weight. Is done.

上記反応によりAsA2Pが得られる。得られたAsA2Pは、必要に応じて、例えば、イオン交換クロマトグラフィー、アフィニティクロマトグラフィー、吸着カラムクロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー、逆相クロマトグラフィー等のカラムクロマトグラフィーによる方法;ポリエチレングリコール(PEG)およびメチルペンタンジオール(MPD)等の沈澱剤を用いる方法;酸化マグネシウムまたは水酸化マグネシウムなどのアルカリ土類金属塩を用いて析出させる方法等を挙げることができる。   AsA2P is obtained by the above reaction. The obtained AsA2P can be prepared, for example, by column chromatography such as ion exchange chromatography, affinity chromatography, adsorption column chromatography, gel filtration chromatography, reverse phase chromatography, etc .; polyethylene glycol (PEG) and Examples thereof include a method using a precipitant such as methylpentanediol (MPD); a method using an alkaline earth metal salt such as magnesium oxide or magnesium hydroxide, and the like.

以下に試験例等を示して本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらに限定されない。
アスコルビン酸リン酸化酵素改変体の調製
アスコルビン酸リン酸化酵素への変異の導入は、下表1に示されるプライマーセットを使用して、アスコルビン酸リン酸化酵素のN末端側をコードする領域とC末端側をコードする領域の2か所をそれぞれ増幅した。この時、使用したプライマーに、目的の箇所にアミノ酸置換が生じるように変異が導入されているため、得られるPCR産物には目的の箇所に各変異が導入されている。得られたPCR産物をベクターに挿入して形質転換体を作製し、当該形質転換体により各アスコルビン酸リン酸化酵素改変体を作製した。
Although a test example etc. are shown below and this invention is demonstrated more concretely, this invention is not limited to these.
Preparation of Ascorbate Phosphate Enzyme Variant Introduction of mutations into ascorbate phosphorylase using the primer set shown in Table 1 below, the region encoding the N-terminal side of ascorbate kinase and the C-terminus Two portions of the coding region were amplified respectively. At this time, mutations are introduced into the used primers so that amino acid substitution occurs at the target site, so that each mutation is introduced at the target site in the obtained PCR product. The obtained PCR product was inserted into a vector to prepare a transformant, and each ascorbate phosphorylase modified product was prepared from the transformant.

(変異の導入及び形質転換体の作製)
A115R/H116Q酵素改変体(改変体3)の作製方法を例に変異の導入及び形質転換体の作製について以下に記載する。
Sphingomonas trueperi (JCM10278)からゲノムDNAを調製し、特開平4−53494号公報に記されるアスコルビン酸リン酸化酵素遺伝子をPCRにより増幅した。PCRに用いたプライマーセットは、プライマー1(フォワードプライマー)及びプライマー6(リバースプライマー)、ならびにプライマー3(フォワードプライマー)及びプライマー2(リバースプライマー)である。得られたPCR産物を制限酵素(NcoI及びNheI、又はNheI及びXhoI)で消化し、NcoI及びXhoIで制限酵素処理したpET22b(+)ベクター(Novagen)との三者ライゲーションによりこれらを連結して、アスコルビン酸リン酸化酵素発現用ベクターを得た。なお、該ベクターには、配列番号1で示されるアミノ酸配列が挿入されており、更にT7プロモーター、産生されるタンパク質をペリプラズムに移行するためのpelBシグナル、タンパク質精製のためのHisタグ遺伝子、及び薬剤選択のためのアンピシリン耐性遺伝子が保持されている。ベクターに挿入された塩基配列と対応するアミノ酸配列を図2に示す。
(Introduction of mutation and production of transformant)
The introduction of mutations and the production of transformants are described below by taking as an example the method for producing the A115R / H116Q enzyme variant (variant 3).
Genomic DNA was prepared from Sphingomonas trueperi (JCM10278), and the ascorbyl phosphate gene described in JP-A-4-53494 was amplified by PCR. The primer sets used for PCR are primer 1 (forward primer) and primer 6 (reverse primer), and primer 3 (forward primer) and primer 2 (reverse primer). The obtained PCR products were digested with restriction enzymes (NcoI and NheI, or NheI and XhoI), and these were ligated by a three-party ligation with a pET22b (+) vector (Novagen) treated with NcoI and XhoI. Ascorbate kinase expression vector was obtained. In addition, the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 is inserted into the vector, and further, a T7 promoter, a pelB signal for transferring the produced protein to the periplasm, a His tag gene for protein purification, and a drug An ampicillin resistance gene for selection is retained. The amino acid sequence corresponding to the base sequence inserted into the vector is shown in FIG.

上記方法により得られたベクターをヒートショック法により大腸菌BL21(DE3)株(Novagen)に形質転換した。前記プライマー1を使用することにより、配列番号1で示されるアミノ酸配列のN末端にD−T−Aの3アミノ酸残基が付加された配列が大腸菌のpelBシグナル配列に組み込まれる形でベクターが構築される。しかし、酵素改変体の成熟体となった際には、シグナル配列は切断され、N末端はAspとなると考えられる。ここで、アミノ酸配列D−T−Aは、配列番号3で示される野生型アスコルビン酸リン酸化酵素において21〜23位のアミノ酸配列に相当する。図3に改変体3の製造方法の概略図を示す。   The vector obtained by the above method was transformed into E. coli BL21 (DE3) strain (Novagen) by the heat shock method. By using the primer 1, a vector is constructed in such a manner that a sequence in which 3 amino acid residues of D-TA are added to the N-terminus of the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 is incorporated into the pelB signal sequence of Escherichia coli. Is done. However, when the enzyme-modified product becomes a mature product, the signal sequence is cleaved and the N-terminus is assumed to be Asp. Here, the amino acid sequence DTA corresponds to the amino acid sequence at positions 21 to 23 in the wild-type ascorbyl phosphate shown by SEQ ID NO: 3. FIG. 3 shows a schematic diagram of a method for producing the modified body 3.

その他の改変体についても、下表1及び2に示されるプライマーセットを用いて同様の方法により作製した。   Other modified products were also prepared by the same method using the primer sets shown in Tables 1 and 2 below.

各プライマー番号と対応する配列番号、塩基配列及び制限酵素サイト名を下表2に示す。   Table 2 below shows the sequence number, base sequence and restriction enzyme site name corresponding to each primer number.

表2中、下線で示される塩基配列は制限酵素の切断部位を表し四角で囲まれる塩基配列は置換するアミノ酸をコードする部位を表す。   In Table 2, the underlined base sequence represents the restriction enzyme cleavage site, and the base sequence surrounded by a square represents the site encoding the amino acid to be substituted.

(形質転換体の培養)
アスコルビン酸リン酸化酵素発現用ベクターを有する大腸菌BL21(DE3)株の形質転換体の培養は、0.2重量%グルコース、0.5重量%カザミノ酸、0.1mg/mlアンピシリンを含むLB培地(ナカライテスク(株)製:(組成)1重量%トリプトン;0.5重量%乾燥酵母エキス;0.5重量%塩化ナトリウム)中で、培養温度27℃にてインキュベートした。培養液の600nmにおける光学密度が0.5になったら、0.1mMとなるようにイソプロピル−β−チオガラクトピラノシドを添加し、更に培養温度27℃で16〜24時間、培養を行った。
(Culture of transformants)
The transformant of Escherichia coli BL21 (DE3) strain having the vector for ascorbyl kinase expression was cultured in LB medium containing 0.2 wt% glucose, 0.5 wt% casamino acid and 0.1 mg / ml ampicillin ( Nacalai Tesque Co., Ltd .: (Composition) 1 wt% tryptone; 0.5 wt% dry yeast extract; 0.5 wt% sodium chloride) was incubated at a culture temperature of 27 ° C. When the optical density at 600 nm of the culture solution reached 0.5, isopropyl-β-thiogalactopyranoside was added so as to be 0.1 mM, and further cultured at a culture temperature of 27 ° C. for 16 to 24 hours. .

培養後、湿菌体重量15gを150mMの塩化ナトリウムを含む20mMトリス−HCl緩衝液(pH8.0)に懸濁し、超音波ホモジナイザー(TOMY UD201)を用いて細胞抽出液を得た。この抽出液を20,000×gにて20分間遠心分離操作を行い、上清画分を回収した。60%飽和度となるよう硫酸アンモニウムを加え、20,000×gにて20分間遠心分離操作を行い、沈殿を回収した。この硫安分画後の沈殿を20mMトリス−HCl緩衝液(pH7.5)に懸濁し、50mM塩化ナトリウムを含む20mMトリス−HCl緩衝液(pH7.5)にて透析を行った。透析後、His−Trap HPカラムを用いたアフィニティー精製を行った。アスコルビン酸リン酸化酵素を含むフラクションを回収後、20mMトリス−HCl緩衝液(pH7.5)にて透析し、アスコルビン酸リン酸化酵素を取得した。   After culturing, 15 g of wet cell weight was suspended in 20 mM Tris-HCl buffer (pH 8.0) containing 150 mM sodium chloride, and a cell extract was obtained using an ultrasonic homogenizer (TOMY UD201). The extract was centrifuged at 20,000 × g for 20 minutes, and the supernatant fraction was collected. Ammonium sulfate was added to reach 60% saturation, and centrifugation was performed at 20,000 × g for 20 minutes to collect the precipitate. The precipitate after the ammonium sulfate fraction was suspended in 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5), and dialyzed against 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) containing 50 mM sodium chloride. After dialysis, affinity purification using a His-Trap HP column was performed. Fractions containing ascorbate phosphorylase were collected and dialyzed against 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5) to obtain ascorbate phosphorylase.

精製条件
アフィニティー精製の条件は次の通りである。
カラム:His−Trap HP(GE healthcare製)
平衡化緩衝液:20mM トリス−HCl(pH7.5)、50mM塩化ナトリウム
溶出緩衝液:20mM トリス−HCl(pH7.5)、50mM塩化ナトリウム、1M イミダゾール
(溶出緩衝液を0−50%のグラジエントで溶出)
流速:5.0ml/min
精製機器:AKTA prime plus(GE healthcare)
Purification conditions The conditions for affinity purification are as follows.
Column: His-Trap HP (manufactured by GE healthcare)
Equilibration buffer: 20 mM Tris-HCl (pH 7.5), 50 mM sodium chloride elution buffer: 20 mM Tris-HCl (pH 7.5), 50 mM sodium chloride, 1 M imidazole (elution buffer in a 0-50% gradient) Elution)
Flow rate: 5.0 ml / min
Purification equipment: AKTA prime plus (GE healthcare)

HPLC解析条件
後述する試験例及び比較例において採用されたHPLC解析条件は次の通りである。
カラム:YMC−Pack ODS−A(150×4.6mm)(YMC社製)
溶離液:
酢酸緩衝溶液(80mM,pH5.0)/メタノール=98/2(体積比)
(2.8mMヘキシルアミン及び0.1mM EDTAを含有する)
検出波長:254nm
流速:0.8ml/min
カラム温度:35℃
注入量:10μl
HPLC機器:日立HPLC LaChrom Elite seri L−2000
HPLC analysis conditions The HPLC analysis conditions employed in the test examples and comparative examples described below are as follows.
Column: YMC-Pack ODS-A (150 × 4.6 mm) (manufactured by YMC)
Eluent:
Acetate buffer solution (80 mM, pH 5.0) / methanol = 98/2 (volume ratio)
(Contains 2.8 mM hexylamine and 0.1 mM EDTA)
Detection wavelength: 254 nm
Flow rate: 0.8ml / min
Column temperature: 35 ° C
Injection volume: 10 μl
HPLC instrument: Hitachi HPLC LaChrom Elite seri L-2000

[試験例1−1]
アスコルビン酸(300mM)、リン酸基供与体としてポリリン酸(2重量%)(商品名:ポリリン酸、ナカライテスク社製)、及びTriton X−100(1重量%)を含む超純水(NaOHでpH4.5に調整)に、上記表1において改変体1〜8として示されるアミノ酸変異が導入されたアスコルビン酸リン酸化酵素の改変体を各15μg/mlとなるよう添加し、37℃の恒温エアーインキュベーター内で一晩反応させた。その後、反応液をHPLCに使用される溶離液(酢酸緩衝溶液)で100倍に希釈し、HPLC解析に供して生成されたAsA2Pの量を測定した。結果を図4に示す。
[Test Example 1-1]
Ultrapure water (NaOH) containing ascorbic acid (300 mM), polyphosphoric acid (2 wt%) as a phosphate group donor (trade name: polyphosphoric acid, manufactured by Nacalai Tesque), and Triton X-100 (1 wt%) adjusted to pH 4.5), ascorbate phosphorylase modified with amino acid mutations shown as modified 1 to 8 in Table 1 above was added to 15 μg / ml each, and constant temperature air at 37 ° C. The reaction was allowed to proceed overnight in the incubator. Thereafter, the reaction solution was diluted 100 times with an eluent (acetate buffer solution) used for HPLC, and the amount of AsA2P produced by HPLC analysis was measured. The results are shown in FIG.

図4に示されるように、評価に用いられた改変体のうち、A115R/H116Q(改変体3)及びA115R/H116(改変体8)を用いた場合のみ生成されたAsA2Pの経時的な分解が抑制されていることが示された。   As shown in FIG. 4, among the variants used in the evaluation, degradation over time of AsA2P produced only when A115R / H116Q (variant 3) and A115R / H116 (variant 8) was used. It was shown to be suppressed.

[試験例1−2]
改変体7及び改変体8として示されるアミノ酸変異が導入されたアスコルビン酸リン酸化酵素の改変体について、産生されたAsA2P量の測定結果を図5に抜き出し比較した。図5に示されるように、改変体8(A115R/H116)を用いた場合は、前記試験例1に示される改変体3(A115R/H116Q)と同様にAsA2Pの経時的な分解が抑制されていることが示された。これに対し、改変体7(A115/H116Q)を用いた場合はAsA2Pの分解が生じ、経時的にAsA2Pの量が低下した。即ち、第115位のアミノ酸残基をアラニンからアルギニンに置換することによって反応産物の分解が抑制され、第116位のヒスチジンのグルタミンへの置換は反応生成物の分解に影響を与えないことが示された。
[Test Example 1-2]
The results of measurement of the amount of AsA2P produced for the modified forms of ascorbate phosphorylase introduced with the amino acid mutations shown as modified body 7 and modified body 8 were extracted and compared in FIG. As shown in FIG. 5, when the variant 8 (A115R / H116) was used, the degradation over time of AsA2P was suppressed as in the variant 3 (A115R / H116Q) shown in the test example 1. It was shown that On the other hand, when modified 7 (A115 / H116Q) was used, AsA2P was decomposed, and the amount of AsA2P decreased with time. In other words, the substitution of the amino acid residue at position 115 from alanine to arginine suppresses the degradation of the reaction product, and the substitution of histidine at position 116 with glutamine does not affect the degradation of the reaction product. It was done.

[試験例2]
改変体3に更に一アミノ酸変異を導入したTriple mutantを作製し、AsA2Pの生成について評価した。アスコルビン酸(100mM)、リン酸基供与体としてポリリン酸(2重量%)(商品名:ポリリン酸、ナカライテスク社製)、及びTriton X−100(1重量%)を含む超純水(NaOHでpH4.5に調整)に、A115Rに加えて上記表1において改変体9〜23として示されるアミノ酸変異が導入されたアスコルビン酸リン酸化酵素の改変体を各15μg/mlとなるよう添加し、37℃の恒温エアーインキュベーター内で一晩反応させた。その後、反応液をHPLCに使用される溶離液(酢酸緩衝溶液)で100倍に希釈し、HPLC解析に供して生成されたAsA2Pの量を測定した。コントロールとして改変体3(A115R/H116Q)を使用し、同様の条件で反応及び測定を行った。結果を図6に示す。
[Test Example 2]
A triple mutant in which a single amino acid mutation was further introduced into variant 3 was prepared, and the production of AsA2P was evaluated. Ultrapure water (NaOH) containing ascorbic acid (100 mM), polyphosphoric acid (2 wt%) as a phosphate group donor (trade name: polyphosphoric acid, manufactured by Nacalai Tesque), and Triton X-100 (1 wt%) adjusted to pH 4.5) in addition to A115R, a modified variant of ascorbyl phosphatase introduced with amino acid mutations shown as modified 9-23 in Table 1 above was added to a concentration of 15 μg / ml. The reaction was carried out overnight in a constant temperature air incubator at 0 ° C. Thereafter, the reaction solution was diluted 100 times with an eluent (acetate buffer solution) used for HPLC, and the amount of AsA2P produced by HPLC analysis was measured. The modification 3 (A115R / H116Q) was used as a control, and the reaction and measurement were performed under the same conditions. The results are shown in FIG.

図6に示されるように、評価に用いられた改変体のうち、図6中、N130T(改変体9)及びD55H(改変体14)の酵素反応性は、改変体3より低いものの、他のTriple mutantに比べて明らかに高いAsA2Pの産生量を示した。   As shown in FIG. 6, among the variants used in the evaluation, in FIG. 6, N130T (variant 9) and D55H (variant 14) have lower enzyme reactivity than variant 3, but other The production amount of AsA2P was clearly higher than that of Triple Mutant.

[比較例1]
野生型アスコルビン酸リン酸化酵素を用いた場合のAsA2Pの生成について評価した。アスコルビン酸(50mM)、リン酸供与体としてポリリン酸(2重量%)(商品名:ポリリン酸、ナカライテスク社製)、及びTriton X−100(1重量%)を含む超純水(NaOHでpH4.5に調整)に、野生型アスコルビン酸リン酸化酵素を4.5μg/ml、9μg/ml、18μg/ml又は90μg/mlとなるよう添加し、37℃の恒温エアーインキュベーターで反応させた。反応から0、1、2、4、6、8、及び16時間点において、反応液をHPLCに使用される溶離液(酢酸緩衝溶液)で100倍に希釈し、HPLC解析に供して生成されたAsA2Pの量を測定した。結果を図7に示す。
[Comparative Example 1]
The production of AsA2P was evaluated when wild type ascorbate phosphorylase was used. Ultrapure water (pH 4 with NaOH) containing ascorbic acid (50 mM), polyphosphoric acid (2 wt%) as a phosphate donor (trade name: polyphosphoric acid, manufactured by Nacalai Tesque), and Triton X-100 (1 wt%) To 5), wild-type ascorbyl phosphatase was added at 4.5 μg / ml, 9 μg / ml, 18 μg / ml or 90 μg / ml and reacted in a constant temperature air incubator at 37 ° C. At 0, 1, 2, 4, 6, 8, and 16 hours after the reaction, the reaction solution was diluted 100-fold with an eluent used for HPLC (acetate buffer solution) and produced by HPLC analysis. The amount of AsA2P was measured. The results are shown in FIG.

図7に示されるように、いずれの濃度で野生型のアスコルビン酸リン酸化酵素を添加した場合も生成されたAsA2Pの量が経時的に減少することが示された。   As shown in FIG. 7, it was shown that the amount of AsA2P produced decreased with time when wild-type ascorbyl phosphate was added at any concentration.

配列番号1は、野生型アスコルビン酸リン酸化酵素において24位のプロリン残基〜249位バリン残基に相当するアミノ酸配列である。
配列番号2は、野生型アスコルビン酸リン酸化酵素において24位のプロリン残基〜249位バリン残基に相当するアミノ酸配列をコードする塩基配列である。
配列番号5は、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体(改変体3)のアミノ酸配列である。
配列番号6は、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体(改変体3)をコードする塩基配列である。
配列番号7は、プライマー1の塩基配列である。
配列番号8は、プライマー2の塩基配列である。
配列番号9は、プライマー3の塩基配列である。
配列番号10は、プライマー4の塩基配列である。
配列番号11は、プライマー5の塩基配列である。
配列番号12は、プライマー6の塩基配列である。
配列番号13は、プライマー7の塩基配列である。
配列番号14は、プライマー8の塩基配列である。
配列番号15は、プライマー9の塩基配列である。
配列番号16は、プライマー10の塩基配列である。
配列番号17は、プライマー11の塩基配列である。
配列番号18は、プライマー12の塩基配列である。
配列番号19は、プライマー13の塩基配列である。
配列番号20は、プライマー14の塩基配列である。
配列番号21は、プライマー15の塩基配列である。
配列番号22は、プライマー16の塩基配列である。
配列番号23は、プライマー17の塩基配列である。
配列番号24は、プライマー18の塩基配列である。
配列番号25は、プライマー19の塩基配列である。
配列番号26は、プライマー20の塩基配列である。
配列番号27は、プライマー21の塩基配列である。
配列番号28は、プライマー22の塩基配列である。
配列番号29は、プライマー23の塩基配列である。
配列番号30は、プライマー24の塩基配列である。
配列番号31は、プライマー25の塩基配列である。
配列番号32は、プライマー26の塩基配列である。
配列番号33は、プライマー27の塩基配列である。
配列番号34は、プライマー28の塩基配列である。
配列番号35は、プライマー29の塩基配列である。
配列番号36は、プライマー30の塩基配列である。
配列番号37は、プライマー31の塩基配列である。
SEQ ID NO: 1 is an amino acid sequence corresponding to a proline residue at position 24 to a valine residue at position 249 in wild-type ascorbate phosphorylase.
SEQ ID NO: 2 is a base sequence encoding an amino acid sequence corresponding to a proline residue at position 24 to a valine residue at position 249 in wild-type ascorbate phosphorylase.
SEQ ID NO: 5 is the amino acid sequence of a modified ascorbate kinase (modified 3).
SEQ ID NO: 6 is a base sequence encoding an ascorbate phosphorylase modified product (modified product 3).
SEQ ID NO: 7 is the base sequence of primer 1.
SEQ ID NO: 8 is the base sequence of primer 2.
SEQ ID NO: 9 is the base sequence of primer 3.
SEQ ID NO: 10 is the base sequence of primer 4.
SEQ ID NO: 11 is the base sequence of primer 5.
SEQ ID NO: 12 is the base sequence of primer 6.
SEQ ID NO: 13 is the base sequence of primer 7.
SEQ ID NO: 14 is the base sequence of primer 8.
SEQ ID NO: 15 is the base sequence of primer 9.
SEQ ID NO: 16 is the base sequence of primer 10.
SEQ ID NO: 17 is the base sequence of primer 11.
SEQ ID NO: 18 is the base sequence of primer 12.
SEQ ID NO: 19 is the base sequence of primer 13.
SEQ ID NO: 20 is the base sequence of primer 14.
SEQ ID NO: 21 is the base sequence of primer 15.
SEQ ID NO: 22 is the base sequence of primer 16.
SEQ ID NO: 23 is the base sequence of primer 17.
SEQ ID NO: 24 is the base sequence of primer 18.
SEQ ID NO: 25 is the base sequence of primer 19.
SEQ ID NO: 26 is the base sequence of primer 20.
SEQ ID NO: 27 is the base sequence of primer 21.
SEQ ID NO: 28 is the base sequence of primer 22.
SEQ ID NO: 29 is the base sequence of primer 23.
SEQ ID NO: 30 is the base sequence of primer 24.
SEQ ID NO: 31 is the base sequence of primer 25.
SEQ ID NO: 32 is the base sequence of primer 26.
SEQ ID NO: 33 is the base sequence of primer 27.
SEQ ID NO: 34 is the base sequence of primer 28.
SEQ ID NO: 35 is the base sequence of primer 29.
SEQ ID NO: 36 is the base sequence of primer 30.
SEQ ID NO: 37 is the base sequence of primer 31.

Claims (7)

以下の(A)〜(C)のいずれかに示すアスコルビン酸リン酸化酵素改変体:
(A)配列番号1で示されるアミノ酸配列において、115位のアラニン残基がアルギニン残基に置換されたアミノ酸配列からなるアスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(B)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基の1個又は複数個が置換、付加、挿入又は欠失されたアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(C)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基のアミノ酸配列に対する配列同一性が30%以上であるアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体。
Ascorbate phosphorylation enzyme variant shown in any of the following (A) to (C):
(A) a modified ascorbate kinase comprising an amino acid sequence in which the alanine residue at position 115 is substituted with an arginine residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) In the amino acid sequence of (A), including an amino acid sequence in which one or more amino acid residues other than position 115 are substituted, added, inserted or deleted, and in the presence of a phosphate group donor A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate when acting on ascorbic acid in
(C) In the amino acid sequence of (A), the amino acid sequence of the amino acid residue other than position 115 includes an amino acid sequence having an amino acid sequence of 30% or more, and ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbyl 2-phosphate when allowed to act.
更に、配列番号1で示されるアミノ酸配列において、116位のヒスチジン残基がグルタミン残基に置換されたアミノ酸配列を有する、請求項1に記載の酵素改変体。   Furthermore, in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1, the enzyme variant according to claim 1, which has an amino acid sequence in which a histidine residue at position 116 is substituted with a glutamine residue. 請求項1又は2に記載の酵素改変体をコードする単離されたDNA。   An isolated DNA encoding the enzyme variant according to claim 1 or 2. 請求項3に記載のDNAを含むベクター。   A vector comprising the DNA according to claim 3. 請求項4に記載のベクターにより宿主生物を形質転換して得られる、形質転換体。   A transformant obtained by transforming a host organism with the vector according to claim 4. 以下の(A)〜(C)のいずれかに示すアスコルビン酸リン酸化酵素改変体を、リン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させ、アスコルビン酸−2−リン酸を製造する方法:
(A)配列番号1で示されるアミノ酸配列において、115位のアラニン残基がアルギニン残基に置換されたアミノ酸配列からなるアスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(B)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基の1個又は複数個が置換、付加、挿入又は欠失されたアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体;
(C)前記(A)のアミノ酸配列において、115位以外のアミノ酸残基のアミノ酸配列に対する配列同一性が30%以上であるアミノ酸配列を含み、且つリン酸基供与体の存在下でアスコルビン酸に作用させた場合にアスコルビン酸−2−リン酸の生成を阻害しない、アスコルビン酸リン酸化酵素改変体。
A method for producing ascorbic acid-2-phosphate by causing a modified ascorbic acid kinase in any of the following (A) to (C) to act on ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor:
(A) a modified ascorbate kinase comprising an amino acid sequence in which the alanine residue at position 115 is substituted with an arginine residue in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) In the amino acid sequence of (A), including an amino acid sequence in which one or more amino acid residues other than position 115 are substituted, added, inserted or deleted, and in the presence of a phosphate group donor A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbic acid-2-phosphate when acting on ascorbic acid in
(C) In the amino acid sequence of (A), the amino acid sequence of the amino acid residue other than position 115 includes an amino acid sequence having an amino acid sequence of 30% or more, and ascorbic acid in the presence of a phosphate group donor. A modified ascorbic acid kinase that does not inhibit the production of ascorbyl 2-phosphate when allowed to act.
前記リン酸基供与体がポリリン酸である、請求項6に記載の方法。   The method according to claim 6, wherein the phosphate group donor is polyphosphoric acid.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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