JP2019193651A - Hasa-redoxin complex having oxidation activity and methods of making the same - Google Patents

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Abstract

To provide a HasA-redoxin complex (heme iron active-type HasA) that asymmetrically oxidizes only one of the enantiomers of a secondary alcohol in the absence of coenzyme and exhibits an asymmetric oxidization activity in an aqueous solvent system in the presence of oxygen, and to provide methods for making an immobilized form thereof.SOLUTION: Disclosed herein is a method comprising: synthesizing HasA gene of a fluorescent bacterium Pseudomonas protegens Pf-5; inserting the synthesized HasA gene into an expression vector; transforming Escherichia coli with the expression vector to form a transformant; culturing the transformant to produce an expression product; purifying the expression product using a Ni affinity column to obtain HasA of P. protegens Pf-5; stirring the HasA in an aqueous solvent containing oxygen nano-babbles to form a HasA-redoxin complex; and immobilizing the HasA-redoxin complex to a carrier, where the carrier is a spherical porous kaolinitic ceramic carrier.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、ラセミ−2級アルコールのそれぞれの鏡像体を立体選択的に酸化できる不斉酸化反応を触媒することができ、及び/又は、非選択的酸化を触媒することができるHasA−レドキシン複合体(「ヘム鉄活性型HasA」と称する場合がある)、その固定化体、およびその製造方法に関する。   The present invention can catalyze an asymmetric oxidation reaction capable of stereoselectively oxidizing each enantiomer of racemic secondary alcohol and / or a HasA-redoxin complex capable of catalyzing non-selective oxidation. The present invention relates to a body (sometimes referred to as “heme iron-activated HasA”), an immobilized body thereof, and a method for producing the same.

医薬、食品分野を始めとする種々の分野において、光学異性体を分離し、有用な一方の光学異性体を分取する技術の必要性が高まっている。例えば、光学異性体の一方を選択的に酸化還元又はデラセミ化する機能を有する不斉水素化(還元)酵素を用いて、医薬品や香料を生成させる方法について研究されている。   In various fields including pharmaceutical and food fields, there is an increasing need for a technique for separating optical isomers and fractionating one useful optical isomer. For example, research has been conducted on methods for producing pharmaceuticals and fragrances using an asymmetric hydrogenation (reduction) enzyme having a function of selectively redoxing or deracemizing one of optical isomers.

このような酵素の作用・機構を有用物質生産や分析に利用するシステムがバイオリアクターであるが、リアクター中に留まる反応素子は金属イオンを活性中心にもつ酵素、即ち、金属酵素の有する電子伝達・移動に元づく機能として理解されてきた。   A bioreactor is a system that uses the action / mechanism of such an enzyme for production and analysis of useful substances, but the reaction element that remains in the reactor is an enzyme having a metal ion as an active center, that is, an electron transfer / It has been understood as a function based on movement.

ヘム(鉄ポルフィリン錯体)酵素群は、有機合成反応への利用が期待され、特に、シトクロムP450は、不活性な有機基質を水酸化できたり(非特許文献1を参照)、スチレン分子のエポキシ化できたり(非特許文献2を参照)、脱メチル化(非特許文献3を参照)できることが報告されている。   Heme (iron porphyrin complex) enzymes are expected to be used in organic synthesis reactions. In particular, cytochrome P450 can hydroxylate inactive organic substrates (see Non-Patent Document 1) or epoxidation of styrene molecules. It has been reported that it can be made (see Non-Patent Document 2) or demethylated (see Non-Patent Document 3).

鉄は、酸素をはじめとした気体と親和性を有し、中性pHの還元環境下において容易に電子を授受できる。したがって、鉄は鉄イオンや鉄補欠分子族(鉄−硫黄クラスタ−やヘム)の形でタンパク質と結合し、酸素運搬、エネルギー産生、核酸合成をはじめとする種々の酸化還元反応の活性中心として利用されている。   Iron has an affinity for gases such as oxygen and can easily transfer electrons in a reducing environment at a neutral pH. Therefore, iron binds to proteins in the form of iron ions and iron prosthetic groups (iron-sulfur clusters and heme) and is used as the active center for various redox reactions including oxygen transport, energy production, and nucleic acid synthesis. Has been.

ヘムタンパク質の機能としては、ヘモグロビンによる酸素運搬(酸素分子の結合)やシトクロムcによる電子伝達(酸化還元中心)が良く知られている。その働きの中で、コレラ菌由来タンパク質HutZに、1)ヘモグロビンから「ヘム」を菌体内に取込む機能、及び2)酸素を使ってヘム分解できる機能などが知られている(非特許文献4を参照)。   As functions of hemoproteins, oxygen transport by oxygen (binding oxygen molecules) and electron transfer by cytochrome c (redox centers) are well known. Among its functions, the cholera-derived protein HutZ is known to have 1) the function of taking “heme” from hemoglobin into the cell body, and 2) the function of decomposing heme using oxygen (Non-patent Document 4). See).

「ヘム」をヘモグロビンから奪って菌体内に取込むタンパク質としては他に、病原性細菌(緑膿菌や結核菌)由来ヘモフォア(HasA;Heme Acquisition System A)がある(非特許文献5を参照)。酸化触媒活性のないヘムタンパク質HasAに、不斉酸化反応を付与する為にはHasA−レドキシン複合体となる必要があり、鉄−硫黄クラスタ−であるレドキシンが活性中心となることでFenton反応は生じえる。 The "heme" to another as Tokomu protein within the cells depriving from hemoglobin, pathogenic bacteria (Pseudomonas aeruginosa and Mycobacterium tuberculosis) from Hemofoa; is (HasA H eme A cquisition S ystem A) ( Non-Patent Document 5 See). In order to impart an asymmetric oxidation reaction to the hemoprotein HasA that does not have an oxidation catalytic activity, it must be a HasA-redoxin complex, and the redoxin that is an iron-sulfur cluster becomes an active center, resulting in a Fenton reaction. Yeah.

鉄及び鉄補欠分子族の代謝調節に関しては、鉄代謝制御タンパク質(IRP: Iron Regulatory Protein)が、細胞内鉄イオン濃度が低い場合のみ、鉄応答性エレメント(IRE:Iron Responsive Element)と結合し、細胞内遊離鉄イオン濃度を高めるように作用することが知られている(非特許文献6を参照)。 For the metabolic regulation of the iron and iron prosthetic groups, iron metabolism regulatory protein (IRP: I ron R egulatory P rotein) is, if the intracellular iron concentration is low only iron responsive element (IRE: I ron R esponsive E lement) and act to increase the concentration of intracellular free iron ions (see Non-Patent Document 6).

一方、鉄−硫黄クラスタ(鉄と硫黄によって構成される構造体で4Fe-4S、2Fe-2S型がある)は、ミトコンドリアのISC(Iron-Sulfur Cluster assembly)machineryによって形成され、細胞質のcytoplasmic iron-sulfur cluster assembly (CIA) machineryによって運ばれてIRPに挿入される。この鉄−硫黄クラスタのIRPへの脱着こそ、細胞内の鉄濃度変化を感知して鉄代謝を制御するメカニズムとの報告がある(非特許文献7を参照)。 On the other hand, the iron - (there is a 4Fe-4S, 2Fe-2S type with a structure constituted by iron and sulfur) sulfur clusters are formed by mitochondrial ISC (I ron- S ulfur C luster assembly) machinery, cytoplasmic It is carried by cytoplasmic iron-sulfur cluster assembly (CIA) machinery and inserted into the IRP. It has been reported that the desorption of iron-sulfur clusters to IRP is a mechanism that senses changes in intracellular iron concentration and controls iron metabolism (see Non-Patent Document 7).

更に、ヘム生合成の抑制的な転写調節因子(IRR: Iron Responsive Regulator)は、細胞内の鉄濃度のシグナル伝達分子としてヘムと結合し、そのヘムに分子状酸素が結合することによって活性酸素種が産生され、さらに、タンパク質の酸化修飾の進行を促し、転写抑制を解消させる仕組みも報告されている(非特許文献8を参照)。 Furthermore, inhibitory transcriptional regulator of heme biosynthesis (IRR: I ron R esponsive R egulator) is by a signaling molecule iron concentration in the cell binds to heme, molecular oxygen binds to the heme A mechanism has also been reported in which reactive oxygen species are produced, and further promotes oxidative modification of proteins to eliminate transcriptional repression (see Non-Patent Document 8).

生物界に広範に存在するシトクロムP450(P450)は、薬物代謝や解毒、ホルモンの生合成などに関連した不活性な有機基質を水酸化する強力なヘム(鉄ポルフィリン錯体)酵素群で、その有機合成反応への利用が期待されている。細菌由来P450は、動植物由来P450より比活性は高く、基質への基質特異性は高い。しかしながら、広範囲な基質酸化には対応できないデメリットがある。   Cytochrome P450 (P450), which is widely present in the biological world, is a group of powerful heme (iron porphyrin complexes) enzymes that hydroxylate inert organic substrates related to drug metabolism, detoxification, hormone biosynthesis, etc. Expected to be used in synthetic reactions. Bacteria-derived P450 has higher specific activity than animal and plant-derived P450, and substrate specificity to the substrate is high. However, there is a demerit that cannot cope with a wide range of substrate oxidation.

例えば、枯草菌由来P450BSβは過酸化水素を用いて長鎖脂肪酸を水素化することが知られており、シュードモナスプチダ由来のカンファー水酸化酵素のP450camや巨大菌由来P450BM−3は非常に高い活性を示すことから、広く研究対象とされている(非特許文献1を参照)。また、P450は、他の基質の酸化反応にはまったく適用できないというデメリットも有している。   For example, P450BSβ derived from Bacillus subtilis is known to hydrogenate long chain fatty acids using hydrogen peroxide, and P450cam of Pseudomonas putida-derived camphor hydroxylase and P450BM-3 derived from giant fungus exhibit very high activity. Therefore, it has been widely studied (see Non-Patent Document 1). P450 also has a demerit that it cannot be applied to oxidation reactions of other substrates.

また、P450反応として、例えば、枯草菌由来P450BSβによる、スチレンのエポキシ化反応がある(非特許文献2を参照)。   Moreover, as P450 reaction, there exists epoxidation reaction of styrene by P450BS (beta) origin derived from Bacillus subtilis, for example (refer nonpatent literature 2).

更に、可溶性エポキシドヒドロラーゼ(sEH)は、内在性の生理活性物質であるエポキシエイコサトリエン酸(EET)を基質とする。EET は膜リン脂質から切り出されたアラキドン酸がシトクロムP450(P450)によってエポキシ化された脂肪酸である。即ち、P450はEET の合成酵素である。例えば、次のような脱メチル化反応を触媒することが知られている(非特許文献3を参照)。   Furthermore, soluble epoxide hydrolase (sEH) uses epoxyeicosatrienoic acid (EET), which is an endogenous physiologically active substance, as a substrate. EET is a fatty acid in which arachidonic acid cut from membrane phospholipid is epoxidized by cytochrome P450 (P450). That is, P450 is an EET synthase. For example, it is known to catalyze the following demethylation reaction (see Non-Patent Document 3).

このように、ヘム(鉄ポルフィリン錯体)酵素群であるP450は、活性酸素種による鉄電子移動系の基質酸化として良く知られている一方で、2級アルコールの不斉脱水素酵素に関わるP450の報告は未だに確認されていない。 Thus, P450, which is a group of heme (iron porphyrin complex) enzymes, is well known as a substrate oxidation of iron electron transfer system by reactive oxygen species, while P450 related to asymmetric dehydrogenase of secondary alcohol. The report has not yet been confirmed.

今回、P450反応では導き得ない、2級アルコールの不斉酸化反応を触媒するHasA−レドキシン複合体の存在を確認した。HasAも鉄ポルフィリン錯体ではあるが、システイン配位ヘム構造を有して無い為に、一般的には、P450様の酸化活性は持ちえない。しかしながら、レドキシン(鉄イオウクラスタ)はフェントン反応に代表される(非特許文献9を参照)、活性酸素種による鉄電子移動系は認められているため、HasA−レドキシン複合体の不斉酸化触媒は認められえる。従って、持続可能社会の構築に配慮した新しい酵素として、触媒生産のコスト削減と引き続く創薬プロセス削減に期待できる。   This time, the presence of a HasA-redoxin complex that catalyzes an asymmetric oxidation reaction of a secondary alcohol, which cannot be derived from the P450 reaction, was confirmed. Although HasA is also an iron porphyrin complex, it generally does not have P450-like oxidation activity because it does not have a cysteine-coordinated heme structure. However, since redoxin (iron-sulfur cluster) is represented by the Fenton reaction (see Non-Patent Document 9), an iron electron transfer system by active oxygen species has been recognized, so the asymmetric oxidation catalyst of the HasA-redoxin complex is It can be recognized. Therefore, it can be expected to reduce the cost of catalyst production and the subsequent drug discovery process as a new enzyme considering the construction of a sustainable society.

大腸菌発現系によるタンパク質発現は、HasAに関しては、比較的に平易な技術である。生産プロセスとして1)蛍光菌HasA由来の遺伝子情報から人口遺伝子合成、2)プラスミド構築、3)小スケール大腸菌発現試験を実施後に発現条件の至適化(宿主、誘導・培養条件など)、4)スケールアップ発現、5)ヒスタグ精製によって生産可能である。例えば、和光純薬工業(株)における委託合成も、対応可能となっている。   Protein expression by the E. coli expression system is a relatively straightforward technique for HasA. Production process: 1) Gene synthesis from gene information derived from fluorescent fungus HasA, 2) Plasmid construction, 3) Optimization of expression conditions after conducting small-scale E. coli expression test (host, induction / culture conditions, etc.), 4) Scale-up expression, 5) Can be produced by histag purification. For example, commissioned synthesis at Wako Pure Chemical Industries, Ltd. can also be handled.

遺伝子のタンパク質の発現は、培養細胞・大腸菌・酵母菌・こうじ菌・Bacillus属菌などを用いて行うことができる。大腸菌を用いた発現技術の研究は、歴史が古く(1970年初頭)、種々の関連技術の開発が進んでいるため、さまざまな種類のタンパク質の発現に応用されている。汎用的ではあるが分泌による発現ができないため、菌体内部で発現したタンパク質は菌体内に蓄積されてしまい、生産量には限界があるといったデメリットもある。   Expression of the gene protein can be performed using cultured cells, Escherichia coli, yeast, koji mold, Bacillus sp. Research on expression techniques using Escherichia coli has a long history (early 1970), and development of various related technologies is progressing, so it has been applied to the expression of various types of proteins. Although it is general-purpose but cannot be expressed by secretion, there is a demerit that the protein expressed in the microbial cell is accumulated in the microbial cell and the production amount is limited.

こうじ菌・Bacillus属菌などの分泌型の微生物は、菌体内で発現させた目的のタンパク質を次々と菌体外に分泌するため、発現量が多いという特長を有し、この特長を生かして洗剤用酵素などのタンパク質の発現技術として利用されている。   Secretory microorganisms such as Koji mold and Bacillus genus secrete the target protein expressed inside the cell one after another, and thus have a feature of high expression level. It is used as an expression technique for proteins such as industrial enzymes.

しかしながら、分泌型の微生物は、多種のタンパク質を分泌するため、目的とするタンパク質を取り出すための精製が煩雑である。また、これら分泌型の微生物は、菌体外に存在するタンパク質を積極的に分解して利用するという性質をもっている。そのため、この発現方法に適応できるタンパク質は、分解されにくいタンパク質に限定されていた。すなわち、幅広い種類のタンパク質が発現できる汎用性をもちながら、分泌発現量も多い技術はこれまで存在していない。   However, since secretory microorganisms secrete a variety of proteins, purification for extracting the target protein is complicated. Moreover, these secretory microorganisms have the property of actively degrading and utilizing proteins present outside the cells. Therefore, proteins that can be adapted to this expression method are limited to proteins that are difficult to be degraded. In other words, there has been no technology that has a high level of secretory expression while having versatility that allows expression of a wide variety of proteins.

一方、エンドウ豆生産において、蛍光菌を散布する技術があり、成長促進や除草効果の目的を果たしている(非特許文献10を参照)。蛍光菌(根粒菌の一種)は宿主に侵入して共生生物となり、光合成で作かれた宿主由来の化合物を二次代謝して除草剤などをつくる。従って、エンドウ豆内の蛍光菌は、生存に必須の鉄を獲得する意味で細胞内にHasAを生産できる可能性がある。   On the other hand, in the production of peas, there is a technique of spraying fluorescent bacteria, and the purpose of growth promotion and herbicidal effect is achieved (see Non-Patent Document 10). Fluorescent bacteria (a type of rhizobia) invade the host to become symbiotic organisms, and secondary metabolism of host-derived compounds produced by photosynthesis creates herbicides and the like. Therefore, there is a possibility that fluorescent bacteria in peas can produce HasA in cells in the sense of acquiring iron essential for survival.

従って、不斉酸化反応を有するHasA−レドキシン複合体発現は、微生物発現系による生産と、エンドウ豆抽出法の2通りがあり得る。微生物発現HasAの場合、1)遺伝子発現後に酸素存在下にてHasA−レドキシン複合体を形成させる2つの工程と、2)アルギン酸カルシウムゲルに包括したエンドウ豆タンパク質を空気酸化後、HasA−レドキシン複合体を抽出・精製するエンドウ豆抽出法に関する方法である。   Therefore, HasA-redoxin complex expression having an asymmetric oxidation reaction can be produced in two ways: production by a microbial expression system and pea extraction method. In the case of microorganism-expressed HasA, 1) two steps of forming a HasA-redoxin complex in the presence of oxygen after gene expression, and 2) air oxidation of pea protein encapsulated in calcium alginate gel, then HasA-redoxin complex It is the method regarding the pea extraction method which extracts and refines.

特許第3294860号公報Japanese Patent No. 3294860 国際特許公開WO2010/134642号公報International Patent Publication WO2010 / 134642

“J. Am. Chem. Soc. 120,(1998)11044-11048”(R Hydroxylation of Carboxylic Acids with Molecular Oxygen Catalyzed by the R Oxidase of Peas (Pisum satiVum): A Novel Biocatalytic Synthesis of Enantiomerically Pure (R)-2-Hydroxy Acids)「Waldemar Adamら」“J. Am. Chem. Soc. 120, (1998) 11044-11048” (R Hydroxylation of Carboxylic Acids with Molecular Oxygen Catalyzed by the R Oxidase of Peas (Pisum satiVum): A Novel Biocatalytic Synthesis of Enantiomerically Pure (R)- 2-Hydroxy Acids) "Waldemar Adam et al." “Tetrahedron 60,(2004) 525-528”(Alkene epoxidation catalyzed by cytochrome P450 BM-3139-3)「Edgardo T. Farinasら」“Tetrahedron 60, (2004) 525-528” (Alkene epoxidation catalyzed by cytochrome P450 BM-3139-3) “Edgardo T. Farinas et al.” “Chem. Res. Toxicol. 9 (1996) 365-373”(Involvement of Cytochrome P450 3A4 Enzyme in the N-Demethylation of Methadone in Human Liver Microsomes)「Christelle Iribarneら」“Chem. Res. Toxicol. 9 (1996) 365-373” (Involvement of Cytochrome P450 3A4 Enzyme in the N-Demethylation of Methadone in Human Liver Microsomes) “Christelle Iribarne et al.”

“Chem. Commun. 48,(2012)6741-6743”(A heme degradation enzyme, HutZ, from Vibrio cholerae)「Takeshi Uchidaら」“Chem. Commun. 48, (2012) 6741-6743” (A heme degradation enzyme, HutZ, from Vibrio cholerae) “Takeshi Uchida et al.” “J. Inorg. Biochem. 138, (2014)31-38”(Spectroscopic studies on HasA from Yersinia pseudotuberculosis)「S. Ozakiら」“J. Inorg. Biochem. 138, (2014) 31-38” (Spectroscopic studies on HasA from Yersinia pseudotuberculosis) “S. Ozaki et al.” “Chem.Lett., 43, (2014) 1680-1689” (Unique Heme Environmental Structures in Heme-regulated Proteins Using Heme as the Signaling Molecule)「K. Ishimoriら」“Chem. Lett., 43, (2014) 1680-1689” (Unique Heme Environmental Structures in Heme-regulated Proteins Using Heme as the Signaling Molecule) “K. Ishimori et al.”

“Annual Review of Biochemistry 74(2005)247-281”(STRUCTURE, FUNCTION, AND FORMATION OF BIOLOGICAL IRON-SULFUR CLUSTERS)「Deborah C. Johnsonら」“Annual Review of Biochemistry 74 (2005) 247-281” (STRUCTURE, FUNCTION, AND FORMATION OF BIOLOGICAL IRON-SULFUR CLUSTERS) “Deborah C. Johnson et al.” “Biochemistry, 50 (2011), 1016-1022”(Unusual Heme Binding in the Bacterial Iron Response Regulator Protein: Spectral Characterization of Heme Binding to the Heme Regulatory Motif)「Haruto Ishikawaら」“Biochemistry, 50 (2011), 1016-2102” (Unusual Heme Binding in the Bacterial Iron Response Regulator Protein: Spectral Characterization of Heme Binding to the Heme Regulatory Motif) “Haruto Ishikawa et al.” “Inorg. Chem. 53 (2014), 6473-6481”(Electronic Structure and Formation of Simple Ferryloxo Complexes: Mechanism of the Fenton Reaction)「Alban S. Petitら」“Inorg. Chem. 53 (2014), 6473-6481” (Electronic Structure and Formation of Simple Ferryloxo Complexes: Mechanism of the Fenton Reaction) “Alban S. Petit et al.”

“Nat. Biotechnol. 23(2005)、873−878”(Complete genome sequence of the plant commensal Pseudomonas fluorescens Pf-5)「Paulsen, I. T.ら」“Nat. Biotechnol. 23 (2005), 873-878” (Complete genome sequence of the plant commensal Pseudomonas fluorescens Pf-5) “Paulsen, I. T. et al.”

本発明の目的の一つは、ラセミ−2級アルコールのそれぞれの鏡像体を立体選択的に酸化できる不斉酸化反応を触媒することができ、及び/又は、非選択的酸化を触媒することができるHasA−レドキシン複合体を提供することにある。   One of the objects of the present invention is to catalyze an asymmetric oxidation reaction capable of stereoselectively oxidizing each enantiomer of racemic secondary alcohol and / or catalyze non-selective oxidation. It is to provide a possible HasA-redoxin complex.

本発明は、HasA(鉄ポルフィリン錯体)−レドキシン複合体が、2級アルコール基質の不斉酸化反応を触媒できることの発見に基づく。即ち、本発明は、システイン配位ヘム構造をもたないHasAがレドキシンと連結することにより、酸素存在下、活性酸素種―鉄電子移動系を与えることができ、基質2級アルコールの一方の鏡像体を立体選択的に不斉酸化を可能とすることの発見に基づく。   The present invention is based on the discovery that HasA (iron porphyrin complex) -redoxin complex can catalyze asymmetric oxidation of secondary alcohol substrates. That is, the present invention can provide a reactive oxygen species-iron electron transfer system in the presence of oxygen by linking HasA having no cysteine-coordinated heme structure to redoxin. Based on the discovery that the body can be stereoselectively asymmetrically oxidized.

本発明の他の目的は、更に、創薬プロセスの環境的側面および安全性およびコスト性に優れたHasA−レドキシン複合体、及びその好適な製造方法を提供することにある。   Another object of the present invention is to provide a HasA-redoxin complex excellent in environmental aspects and safety and cost of a drug discovery process, and a suitable production method thereof.

本発明者は、鋭意研究の結果、ラセミ−2級アルコールのR-アルコール不斉酸化を触媒してS-アルコールを回収可能なHasA−レドキシン複合体、及びその製造方法について新たに発見した。該HasA−レドキシン複合体は、エンドウ豆タンパク質をアルギン酸カルシウムゲルに包括して空気酸化後、温水中に溶出させ、遠心濾過器などで精製するか、又は、蛍光菌HasA遺伝子を微生物発現させることで得ることができる。   As a result of intensive studies, the present inventors have newly discovered a HasA-redoxin complex capable of recovering S-alcohol by catalyzing R-alcohol asymmetric oxidation of racemic secondary alcohol, and a method for producing the same. The HasA-redoxin complex is obtained by encapsulating pea protein in calcium alginate gel, air oxidation and elution in warm water and purifying with a centrifugal filter or by expressing the fluorescent bacteria HasA gene in microorganisms. Obtainable.

本発明は、例えば、以下の様態を含むことができる。   The present invention can include, for example, the following aspects.

[1] NAD(H)及び/又はNADP(H)の不存在下においても過酸化水素との反応性を有するHasA−レドキシン複合体を、植物から製造する方法であって;以下の工程を含むことを特徴とする製造方法。
植物由来の組織をアルギン酸カルシウムゲルにて包括後、空気酸化させる第1の工程と;
該第1の工程で酸化された酸化生成物を遠心沈殿させる第2の工程。
[1] A method for producing a HasA-redoxin complex having reactivity with hydrogen peroxide in the absence of NAD (H) and / or NADP (H) from a plant, comprising the following steps: The manufacturing method characterized by the above-mentioned.
A first step of encapsulating plant-derived tissue with calcium alginate gel, followed by air oxidation;
A second step of centrifugally precipitating the oxidized product oxidized in the first step;

[2] 前記第2の工程における遠心沈殿処理後、沈殿物を乾燥してHasA−レドキシン複合体を得るか、上清みを更に遠心濾過(分子量10kDa;例えば、Vivaspin 2-10 K)した後、高純度な乾燥−HasA−レドキシン複合体−乾燥品を得る[1]に記載の製造方法。   [2] After the centrifugal precipitation treatment in the second step, the precipitate is dried to obtain a HasA-redoxin complex, or the supernatant is further subjected to centrifugal filtration (molecular weight 10 kDa; for example, Vivaspin 2-10 K). The production method according to [1], wherein a high-purity dried-HasA-redoxin complex-dried product is obtained.

[3]前記第1の工程が、以下の(a1)〜(a3)の処理を含む、[1]または[2]に記載の製造方法。
(a1)植物組織由来粉砕物(葉、茎、根)を直にゲルに包括する包括化処理、
(a2)該ゲルを空気酸化させる処理、
(a3)該酸化処理後のゲルからHasA−レドキシン複合体を溶出させる処理。
[3] The manufacturing method according to [1] or [2], wherein the first step includes the following processes (a1) to (a3).
(A1) A generalization treatment in which the pulverized material derived from plant tissue (leaves, stems, roots) is directly included in the gel,
(A2) treatment for oxidizing the gel with air;
(A3) Treatment for eluting the HasA-redoxin complex from the gel after the oxidation treatment.

[4]前記第2の工程における遠心沈殿処理が重力を伴う沈殿処理であって;且つ該第2の工程が以下の(b1)〜(b3)の処理を含む、[2]に記載の製造方法。
(b1)第1の工程で得られた酸化生成物の水溶液から、HasA−レドキシン複合体を、遠心上清画分の再遠心濾過(Vivaspin 2-10 K)を通じて、高純度のHasA−レドキシン複合体を乾燥回収させる処理、
(b2)沈殿させた蛋白質複合体を50mMグリシンNaOH(pH9.0)緩衝液中に再溶解後、遠心沈殿させて沈殿回収させる処理、
(b3)該50mMグリシンNaOH のpHがpH9.0〜pH11.0である処理。
[4] The production according to [2], wherein the centrifugal precipitation treatment in the second step is a precipitation treatment involving gravity; and the second step includes the following treatments (b1) to (b3): Method.
(B1) From the aqueous solution of the oxidation product obtained in the first step, the HasA-redoxin complex is subjected to high-purity HasA-redoxin complex through re-centrifugal filtration (Vivaspin 2-10 K) of the centrifugal supernatant fraction. Treatment to dry and recover the body,
(B2) a process of re-dissolving the precipitated protein complex in a 50 mM glycine NaOH (pH 9.0) buffer solution, centrifugally precipitating and recovering the precipitate;
(B3) Treatment in which the pH of the 50 mM glycine NaOH is pH 9.0 to pH 11.0.

[5]前記第2の工程における沈殿回収処理が膜ろ過であって;且つ該第2の工程が以下の(c1)〜(c3)の処理を含む、[2]に記載の製造方法。
(c1)第1の工程で得られた酸化生成物の水溶液から、HasA−レドキシン複合体をガラスビーズや膜処理を用い固形部を分離回収させる処理、
(c2)分離回収生成物を更に50mMグリシンNaOH(pH9.0)緩衝液中に再溶解して、ガラスビーズや膜処理を用い固形部を分離回収させる処理、
(c3)分離回収生成物を脱水乾燥する処理の工程。
[5] The production method according to [2], wherein the precipitation recovery process in the second step is membrane filtration; and the second step includes the following processes (c1) to (c3).
(C1) treatment for separating and recovering the solid portion of the HasA-redoxin complex from the aqueous solution of the oxidation product obtained in the first step using glass beads or membrane treatment;
(C2) A process of further redissolving the separated and recovered product in a 50 mM glycine NaOH (pH 9.0) buffer, and separating and recovering the solid part using glass beads or membrane treatment,
(C3) A process of dehydrating and drying the separated and recovered product.

[6]前記第2の工程で得られた遠心沈殿のHasA−レドキシン複合体を紛体化処理する[1]〜[4]のいずれか1項に記載のHasA−レドキシン複合体の製造方法。   [6] The method for producing a HasA-redoxin complex according to any one of [1] to [4], wherein the centrifugally precipitated HasA-redoxin complex obtained in the second step is powdered.

[7]植物由来のHasA−レドキシン複合体であって;且つ、NAD(H)及び/又はNADP(H)の不存在下においても、過酸化水素との反応性を有することを特徴とする蛋白質複合体。   [7] A plant-derived HasA-redoxin complex; and a protein having reactivity with hydrogen peroxide even in the absence of NAD (H) and / or NADP (H) Complex.

[8] 不斉酸化活性及び/又はカタラーゼ活性を有する細胞小器官に起因する機能を有する[7]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [8] The HasA-redoxin complex according to [7], which has a function attributable to an organelle having asymmetric oxidation activity and / or catalase activity.

[9] 前記レドキシンが膜蛋白質及び/又はその近傍に存在し、IRP、IRE,IRRの何れか1つ以上の鉄イオウクラスタと複合体を形成した[8]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [9] The HasA-redoxin complex according to [8], wherein the redoxin is present in a membrane protein and / or in the vicinity thereof and forms a complex with one or more iron sulfur clusters of IRP, IRE, and IRR.

[10] 前記レドキシンが蛍光菌、緑膿菌、結核菌、マラリア菌由来HasAと複合体を形成でき、且つ、カタラーゼ活性が局在する膜蛋白質に由来するものである[8]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [10] The HasA according to [8], wherein the redoxin is derived from a membrane protein capable of forming a complex with a fluorescent bacterium, Pseudomonas aeruginosa, tuberculosis bacterium, or malaria bacterium HasA and having localized catalase activity. -Redoxin complex.

[11]前記レドキシンが膜蛋白質及び/又はその近傍に存在し、HasAにフェレドキシン、アドレノドキシン、ルブレドキシンの何れか1つ以上の鉄イオウクラスタと複合体を形成した[8]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [11] The HasA- described in [8], wherein the redoxin is present in a membrane protein and / or in the vicinity thereof, and has formed a complex with one or more iron-sulfur clusters of ferredoxin, adrenodoxin, and rubredoxin in HasA. Redoxin complex.

[12]そのFT−IRスペクトルにおいて、950cm−1〜1250cm−1領域に少なくとも、鉄−硫黄酸化物(S−OとFe−O)のバイブレーションピークを有する[7]〜[11]のいずれか1項に記載のHasA−レドキシン複合体。 [12] Any of [7] to [11] having a vibration peak of iron-sulfur oxide (S—O and Fe—O) at least in the 950 cm −1 to 1250 cm −1 region in the FT-IR spectrum. The HasA-redoxin complex according to item 1.

[13] 該領域がレドキシン内アミノ酸システインの空気酸化により生じる鉄−硫黄酸化物(S−O又はFe−O)由来のピークである[12]記載のHasA−レドキシン複合体。   [13] The HasA-redoxin complex according to [12], wherein the region is a peak derived from iron-sulfur oxide (SO or Fe-O) generated by air oxidation of the amino acid cysteine in redoxin.

[14]そのN末端から33番目のアミノ酸までのアミノ酸配列として、以下の配列:
MSXaSISYSTXb YATNTVAQYLXa DWXbAYFGDLNHRE
(XaはおそらくCys、Xbは不明)を含む成分であって;且つ、NAD(H)及び/又はNADP(H)の不存在下においても、過酸化水素との反応性を有する成分を含む[7]〜[13]のいずれか1項に記載のHasA−レドキシン複合体。
[14] As an amino acid sequence from the N-terminal to the 33rd amino acid, the following sequence:
MSX a SSISTX b YATNTVAQYLX a DWX b AYFGDLNHRE
(X a is probably Cys, X b is unknown); and a component having reactivity with hydrogen peroxide in the absence of NAD (H) and / or NADP (H) The HasA-redoxin complex according to any one of [7] to [13].

[15] 前記配列より支持されるHasA−レドキシン複合体が、ヘム捕獲タンパク質(HasA)とフェレドキシン、アドレノドキシン、ルブレドキシンよりなる複合体に由来する[13]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [15] The HasA-redoxin complex according to [13], wherein the HasA-redoxin complex supported by the sequence is derived from a complex consisting of heme capture protein (HasA), ferredoxin, adrenodoxin, and rubredoxin.

[16] 前記HasAが、蛍光菌、緑膿菌、及び/又は結核菌由来であって、大腸菌を含む微生物発現されたHasAに由来する[15]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [16] The HasA-redoxin complex according to [15], wherein the HasA is derived from fluorescent bacteria, Pseudomonas aeruginosa, and / or Mycobacterium tuberculosis and derived from microorganisms expressed HasA including Escherichia coli.

[17] 前記微生物発現HasAの不斉酸化反応の発現には、溶存酸素存在下によるHasA−レドキシン複合体生成の期間(2〜3日)を要する[16]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [17] The HasA-redoxin complex according to [16], which requires a period (2 to 3 days) of generating a HasA-redoxin complex in the presence of dissolved oxygen for the expression of the asymmetric oxidation reaction of the microorganism-expressed HasA.

[18] 前記HasA−レドキシン複合体が、高分子化合物コーティングされている[7]〜[17]のいずれか1項に記載のHasA−レドキシン複合体。   [18] The HasA-redoxin complex according to any one of [7] to [17], wherein the HasA-redoxin complex is coated with a polymer compound.

[19] 前記HasA−レドキシン複合体が、架橋化処理されている[7]〜[17]のいずれか1項に記載のHasA−レドキシン複合体。   [19] The HasA-redoxin complex according to any one of [7] to [17], wherein the HasA-redoxin complex is crosslinked.

[20] 基質たるラセミ体アルコールに、[7]〜[19]のいずれか1項に記載のHasA−レドキシン複合体を作用させて、該ラセミ体アルコールの一方の鏡像体を選択的に得ることを特徴とする光学活性アルコールの製造方法。   [20] Selectively obtaining one enantiomer of the racemic alcohol by allowing the HasA-redoxin complex described in any one of [7] to [19] to act on the racemic alcohol as a substrate. A process for producing an optically active alcohol characterized by

[21]前記微生物発現HasAの不斉酸化反応の発現には、溶存酸素存在下によるHasA−レドキシン複合体生成の期間(2〜3日)要する[16]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [21] The HasA-redoxin complex according to [16], wherein the asymmetric oxidation reaction of the microorganism-expressed HasA requires a period of formation of a HasA-redoxin complex (2 to 3 days) in the presence of dissolved oxygen.

[22] 前記HasA−レドキシン複合体が、高分子化合物コーティングされている[7]〜[21]のいずれか1項に記載のHasA−レドキシン複合体。   [22] The HasA-redoxin complex according to any one of [7] to [21], wherein the HasA-redoxin complex is coated with a polymer compound.

[23]前記HasA−レドキシン複合体が、架橋化処理されている[7]〜[21]のいずれか1項に記載のHasA−レドキシン複合体。   [23] The HasA-redoxin complex according to any one of [7] to [21], wherein the HasA-redoxin complex is subjected to a crosslinking treatment.

[24]基質たるラセミ体アルコールに、[7]〜[23]のいずれか1項に記載のHasA−レドキシン複合体を作用させて、該ラセミ体アルコールの一方の鏡像体を選択的に得ることを特徴とする光学活性アルコールの製造方法。   [24] Selectively obtaining one enantiomer of the racemic alcohol by allowing the HasA-redoxin complex according to any one of [7] to [23] to act on the racemic alcohol as a substrate. A process for producing an optically active alcohol characterized by

[25]前記ラセミ体アルコールの一方の鏡像体を選択的にケトンへ不斉酸化することにより、反応に関わらない他方の鏡像体を選択的に得る、[24]に記載の光学活性アルコールの製造方法。   [25] The production of the optically active alcohol according to [24], wherein one enantiomer of the racemic alcohol is selectively asymmetrically oxidized to a ketone to selectively obtain the other enantiomer that is not involved in the reaction. Method.

[26] [10]に記載の沈殿されたHasA−レドキシン複合体を用い、反応系における溶媒として水を用いる[25]に記載の光学活性アルコールの製造方法。   [26] The method for producing an optically active alcohol according to [25], wherein the precipitated HasA-redoxin complex according to [10] is used and water is used as a solvent in the reaction system.

[27] [23]に記載の架橋化処理されたHasA−レドキシン複合体を用い、反応系における溶媒としてグリシンNaOH緩衝液(50mM,pH9.0)を用いる[24]に記載の光学活性アルコールの製造方法。   [27] The optically active alcohol according to [24], wherein the cross-linked HasA-redoxin complex according to [23] is used, and a glycine NaOH buffer (50 mM, pH 9.0) is used as a solvent in the reaction system. Production method.

[28][22]に記載のPEG処理されたHasA−レドキシン複合体を用い、反応系における水溶媒系の補助溶媒として、3%以下のDMSO,IPA,エタノールからなる群から選ばれる何れの溶媒を使用した場合でも、該蛋白質複合体が触媒活性を損なわない、[24]に記載の光学活性アルコールの製造方法。   [28] Any solvent selected from the group consisting of 3% or less of DMSO, IPA, and ethanol as a cosolvent of an aqueous solvent system in the reaction system using the PEG-treated HasA-redoxin complex according to [22] The method for producing an optically active alcohol according to [24], wherein the protein complex does not impair the catalytic activity even when used.

[29][23]に記載の架橋化処理されたHasA−レドキシン複合体を用い、反応系における補助溶媒として、DMSO(<2%(v/v))を用いる[12]に記載の光学活性アルコールの製造方法。   [29] The optical activity according to [12], wherein the cross-linked HasA-redoxin complex according to [23] is used and DMSO (<2% (v / v)) is used as a cosolvent in the reaction system. A method for producing alcohol.

[30] キャップフリー、ナノ酸素バブル水、又は酸素供給装置系の反応系において、触媒反応を行う[24]に記載の光学活性アルコールの製造方法。   [30] The method for producing an optically active alcohol according to [24], wherein a catalytic reaction is performed in a reaction system of cap-free, nano-oxygen bubble water, or an oxygen supply system.

[31] 反応系におけるHasA−レドキシン複合体の活性中心が、活性酸素種による鉄電子移動を伴うレドキシン内の不斉酸化反応である[24]に記載の光学活性アルコールの製造方法。   [31] The method for producing an optically active alcohol according to [24], wherein the active center of the HasA-redoxin complex in the reaction system is an asymmetric oxidation reaction in redoxin accompanied by iron electron transfer by reactive oxygen species.

[32] 前記過酸化水素との反応性が、前記HasA−レドキシン複合体(粒径50μm)の15mgを直径18mmφの試験管に入れ、これに5%過酸化水素水1.0mLを加えた際に、酸素の発生に基づき、肉眼で視認可能な泡を生ずるレベルの反応性である[7]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [32] When the reactivity with the hydrogen peroxide is 15 mg of the HasA-redoxin complex (particle size 50 μm) in a test tube having a diameter of 18 mmφ, 1.0 mL of 5% hydrogen peroxide water is added thereto. Furthermore, the HasA-redoxin complex according to [7], which has a level of reactivity that generates bubbles that are visible to the naked eye based on the generation of oxygen.

[33]前記複合体(粒径50μm)の20mgを、水溶媒系(4mL)にて、室温40℃、基質ラセミ−6−メトキシ−1−(2−ナフチル)エタノール(Rac−1)0.8mMの条件にて反応させた場合に、反応時間15時間における平均速度により算出した比活性として、10Unit 単位/g(per hour)以上の基質反応性を有する[7]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [33] 20 mg of the complex (particle size 50 μm) in an aqueous solvent system (4 mL) at room temperature 40 ° C., substrate racemic 6-methoxy-1- (2-naphthyl) ethanol (Rac-1) 0. The HasA-redoxin complex according to [7] having a substrate reactivity of 10 Unit / g (per hour) or more as a specific activity calculated by an average rate at a reaction time of 15 hours when the reaction is performed at 8 mM. body.

[34]前記複合体(粒径50μm)の20mgを、水溶媒系(4mL)にて、室温40℃、基質ラセミ−6−メトキシ−1−(2−ナフチル)エタノール(Rac−1)、0.8mMの条件にて反応させた場合に、反応時間15時間において、ナプロキセン前駆体(s−1)を与えるエナンチオ選択性が、95ee%以上である[7]に記載のHasA−レドキシン複合体。   [34] 20 mg of the complex (particle size 50 μm) in an aqueous solvent system (4 mL) at room temperature 40 ° C., substrate racemic-6-methoxy-1- (2-naphthyl) ethanol (Rac-1), 0 The HasA-redoxin complex according to [7], wherein the enantioselectivity that gives the naproxen precursor (s-1) is 95ee% or more when the reaction is carried out at 8 mM.

[35]前記第2の工程における遠心沈殿処理後の高分子化合物(PEG)コーティング処理にて、溶媒重量の1%〜2%の有機溶媒(トルエン、アセトニトリル、グルタルアルデヒド等)を用いる[1]に記載の製造方法。   [35] An organic solvent (toluene, acetonitrile, glutaraldehyde, etc.) of 1% to 2% of the solvent weight is used in the polymer compound (PEG) coating treatment after the centrifugal precipitation treatment in the second step [1] The manufacturing method as described in.

[36]前記過酸化水素との反応性が、デジタル式過酸化水素濃度計による測定において、基質2mM−過酸化水素(1mL)中5分間の反応において、1μM−Haq.を分解できる量が200μg以下である[7]に記載のHasA−レドキシン複合体。 [36] The reactivity with hydrogen peroxide is 1 μM-H 2 O 2 aq. In a reaction for 5 minutes in a substrate 2 mM hydrogen peroxide (1 mL) as measured by a digital hydrogen peroxide concentration meter. The HasA-redoxin complex according to [7], wherein an amount capable of degrading is 200 μg or less.

本発明は、以下の態様をも含むことができる。   The present invention can also include the following aspects.

[A33] 固定化用の担体と、該担体に固定化されたHasA−レドキシン複合体とを含む固定化HasA−レドキシン複合体。 [A33] An immobilized HasA-redoxin complex comprising a carrier for immobilization and a HasA-redoxin complex immobilized on the carrier.

[A34] 前記担体が、微粒子化および/又は多孔質の担体である[A33]に記載の固定化HasA−レドキシン複合体。 [A34] The immobilized HasA-redoxin complex according to [A33], wherein the carrier is a micronized and / or porous carrier.

[A35] 前記多孔質担体が、無機質担体、有機質担体、または無機−有機ハイブリッド担体のいずれかである[A33]または[A34]のいずれか1項に記載の固定化HasA−レドキシン複合体。 [A35] The immobilized HasA-redoxin complex according to any one of [A33] or [A34], wherein the porous carrier is any one of an inorganic carrier, an organic carrier, and an inorganic-organic hybrid carrier.

[A36] 前記HasA−レドキシン複合体の多孔質担体への固定化が、吸着によるものである[A33]〜[A35]のいずれか1項に記載の固定化HasA−レドキシン複合体。 [A36] The immobilized HasA-redoxin complex according to any one of [A33] to [A35], wherein the HasA-redoxin complex is immobilized on a porous carrier by adsorption.

[A37] 以下の(a)〜(c)の工程を含む測定方法により測定された「生成ケトンへの変換率」が45%以下である[A33]〜[A36]のいずれか1項に記載の固定化HasA−レドキシン複合体。 [A37] The method according to any one of [A33] to [A36], wherein the “conversion rate to the product ketone” measured by a measurement method including the following steps (a) to (c) is 45% or less. Immobilized HasA-redoxin complex.

(a)大腸菌により発現させた蛍光菌HasA溶液(濃度:1.8mg/mL)の5mLを遠心管内に入れ、次いでスクリーニング対象たる「担体サンプル」(1000mg)を該遠心管内に投下し、振とう機を用いて、「8の字振盪」、500〜700回/分で48時間撹拌して、蛍光菌HasAを担体サンプルに固定化する。   (A) 5 mL of fluorescent bacteria HasA solution (concentration: 1.8 mg / mL) expressed by E. coli is placed in a centrifuge tube, and then a “carrier sample” (1000 mg) to be screened is dropped into the centrifuge tube and shaken. Using a machine, stir at “8-shape shaking” at 500 to 700 times / min for 48 hours to immobilize the fluorescent bacterium HasA on the carrier sample.

(b)前記固定化操作後の「HasA溶液残渣」を採取する。   (B) Collect “HasA solution residue” after the immobilization operation.

(c)該HasA残渣(0.2mL/イオン交換水 4mL)に、基質rac−1(0.4mg)を添加し、50時間、撹拌子による攪拌下で反応させた後、生成したケトン変換率(%)を測定する。   (C) Substrate rac-1 (0.4 mg) was added to the HasA residue (0.2 mL / ion-exchanged water 4 mL) and reacted with stirring with a stirrer for 50 hours, and then the ketone conversion rate produced (%) Is measured.

[A38] 前記固定化したHasA−レドキシン複合体を第1回目の反応に供し、その後該複合体を回収し、更に該回収した複合体について「50h生成ケトンのパーセンテージ」を測定した場合に、該「50h生成ケトンのパーセンテージ」の値が、30%以上である[A33]〜[A37]のいずれか1項に記載の固定化HasA−レドキシン複合体。 [A38] When the immobilized HasA-redoxin complex is subjected to the first reaction, and then the complex is recovered, and when the “percentage of 50 h produced ketone” is measured for the recovered complex, The immobilized HasA-redoxin complex according to any one of [A33] to [A37], wherein the value of “percentage of 50 h-generated ketone” is 30% or more.

本発明の特徴としては、例えば、以下の5点を挙げることができる。
(a)ヘモホア(HasA)遺伝子は既知であるため、日本を含む193か国が加盟している1993年12月29日に発効した生物多様性条約(CBC:Convention on Biological Diversity)、及び2010年10月の生物遺伝資源の利用と利益配分(ABS:Access and Benefit-Sharing)に関わる名古屋議定書に関連する、微生物遺伝資源には属さないこと。
(b)高等植物由来HasA−レドキシン複合体であるので、未使用生物資源(バイオマス)の不斉酸化触媒への有効利用であること。
(c)微生物発現HasAを酸素存在下、HasA−レドキシン複合体を形成後、2級アルコールの不斉酸化反応へ有効利用すること。
(d)該HasA−レドキシン複合体が、酸素の存在下、活性酸素種の再合成系を通じて、2級アルコールの不斉酸化反応を触媒すること。
従って、本発明によれば、植物由来及び/又は微生物発現から作られる2級アルコールの不斉酸化反応を有するHasA−レドキシン複合体が提供される。
Examples of the features of the present invention include the following five points.
(A) Since the hemophore (HasA) gene is known, the Convention on Biological Diversity (CBC) entered into force on December 29, 1993 to which 193 countries including Japan joined, and 2010 Do not belong to microbial genetic resources related to the Nagoya Protocol related to Access and Benefit-Sharing (ABS) in October.
(B) Since it is a higher plant-derived HasA-redoxin complex, it should be used effectively as an asymmetric oxidation catalyst for unused biological resources (biomass).
(C) Effective utilization of the microorganism-expressed HasA for the asymmetric oxidation reaction of secondary alcohol after forming a HasA-redoxin complex in the presence of oxygen.
(D) The HasA-redoxin complex catalyzes an asymmetric oxidation reaction of a secondary alcohol through a resynthesis system of active oxygen species in the presence of oxygen.
Therefore, according to the present invention, a HasA-redoxin complex having an asymmetric oxidation reaction of a secondary alcohol produced from a plant and / or microbial expression is provided.

上述したように本発明によれば、実用的な不斉酸化反応を触媒する活性を付与した植物由来のHasA−レドキシン複合体、及び/又は微生物発現由来のHasA−レドキシン複合体が提供される。
本発明によれば、更に、このような植物由来のHasA−レドキシン複合体の紛体化に関わる好適な製造方法により、本発明のHasA−レドキシン複合体(以下、MEと称す。)を、環境に優しく低コスト生産を実現する、新規な不斉酸化触媒として提供することができる。
As described above, according to the present invention, a plant-derived HasA-redoxin complex and / or a microorganism-expressed HasA-redoxin complex imparted with an activity for catalyzing a practical asymmetric oxidation reaction is provided.
According to the present invention, the HasA-redoxin complex of the present invention (hereinafter referred to as ME) is further put into the environment by a suitable production method relating to powdering of such plant-derived HasA-redoxin complex. It can be provided as a novel asymmetric oxidation catalyst that can realize low-cost production gently.

植物由来HasA−レドキシン複合体(以下、PP−HasAと称す)の精製方法の一態様を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the one aspect | mode of the purification method of plant origin HasA-redoxin complex (henceforth PP-HasA). 微生物発現HasA−レドキシン複合体(以下、HasApfと称す)の製造方法の一態様を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the one aspect | mode of the manufacturing method of microorganisms expression HasA-redoxin complex (henceforth HasApf). PP−HasAとHasApfの構成元素分析の結果を示すグラフ及び表の一例である。It is an example of the graph and table | surface which show the result of the structural element analysis of PP-HasA and HasApf. PP−HasAとHasApfのFTIRの結果の一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the result of FTIR of PP-HasA and HasApf. 第1工程にて得られるHasA−レドキシン複合体水溶液(以下、PCと称す)を遠心分離して得られる各分取フラクション(上清み(Supernatant)、沈殿物(PC precipitate))とその沈殿物をセルロースコーティング(CM-Cellulose coating PC)又はグルタルアルデヒド架橋(CLPC)後にFD乾燥したサンプルの不斉酸化活性を示すグラフである。Preparative fractions (supernatant, precipitate (PC precipitate)) obtained by centrifuging the HasA-redoxin complex aqueous solution (hereinafter referred to as PC) obtained in the first step and the precipitates thereof. It is a graph which shows the asymmetric oxidation activity of the sample which carried out FD drying after cellulose coating (CM-Cellulose coating PC) or glutaraldehyde bridge | crosslinking (CLPC).

図1の遠心分離して得られる各上清画分;PC(A)、ME(B)、Vivaspin 2-10K処理後のB(C)、不斉酸化反応後のC(D)のSDS−PAGE結果の一例を示す写真である。Each supernatant fraction obtained by centrifugation in FIG. 1; SDS (PC (A), ME (B), B (C) after treatment with Vivaspin 2-10K, and C (D) after asymmetric oxidation reaction It is a photograph which shows an example of a PAGE result. 図2の大腸菌発現させた蛍光菌HasA遺伝子(HasApf)による0.8mM基質ラセミ−1−(2−ナフチル)エタノール(以下、Rac−2と称す)のナノ酸素バブル水溶媒(5.0mL)における不斉酸化反応を示すグラフである。In the nano oxygen bubble aqueous solvent (5.0 mL) of 0.8 mM substrate racemic-1- (2-naphthyl) ethanol (hereinafter referred to as Rac-2) by the fluorescent bacteria HasA gene (HasApf) expressed in E. coli in FIG. It is a graph which shows asymmetric oxidation reaction. 大腸菌発現HasApfによる不斉酸化反応の際のDOの変化を示すグラフの一例である。It is an example of the graph which shows the change of DO in the asymmetric oxidation reaction by Escherichia coli expression HasApf. PP−HasA(a)とHasApf(b)のESRスペクトルの違いの一例を示すグラフである。It is a graph which shows an example of the difference of ESR spectrum of PP-HasA (a) and HasApf (b). エンドウ蛋白(PP)中の菌体同定と蛍光菌HasA(PP−HasA) 精製プロセス各画分の不斉酸化活性強度における一態様を表す概念図である。It is a conceptual diagram showing the one aspect | mode in the asymmetric oxidation activity intensity | strength of each cell identification and fluorescent-bacteria HasA (PP-HasA) refinement | purification process in a pea protein (PP).

図6のバンド2のN末シーケンスで検出された33アミノ酸の結果と引き続くBLAST解析により得られた蛍光菌HasAの遺伝子情報を示す。また、レドキシンのアミノ酸配列からCysの一例を示す。FIG. 7 shows the result of 33 amino acids detected in the N-terminal sequence of band 2 in FIG. 6 and the gene information of the fluorescent bacterium HasA obtained by the subsequent BLAST analysis. Moreover, an example of Cys is shown from the amino acid sequence of redoxin. 図6のバンド2のN末シーケンスで検出された33アミノ酸の結果と引き続くBLAST解析により得られた蛍光菌HasAの遺伝子情報を示す。また、レドキシンのアミノ酸配列からCysの一例を示す。FIG. 7 shows the result of 33 amino acids detected in the N-terminal sequence of band 2 in FIG. 6 and the gene information of the fluorescent bacterium HasA obtained by the subsequent BLAST analysis. Moreover, an example of Cys is shown from the amino acid sequence of redoxin. 第1工程で得られる乾燥PC、CMME、AGMEの蒸留水又はナノ酸素バブル水−溶媒(5.0mL)中、基質Rac−2(0.8mM)に対する不斉酸化比活性(Unit(mg・min))をまとめた表である。Asymmetric oxidation specific activity (Unit (mg · min) for substrate Rac-2 (0.8 mM) in distilled water or nano oxygen bubble water-solvent (5.0 mL) of dry PC, CMME, AGME obtained in the first step )). DMSO補助溶媒のナノ酸素バブル水−溶媒(5.0mL)中、基質Rac−2(0.8mM)に対する不斉酸化に及ぼす影響を示したグラフの一例である。It is an example of the graph which showed the influence which acts on the asymmetric oxidation with respect to substrate Rac-2 (0.8 mM) in nano oxygen bubble water-solvent (5.0 mL) of DMSO co-solvent. CMMEとAGME不斉酸化反応を用いる、ナノ酸素バブル水−溶媒(5.0mL)中、基質Rac−2(1.2mM)に対する両鏡像体の使い分けに関する模式図である。It is a schematic diagram regarding proper use of both enantiomers for the substrate Rac-2 (1.2 mM) in nano oxygen bubble water-solvent (5.0 mL) using CMME and AGME asymmetric oxidation reaction. ヘム捕獲タンパク質(HasA)とヘム受取タンパク質(HasR)の分子機能に関わる一態様を示す模式図、および大腸菌発現させた蛍光菌HasA(HasApf)のゲノム配列(627bp)を示す図である。It is a figure which shows the one aspect | mode regarding the molecular function of a heme capture protein (HasA) and a heme receiving protein (HasR), and the figure which shows the genome sequence (627 bp) of fluorescent-bacteria HasA (HasApf) expressed by colon_bacillus | E._coli. pET28aベクターのゲノム配列(5369bp)を示す図である。It is a figure which shows the genome sequence (5369bp) of pET28a vector.

HasA−レドキシン複合体の活性酸素種−再合成系による、2級アルコール不斉酸化反応を示す模式図の一例である。It is an example of the schematic diagram which shows secondary alcohol asymmetric oxidation reaction by the reactive oxygen species-resynthesis system of HasA-redoxin complex. 本発明の蛋白質複合体を用いるナプロキセン前駆体の合成と;更なるナプロキセン合成を示す模式図の一例、及び、従来のナプロキセン合成フローを示す模式図の一例である。It is an example of the schematic diagram which shows the synthesis | combination of the naproxen precursor using the protein complex of this invention; and the further naproxen synthesis | combination, and the conventional naproxen synthesis flow. 大腸菌発現HasA遺伝子の精製後のSDS−PAGE結果である。It is an SDS-PAGE result after purification of an Escherichia coli expressed HasA gene. HasApf(0.36mg)による基質rac−2(0.4mg)/水溶媒中(4mL)不斉酸化反応の経時変化:光学純度(−●−:%ee),S−2(−□−:0.2mg),R−2(−○−:0.2mg),そして生成ケトン(−△−)。Substrate rac-2 (0.4 mg) / water solvent (4 mL) asymmetric oxidation reaction over time with HasApf (0.36 mg): optical purity (-●-:% ee), S-2 (-□-: 0.2 mg), R-2 (-O-: 0.2 mg), and the resulting ketone (-[Delta]-). 蛍光菌HasApf(0.36mg)/基質rac−2(0.4mg)/水溶媒中(4mL)の不斉酸化反応におけるUV測定結果(0h、24h、48h、72h後)である。It is a UV measurement result (after 0h, 24h, 48h, 72h) in the asymmetric oxidation reaction of fluorescent bacteria HasApf (0.36 mg) / substrate rac-2 (0.4 mg) / water solvent (4 mL).

蛍光菌HasApf/基質rac−2(rac−2)/水溶媒中(4mL)の不斉酸化反応0時間後と50時間後のESR測定結果である。It is an ESR measurement result after 0 hours and 50 hours after the asymmetric oxidation reaction in fluorescent bacteria HasApf / substrate rac-2 (rac-2) / water solvent (4 mL). 蛍光菌HasApf/基質rac−2(rac−2)/水溶媒中(4mL)の不斉酸化反応100時間後のESR測定結果である。It is an ESR measurement result 100 hours after asymmetric oxidation reaction in fluorescent bacteria HasApf / substrate rac-2 (rac-2) / water solvent (4 mL). HasA溶液(こげ茶色)/トヨナイトの2日振とう吸着後の透明度比較である。It is a transparency comparison after 2 days shake adsorption of HasA solution (dark brown) / toyonite. トヨナイト吸着後の1)HasA溶液残渣による生成ケトン%、2)各種トヨナイトによる生成ケトン%、3)光学純度の結果である。FIG. 3 shows the results of 1)% ketone produced by the residue of HasA solution after adsorption of toyonite, 2)% of ketone produced by various toyonite, and 3) optical purity.

Toyoniteの細孔分布である。It is a pore distribution of Toyonite. トヨナイトToyoniteのSEM写真である。It is a SEM photograph of Toyonite Toyonite. トヨナイトの4種類である。There are four types of toyonite. トヨナイトHasApf固定化担体(200と200A)の基質濃度と連続再利用の様子である。It is a state of the substrate concentration of Toyonite HasApf immobilization support (200 and 200A) and the state of continuous reuse.

トヨナイトHasApf固定化担体(200Pと200M)の基質濃度と連続再利用の様子である。It is a state of the substrate concentration of Toyonite HasApf immobilization support (200P and 200M) and continuous reuse. HasApfの不斉変換機構である。It is an asymmetric conversion mechanism of HasApf. ヘム代謝の経路である。It is a route of heme metabolism.

サイリックなデラセミ化反応の模式図1である。FIG. 1 is a schematic diagram 1 of a cyclic deracemization reaction. サイリックなデラセミ化反応の模式図2である。FIG. 2 is a schematic diagram 2 of a silic deracemization reaction.

以下、必要に応じて図面を参照しつつ、本発明を更に具体的に説明する。以下の記載において量比を表す「部」及び「%」は、特に断らない限り質量基準とする。   Hereinafter, the present invention will be described more specifically with reference to the drawings as necessary. In the following description, “part” and “%” representing the quantity ratio are based on mass unless otherwise specified.

(HasA−レドキシン複合体の概要)
本発明のHasA−レドキシン複合体の製法、物性および反応性の概要は、以下の通りである(これらの詳細は、順次後述する)。なお、本発明の好ましい一態様において、本発明の蛋白質複合体(PC)は、少なくとも鉄を含有する蛋白質複合体であって、そのFT−IRスペクトルにおいて、1085±50cm−1の領域に少なくとも1個のピークを有し、且つ、過酸化水素との反応において顕著に泡立ち、酸素を放出するものである。本発明の複合体は、その過酸化水素活性の発現においてNAD(H)の存在を必要としない(すなわち、本発明の複合体は、NAD(H)の不存在下においても、過酸化水素活性の発現が可能である)。これは、レドキシン(鉄イオウクラスタ)が、Fe電子移動系に基づく活性酸素種の生成の活性中心と働き、NAD(H)様に該過酸化水素への電子供与体として機能するためであると推定することができる。
(Overview of HasA-redoxin complex)
The outline of the production method, physical properties, and reactivity of the HasA-redoxin complex of the present invention is as follows (the details will be sequentially described later). In one preferred embodiment of the present invention, the protein complex (PC) of the present invention is a protein complex containing at least iron, and in the FT-IR spectrum, at least 1 in the region of 1085 ± 50 cm −1. It has a number of peaks and remarkably bubbles in the reaction with hydrogen peroxide, releasing oxygen. The complex of the present invention does not require the presence of NAD (H) in its expression of hydrogen peroxide activity (i.e., the complex of the present invention exhibits hydrogen peroxide activity even in the absence of NAD (H). Expression is possible). This is because redoxin (iron-sulfur cluster) works as an active center for the generation of reactive oxygen species based on the Fe electron transfer system and functions as an electron donor to the hydrogen peroxide like NAD (H). Can be estimated.

<製法>
後述するHasAの製法により、植物由来のタンパク質から、または遺伝子工学的手法により、HasAを得る。次いで、該HasAを所定の処理(例えば、ゲル包括化→空気酸化→水溶液に溶出)に供して、本発明のHasA−レドキシン複合体を得ることができる。
<Production method>
HasA is obtained from a plant-derived protein by a method for producing HasA, which will be described later, or by genetic engineering techniques. Then, the HasA can be subjected to a predetermined treatment (for example, gel inclusion → air oxidation → elution into an aqueous solution) to obtain the HasA-redoxin complex of the present invention.

<物性>
本発明の蛋白質複合体は、そのFT−IRスペクトルにおいて、1085±50cm−1の領域に少なくとも1個のピークを有する。なお、本発明の好ましい一態様において、本発明のHasA−レドキシン複合体は、少なくとも鉄と硫黄を含有するHasA−レドキシン複合体であって、そのFT−IRスペクトルにおいて、950cm−1〜1250cm−1の領域に、S−OとFe−Oバイブレーションの強いピークを有する。HasA−レドキシン複合体のN末端から33番目のアミノ酸までのアミノ酸配列が、以下の配列である。
MSCSISYST* YATNTVAQYL CDW*AYFGDL NHRE、
<Physical properties>
The protein complex of the present invention has at least one peak in the region of 1085 ± 50 cm −1 in its FT-IR spectrum. Note that in the preferred embodiment of the present invention, HasA- redoxin complexes of the present invention is a HasA- redoxin complexes containing at least iron and the sulfur in its FT-IR spectrum, 950cm -1 ~1250cm -1 In this region, there are strong peaks of S—O and Fe—O vibrations. The amino acid sequence from the N-terminal to the 33rd amino acid of the HasA-redoxin complex is the following sequence.
MSCSISST * YATNTVAQYL CDW * AYFGDL NHRE,

<反応性−カタラーゼ活性>
(カタラーゼ活性の測定法−1)
上述したように、本発明のHasA−レドキシン複合体は、不斉酸化活性に加えてカタラーゼ活性を有する。このカタラーゼ活性は、前述したように、過酸化水素(H)と反応して酸素を放出する性質がある。粒径50μmの本発明のAG/CM−MEを、直径18mmφの試験管に15mg入れ、5%過酸化水素水1.0mLを加えた際における、酸素発生に基づく「泡発生」レベルによって、好適に評価することができる(後述する表3を参照)。
<Reactivity-catalase activity>
(Method for measuring catalase activity-1)
As described above, the HasA-redoxin complex of the present invention has catalase activity in addition to asymmetric oxidation activity. As described above, this catalase activity has a property of reacting with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to release oxygen. The AG / CM-ME of the present invention having a particle size of 50 μm is suitable depending on the “bubble generation” level based on oxygen generation when 15 mg is put into a test tube having a diameter of 18 mmφ and 1.0 mL of 5% hydrogen peroxide water is added. (See Table 3 below).

この「泡発生」レベルの確認においては、酸素発生に基づく「泡発生」が肉眼で視認可能であれば足りる。より具体的には、「泡発生」レベル(ないし泡発生の試験管内における「高さ」)が、2mm以上であることが好ましい。更には、該泡発生の「高さ」は、5mm以上(更には8mm以上、特許10mm以上)であることが更に好ましい。   In the confirmation of the “bubble generation” level, it is sufficient if “bubble generation” based on oxygen generation is visible with the naked eye. More specifically, the “bubble generation” level (or “height” in the bubble generation test tube) is preferably 2 mm or more. Further, the “height” of the bubble generation is more preferably 5 mm or more (more preferably 8 mm or more, patent 10 mm or more).

(カタラーゼ活性の測定法−2)
他方、カタラーゼ活性は、上記反応における「過酸化水素」の消費量を測定することによっても、好適に評価することができる(後述する表3を参照)。
(Method for measuring catalase activity-2)
On the other hand, the catalase activity can also be suitably evaluated by measuring the consumption amount of “hydrogen peroxide” in the above reaction (see Table 3 described later).

より具体的には、後述する実施例に示すように、市販の「パックテスト」((株)共立理化学研究所製)を用いて、反応後の「過酸化水素」の残存量を測定することができる。この測定方法は、例えば、候補物質の「スクリーニング」等に好適に使用可能である。   More specifically, as shown in the examples described later, the residual amount of “hydrogen peroxide” after the reaction is measured using a commercially available “pack test” (manufactured by Kyoritsu Riken). Can do. This measurement method can be suitably used, for example, for “screening” of candidate substances.

(カタラーゼ活性の測定法−3)
更に、後述する実施例に示すように、市販の「デジタル式 過酸化水素濃度計」、反応後の「過酸化水素」の残存量を測定し、これに基づき、本発明におけるAG/CM−ME量の過酸化水素分解反応に対する比活性を測定することができる。
(Measurement method of catalase activity-3)
Further, as shown in the examples described later, a commercially available “digital hydrogen peroxide concentration meter” and the residual amount of “hydrogen peroxide” after the reaction were measured, and based on this, the AG / CM-ME in the present invention was measured. The specific activity for the amount of hydrogen peroxide decomposition reaction can be measured.

「デジタル式 過酸化水素濃度計」を用いた場合の、本発明の鉄含有HasApf−レドキシン複合体の過酸化水素分解反応に対する比活性(基質2mM−過酸化水素(1mL)中5分間の反応において、1μM−Hを分解できるAG/CM−ME量量)は、200μgであることが好ましく、更には150μg(特に130μg)であることが好ましい。この場合のユニットは、本発明の鉄含有HasApf−レドキシン複合体が「AG/CM−ME量」である態様においては、その過酸化水素分解反応に対する比活性(1μM−Hを分解できるAG/CM−ME量が、100μgであることが好ましく、更には80μg(特に60μg)であることが好ましい。 Specific activity of the iron-containing HasApf-redoxin complex of the present invention with respect to the hydrogen peroxide decomposition reaction in the case of using a “digital hydrogen peroxide concentration meter” (in the reaction for 5 minutes in the substrate 2 mM-hydrogen peroxide (1 mL)) The amount of AG / CM-ME that can decompose 1 μM-H 2 O 2 is preferably 200 μg, more preferably 150 μg (particularly 130 μg). In the embodiment in which the iron-containing HasApf-redoxin complex of the present invention has an “AG / CM-ME amount”, the specific activity (1 μM-H 2 O 2 can be decomposed with respect to the hydrogen peroxide decomposition reaction). The amount of AG / CM-ME is preferably 100 μg, more preferably 80 μg (particularly 60 μg).

<反応性−不斉酸化活性>
<不斉酸化活性−測定法1>
本発明のHasA−レドキシン複合体(粒径50μm)の20mgを、水溶媒系(4mL)にて、室温40℃、基質ラセミ−6−メトキシ−1−(2−ナフチル)エタノール(Rac−1)0.8mMの条件にて反応させた場合に、反応時間15時間における平均速度により算出した比活性として、10Unit 単位/g(per hour)以上の基質反応性を有す。
<Reactivity-Asymmetric oxidation activity>
<Asymmetric oxidation activity-Measurement method 1>
20 mg of the HasA-redoxin complex (particle size 50 μm) of the present invention was used in an aqueous solvent system (4 mL) at a room temperature of 40 ° C. and a substrate racemic-6-methoxy-1- (2-naphthyl) ethanol (Rac-1). When the reaction is carried out under the condition of 0.8 mM, it has a substrate reactivity of 10 Unit / g (per hour) or more as the specific activity calculated by the average rate at a reaction time of 15 hours.

<不斉酸化活性−測定法2>
本発明のHasA−レドキシン複合体(粒径50μm)の20mgを、水溶媒系(4mL)にて、室温40℃、基質ラセミ−6−メトキシ−1−(2−ナフチル)エタノール(Rac−1)、0.8mMの条件にて反応させた場合に、反応時間15時間において、ナプロキセン前駆体(s−1)を与えるエナンチオ選択性が、95ee%以上である。
<Asymmetric oxidation activity-measurement method 2>
20 mg of the HasA-redoxin complex (particle size 50 μm) of the present invention was used in an aqueous solvent system (4 mL) at a room temperature of 40 ° C. and a substrate racemic-6-methoxy-1- (2-naphthyl) ethanol (Rac-1). When the reaction is carried out under the condition of 0.8 mM, the enantioselectivity giving the naproxen precursor (s-1) is 95ee% or more at a reaction time of 15 hours.

(HasA−レドキシン複合体の製造方法)
以下、本発明の好ましい一態様における、PEG凝集沈殿−蛋白質複合体の製造方法について述べる。
(Method for producing HasA-redoxin complex)
Hereinafter, a method for producing a PEG aggregation precipitation-protein complex in one preferred embodiment of the present invention will be described.

この態様において、HasA−レドキシン複合体の製造方法は、植物由来水溶性粗蛋白質をゲルに包括してゲルビーズを得る包括化処理、該ゲルビーズを空気酸化させる空気酸化処理、空気酸化された該ゲルビーズを水溶液に溶出させてHasA−レドキシン複合体(PC)水溶液を得る溶出処理を有する第1の工程と;前記PC水溶液に重力を掛けてHasA−レドキシン複合体(PC)を沈殿させる濃縮処理、該PC沈殿物を水溶液中にて高分子化合物と共存させ、更に重力を掛けてHasA−レドキシン複合体(ME)を沈殿、上清画分を遠心濾過器(分子量10kDa;例えば、Vivaspin 2-10 K)して濾過液を乾燥し、純ピンのHasA−レドキシン複合体を得るか、該沈殿物画分を直ちに凍結減圧乾燥(FD)処理して高分子化合物コーティング−HasA−レドキシン複合体とする第2の工程と、を含むことが特徴である。また、HasA遺伝子を大腸菌発現させ、ナノ酸素バブル水中2〜3日間振とうすることで、HasA−レドキシン複合体を作成できる、ことを特徴として含む。   In this embodiment, a method for producing a HasA-redoxin complex includes a packaging process in which a gel bead is obtained by encapsulating a plant-derived water-soluble crude protein in a gel, an air oxidation process in which the gel bead is air-oxidized, and an air-oxidized gel bead. A first step comprising an elution treatment for elution into an aqueous solution to obtain a HasA-redoxin complex (PC) aqueous solution; a concentration treatment for precipitating the HasA-redoxin complex (PC) by applying gravity to the aqueous PC solution; The precipitate is allowed to coexist with the polymer compound in an aqueous solution, and further gravity is applied to precipitate the HasA-redoxin complex (ME), and the supernatant fraction is centrifuged (molecular weight 10 kDa; for example, Vivaspin 2-10 K). The filtrate is dried to obtain a pure pin HasA-redoxin complex, or the precipitate fraction is immediately subjected to freeze-drying (FD) treatment to form a polymer compound. A second step of the coating -HasA- redoxin complex is characterized by including. Further, the present invention is characterized in that a HasA-redoxin complex can be prepared by expressing a HasA gene in E. coli and shaking for 2 to 3 days in nano oxygen bubble water.

(第1の工程;包括化処理)
この態様において、包括化処理では、まず、植物由来水溶性粗蛋白質をゲルに包括して疎水性の担体を得る。
(1st process; comprehensive processing)
In this embodiment, in the inclusion process, first, a plant-derived water-soluble crude protein is included in a gel to obtain a hydrophobic carrier.

ここで、植物由来水溶性粗蛋白質とは、植物から得られた粗蛋白質であり、市販のものを用いても、植物資源から直接抽出して用いても良い。市販品としては、オルガノフードテック株式会社より販売されている豌豆蛋白(商品名「エンドウたん白PP−CS」)などが挙げられる。   Here, the plant-derived water-soluble crude protein is a crude protein obtained from a plant, and either a commercially available product or a direct extract from a plant resource may be used. Examples of commercially available products include soybean protein (trade name “pea protein PP-CS”) sold by Organo Food Tech Co., Ltd.

このような「植物資源」としては、例えば、蕎麦、アマランサス、米、小麦、大麦、トウモロコシ、エンバク、ライ麦、粟、ヒエ、キビ、ハト麦、モロコシ等の穀類;小豆、インゲン豆、豌豆、リョクトウ、大豆等の豆類、更には一般的な草や雑草をも含めた、これらの種子、葉、茎、根、花、実の各植物組織も挙げられる。植物資源から粗蛋白質を抽出する方法は、特許文献1に開示されている方法などを適宜採用することが出来る。   Examples of such “plant resources” include cereals such as buckwheat, amaranth, rice, wheat, barley, corn, oat, rye, straw, millet, millet, pigeon, sorghum; These seeds, leaves, stems, roots, flowers, and fruit plant tissues including beans such as soybeans and general grasses and weeds are also included. As a method for extracting crude protein from plant resources, the method disclosed in Patent Document 1 can be appropriately employed.

蛍光菌Pseudomonas fluorescensPf-5は、他の微生物の成長を抑え、抗菌物質などの化合物を生産して宿主成長を促すため、農業分野では散布薬として利用されている。これらの根粒菌は、植物内細胞・組織に保持される共生細菌として、子孫の初期胚に伝達される。従って、蛍光菌Pseudomonas fluorescensPf-5が産生するヘモフォアHasA(鉄ポルフィリン錯体)は、BLAST解析ではヒットしないが「植物資源」から獲得できる。鉄及び鉄補欠分子族の代謝調節に関わる蛋白質:即ち、鉄代謝制御タンパク質(IRP: Iron Regulatory Protein)、鉄応答性エレメント(IRE:Iron Responsive Element)、ヘム生合成抑制的転写調節因子(IRR)、更には、フェレドキシン、アドレノドキシン、ルブレドキシンなども、「植物資源」から獲得できるバイオマスと言える。 The fluorescent bacterium Pseudomonas fluorescens Pf-5 is used as a spraying agent in the agricultural field because it suppresses the growth of other microorganisms and produces compounds such as antibacterial substances to promote host growth. These rhizobia are transmitted to progeny early embryos as symbiotic bacteria held in cells and tissues in plants. Therefore, hemophor HasA (iron porphyrin complex) produced by the fluorescent bacterium Pseudomonas fluorescens Pf-5 is not hit by BLAST analysis but can be obtained from “plant resources”. Proteins involved in metabolic regulation of iron and iron prosthetic groups: i.e., iron metabolism regulatory protein (IRP: I ron R egulatory P rotein), iron responsive element (IRE: I ron R esponsive E lement), heme biosynthesis inhibitory Transcriptional regulators (IRR), ferredoxin, adrenodoxin, rubredoxin, and the like can also be said to be biomass that can be obtained from “plant resources”.

該植物組織粉砕物の包括ゲルを得る具体的な方法としては、例えば、アルギン酸塩、デンプン、コンニャク、ポリアクリルアミドゲル及びポリビニルアルコール等のゲルの細かい格子の中に取り入れる(格子型)か、半透膜性の皮膜によって被覆する(マイクロカプセル型)包括法があるが、HasA−レドキシン複合体を植物組織より分離する上では、アルギン酸のカルシウム塩を用いた包括化法が安価で環境に優しく、かつ、包括操作と回収操作が平易な点で最も好ましい。   As a specific method for obtaining the entangled gel of the plant tissue pulverized product, for example, it is incorporated in a fine lattice of a gel such as alginate, starch, konjac, polyacrylamide gel and polyvinyl alcohol (lattice type) or semi-transparent. There is a packaging method (microcapsule type) covering with a membranous film, but in order to separate the HasA-redoxin complex from plant tissue, the packaging method using a calcium salt of alginic acid is inexpensive and environmentally friendly, and The comprehensive operation and the recovery operation are most preferable in terms of simplicity.

より具体的には、例えば、植物組織(種子、葉、茎、根、花、実)粉砕物を蒸留水に溶かした後、アルギン酸ナトリウム水溶液を加えて均一になるまで撹拌し、得られた混合液を塩化カルシウム水溶液中に滴下することで粗蛋白質ゲルを作成できる。ここで、塩化カルシウム水溶液の濃度は、0.5%〜1.0%(好ましくは0.6%)であることが好ましい。   More specifically, for example, a plant tissue (seed, leaves, stems, roots, flowers, fruits) pulverized product is dissolved in distilled water, and then an aqueous sodium alginate solution is added and stirred until uniform, and the resulting mixture is obtained. A crude protein gel can be prepared by dropping the solution into an aqueous calcium chloride solution. Here, the concentration of the aqueous calcium chloride solution is preferably 0.5% to 1.0% (preferably 0.6%).

(第1の工程;空気酸化処理)
本発明の好ましい一態様において、空気酸化処理では、前記ゲルをザルを用いて水溶液と分離し、空気静置することで空気酸化させる。該空気酸化処理は、30分〜3時間程度、より好ましくは1時間行うことで、最終的な本発明のHasA−レドキシン複合体をより高収率で得ることができる。この処理が粗蛋白質中HasAの、酸素によるヘム破壊、及びHasA−レドキシン(鉄イオウクラスタ)複合体形成を促している。更に、レドキシン中のシステインが酸素と結合して硫黄酸化物(Fe−O及びS−O)に変化する為、 “水溶液中への「滲み出し」効果”と同様に、“不斉酸化反応を有するHasA−レドキシン複合体を溶出させる効果”を生んでいる。従って、空気酸化処理が本発明のHasA−レドキシン複合体の製造方法の鍵であり、必要不可欠となる。
(First step; air oxidation treatment)
In a preferred embodiment of the present invention, in the air oxidation treatment, the gel is separated from the aqueous solution using a colander and air-oxidized by allowing to stand in air. The air oxidation treatment is performed for about 30 minutes to 3 hours, more preferably for 1 hour, whereby the final HasA-redoxin complex of the present invention can be obtained in a higher yield. This treatment promotes Heme destruction by oxygen and HasA-redoxin (iron-sulfur cluster) complex formation in the crude protein. In addition, since cysteine in redoxin binds to oxygen and changes to sulfur oxides (Fe-O and S-O), as well as the "exudation effect in aqueous solution", "asymmetric oxidation reaction" Therefore, the air oxidation treatment is the key to the production method of the HasA-redoxin complex of the present invention and is indispensable.

該粗蛋白質包括ゲルの空気酸化過程では、30℃以下が好ましく20℃以下にて、細菌増殖を抑える点に注意して処理することがより好ましい。温水抽出まで速やかに処理を要するが、どうしても必要な場合は、10℃以下4℃付近で該包括ゲルを冷蔵保存することもできるが、活性強度の劣化を防ぐことができない。   In the air oxidation process of the crude protein-encapsulating gel, it is preferably 30 ° C. or lower, and more preferably 20 ° C. or lower, with attention being paid to suppressing bacterial growth. The treatment needs to be performed promptly until the hot water extraction, but if it is absolutely necessary, the inclusion gel can be refrigerated at 10 ° C. or less and around 4 ° C., but the deterioration of the active strength cannot be prevented.

(第1の工程;溶出処理)
本発明の好ましい一態様において、溶出処理は、空気酸化された該植物組織−包括ゲルを温水振とうすることで、HasA−レドキシン複合体を溶出させて得ることである。溶出させる手段としては、温水中で該ゲルビーズを振とう/撹拌させることが好ましい。水は温水であることが好ましく、水温は30〜50℃であることが好ましい。振とうの回転数としては、該ゲルビーズが振れる範囲で適宜採用することが出来る。振とう時間としては、2〜4日程度が好ましく、3日(72時間)がより好ましい。振とう手段としては、恒温振とう培養器、撹拌調温タンクなどを用いることができる。
(First step; elution treatment)
In a preferred embodiment of the present invention, the elution treatment is obtained by eluting the HasA-redoxin complex by shaking the air-oxidized plant tissue-encapsulated gel with warm water. As a means for eluting, it is preferable to shake / stir the gel beads in warm water. The water is preferably warm water, and the water temperature is preferably 30 to 50 ° C. As the number of rotations of shaking, it can be appropriately employed within a range in which the gel beads can shake. The shaking time is preferably about 2 to 4 days, and more preferably 3 days (72 hours). As the shaking means, a constant temperature shake incubator, a stirring temperature control tank, or the like can be used.

該ゲルからHasA−レドキシン複合体の溶出が進むにつれて独特の硫黄臭が生じはじめ、30℃〜40℃での温水抽出の過程における細菌増殖も防げないが、硫黄臭が腐敗臭に変わる前までに、濃縮(遠心)操作とFD乾燥操作をより速やかに行うことが好ましい。細菌増殖を腐敗臭産生まで放置すると、1)活性強度の低下、2)立体選択性の消失の原因を招く。腐敗臭産生を防ぐには、該ゲルを10℃以下4℃付近で冷蔵保存することもできるが、その活性強度の低下は防げない。該ゲルからHasA−レドキシン複合体が溶出してできた水溶液を、以下、PCと称す。   As the elution of the HasA-redoxin complex proceeds from the gel, a unique sulfur odor begins to be produced, and bacterial growth in the process of hot water extraction at 30 ° C. to 40 ° C. cannot be prevented, but before the sulfur odor turns into a rotten odor. It is preferable to perform the concentration (centrifugation) operation and the FD drying operation more quickly. If the bacterial growth is left to produce a rotten odor, it causes 1) a decrease in activity intensity and 2) a loss of stereoselectivity. In order to prevent the production of spoiled odor, the gel can be refrigerated at 10 ° C. or lower and around 4 ° C., but its activity strength cannot be prevented from decreasing. Hereinafter, an aqueous solution formed by eluting the HasA-redoxin complex from the gel is referred to as PC.

(第2の工程;濃縮処理)
本発明の好ましい一態様において、濃縮処理では、前記第1の工程によって得られたPC水溶液に重力を掛けることによって、水溶液中に残った不純物を取り除き、該HasA−レドキシン複合体の沈殿物を得ることが目的である。手段としては、自然放置して地球重力沈む沈殿物を更に、遠心分離機により物理的に強い重力を掛けて、水溶液画分を除去して、濃縮した不斉酸化活性を有するHasA−レドキシン複合体を得る方法が挙げられる。速やかに該HasA−レドキシン複合体を濃縮できる方法であれば、この遠心分離法にこだわる必要はない。
(Second step; concentration treatment)
In a preferred embodiment of the present invention, in the concentration treatment, gravity is applied to the PC aqueous solution obtained in the first step to remove impurities remaining in the aqueous solution, thereby obtaining a precipitate of the HasA-redoxin complex. Is the purpose. As a means, the sediment which has been naturally allowed to stand and the earth's gravity sinks is further subjected to physically strong gravity with a centrifuge, the aqueous solution fraction is removed, and the HasA-redoxin complex having concentrated asymmetric oxidation activity The method of obtaining is mentioned. If the method can quickly concentrate the HasA-redoxin complex, there is no need to stick to this centrifugation method.

この濃縮処理で得られたHasA−レドキシン複合体を、更に活性を高めて洗浄・濃縮する目的として、更に50mM−グリシンNaOH(pH9.0〜pH11.0)緩衝液を加えて何度か遠心分離することが出来る。洗浄処理は、濃縮処理で得られたHasA−レドキシン複合体−沈殿物に50mM−グリシンNaOH(pH9.0〜pH11.0)緩衝液を加えて再溶解した水溶液(以後、MEと称す)に、再度重力を掛けて、水溶液画分を除去することによって活性を高めて洗浄することになる。更に、細胞膜から完全に分離されている純粋なHasA−レドキシン複合体を得たい場合には、ME遠心上清−水溶液を限外濾過膜の付いた遠心濾過器(例えば、Vivaspin 2-10 K)を用いて、濾過された水溶液を乾燥・濃縮するだけで得ることができる。   For the purpose of further washing and concentrating the HasA-redoxin complex obtained by this concentration treatment, 50 mM glycine NaOH (pH 9.0 to pH 11.0) buffer was further added and centrifuged several times. I can do it. In the washing treatment, an aqueous solution (hereinafter referred to as ME) obtained by re-dissolving a buffer of 50 mM glycine NaOH (pH 9.0 to pH 11.0) added to the HasA-redoxin complex-precipitate obtained by the concentration treatment, By applying gravity again and removing the aqueous solution fraction, the activity is increased and washing is performed. Further, when it is desired to obtain a pure HasA-redoxin complex completely separated from the cell membrane, the ME centrifugal supernatant-water solution is centrifuged with an ultrafiltration membrane (for example, Vivaspin 2-10 K). Can be obtained simply by drying and concentrating the filtered aqueous solution.

(第2の工程;HasA−レドキシン複合体のPEGコーティング処理)
本発明の好ましい一態様において、HasA−レドキシン複合体のPEGコーティング処理では、前記濃縮処理(遠心分離など)で得られた沈殿物を50mM−グリシンNaOH(pH9.0)緩衝液中にて再溶解したものに、0.5%〜1%PEG(MW1000(AGME)又はMW4000(CMME))を共存させて、30分〜3時間程度、好ましくは2時間静置後、濃縮処理(遠心分離など)して凍結減圧乾燥(FD)処理によって好適に、R−/S−選択的な不斉酸化触媒となる。PEGコーティングによって、1)立体選択性の転換、だけでなく、3)反応活性の向上(0.6mU→0.8mU)が実現される。
(Second step: PEG coating treatment of HasA-redoxin complex)
In a preferred embodiment of the present invention, in the PEG coating treatment of the HasA-redoxin complex, the precipitate obtained by the concentration treatment (such as centrifugation) is redissolved in a 50 mM glycine NaOH (pH 9.0) buffer. In addition, 0.5% to 1% PEG (MW1000 (AGME) or MW4000 (CMME)) is allowed to coexist with the product, and left for about 30 minutes to 3 hours, preferably 2 hours, followed by concentration treatment (centrifugation, etc.) Thus, the R- / S-selective asymmetric oxidation catalyst is preferably obtained by freeze-drying (FD) treatment. With PEG coating, not only 1) conversion of stereoselectivity but also 3) improved reaction activity (0.6 mU → 0.8 mU) are realized.

また、CMMEとAGMEのそれぞれの比活性は、Rac−1/−2(1.2mM)を蒸留水(5.0mL)溶媒系にて作用させた場合、0.6mU(mg・min)と0.8mU(mg・min)であるが、溶媒をナノ酸素バブル水にすると、それぞれの比活性は0.7mU(mg・min)と0.9mU(mg・min)に上昇する。したがって、0.1%濃度のPEGコーティングが、1)該複合体の立体選択性の転換でき、2)ナノ酸素バブル水を溶媒に用いることで、比活性が向上させることができる。   The specific activities of CMME and AGME are 0.6 mU (mg · min) and 0 when Rac-1 / -2 (1.2 mM) is allowed to act in a distilled water (5.0 mL) solvent system. The specific activity increases to 0.7 mU (mg · min) and 0.9 mU (mg · min) when the solvent is nano oxygen bubble water. Therefore, 0.1% concentration of PEG coating can 1) change the stereoselectivity of the complex, and 2) use nano-oxygen bubbled water as a solvent to improve specific activity.

前記ME水溶液に添加するPEG量は、生産設備のスケールや、用いるPEGの分子量によって適宜採用することができる。例えば、PEG(MW:4000)を用いる場合、前記濃縮処理で得られたME水溶液の重量に対して、0.1%〜1.0%重量%程度、好ましくは0.5%重量%のPEGを用いることが好ましい。例えば、該ME水溶液重量2Lに対して、PEG(10g)にて再溶解し、遠心沈殿物回収後、引き続いて凍結減圧乾燥(FD)させることにより、好適な活性強度を保持したRac−1/−2において、R−アルコール選択的酸化反応を有するHasA−レドキシン複合体に加工できる。   The amount of PEG added to the ME aqueous solution can be appropriately selected depending on the scale of production equipment and the molecular weight of PEG used. For example, when PEG (MW: 4000) is used, about 0.1% to 1.0% by weight of PEG, preferably 0.5% by weight, based on the weight of the ME aqueous solution obtained by the concentration treatment. Is preferably used. For example, Rac-1 / having a suitable activity strength is obtained by re-dissolving in 2 g of the ME aqueous solution with PEG (10 g), collecting the centrifugal precipitate, and subsequently freeze-drying under reduced pressure (FD). -2 can be processed into a HasA-redoxin complex having an R-alcohol selective oxidation reaction.

HasA−レドキシン複合体の高純度品は、ME遠心上清液から、限外濾過膜付遠心濾過器を使用して濾過するのみで好適に獲得できる。一方、ME沈殿画分は細胞膜を含んだ膜蛋白質(例えば、ABCトランスファー、HasR、etc)といった細胞膜断片から成るHasA混合体である。更に、微生物発現させた蛍光菌HasAの200倍以上の活性を示すことより、不斉酸化反応を触媒するHasA−レドキシン複合体の十分な構造を保持できていると予測できる。MEをPEGコーティングすることにより、水溶媒中の基質が、その界面活性剤効果にて、ME活性中心(HasA−レドキシン複合体)に接触しやすくなり、比活性の向上に寄与し、ナノ酸素バブル水を溶媒にすることで、更なる向上ができる。   A high-purity product of the HasA-redoxin complex can be suitably obtained by simply filtering from the ME centrifugal supernatant using a centrifugal filter with an ultrafiltration membrane. On the other hand, the ME precipitation fraction is a HasA mixture composed of cell membrane fragments such as membrane proteins containing cell membranes (for example, ABC transfer, HasR, etc). Furthermore, it can be predicted that a sufficient structure of the HasA-redoxin complex that catalyzes the asymmetric oxidation reaction can be maintained by exhibiting an activity 200 times or more that of the fluorescent bacterium HasA expressed by the microorganism. By coating ME with PEG, the substrate in the aqueous solvent can easily come into contact with the ME active center (HasA-redoxin complex) due to its surfactant effect, contributing to the improvement of specific activity, and the nano oxygen bubble Further improvement can be achieved by using water as a solvent.

(第2の工程;紛体化処理)
本発明の好ましい一態様において、粉末状に加工する手段としては、真空凍結乾燥、熱風乾燥、加圧乾燥、減圧乾燥、自然乾燥などの方法が挙げられる。このうち真空凍結乾燥は、水分を短時間で効果的に完全に除去できることから好ましい。真空凍結乾燥を行う場合、例えば、−50℃程度で1時間以上、好ましくは完全に凍結させた後、系内を真空状態にし、温度を約50℃まで昇温することで水分を昇華させる。粉砕化する際、乾燥機内に空気(酸素、窒素、二酸化炭素など)を出来るだけ除去しつつ50℃程度で乾燥させるべきであり、HasA−レドキシン複合体の空気(酸素、窒素、二酸化炭素など)との反応を避ける処置が活性維持のポイントとなる。乾燥処理において、HasA−レドキシン複合体が酸素と反応すると黒く変色する。
(Second step; powdering treatment)
In a preferred embodiment of the present invention, the means for processing into a powder form includes methods such as vacuum freeze drying, hot air drying, pressure drying, reduced pressure drying, and natural drying. Among these, vacuum freeze-drying is preferable because moisture can be effectively and completely removed in a short time. In the case of performing vacuum freeze-drying, for example, after freezing at about −50 ° C. for 1 hour or more, preferably completely, the system is evacuated and the temperature is raised to about 50 ° C. to sublimate moisture. When pulverizing, air (oxygen, nitrogen, carbon dioxide, etc.) should be dried as much as possible in the dryer and dried at about 50 ° C., and the HasA-redoxin complex air (oxygen, nitrogen, carbon dioxide, etc.) Treatment to avoid reaction with is the key to maintaining activity. In the drying process, the HasA-redoxin complex turns black when it reacts with oxygen.

乾燥化したHasA−レドキシン複合体(AGMEやCMME)は、ボールミルを含む多くの粉砕機種をもって粉砕しても、比活性に影響を与えるものではない。また、CMMEの比活性は、常温保存にて半年以上、冷蔵保存で2年間以上、冷蔵・アルゴンガス封入で3年以上保持できる。   The dried HasA-redoxin complex (AGME and CMME) does not affect the specific activity even when pulverized with many pulverizing models including a ball mill. In addition, the specific activity of CMME can be maintained for more than half a year at room temperature storage, for more than two years for refrigerated storage, and for more than three years for refrigeration / argon gas encapsulation.

(HasA−レドキシン複合体)
本発明の好ましい一態様において、本発明のHasA−レドキシン複合体は、少なくとも鉄と硫黄を含有するHasA−レドキシン複合体であって、そのFT−IRスペクトルにおいて、950cm−1〜1250cm−1の領域に、S−OとFe−Oバイブレーションの強いピークを有する。HasA−レドキシン複合体のN末端から33番目のアミノ酸までのアミノ酸配列が、以下の配列であり、
(HasA-redoxin complex)
In a preferred embodiment of the present invention, HasA- redoxin complexes of the present invention is a HasA- redoxin complexes containing at least iron and sulfur, in the FT-IR spectrum, the area of 950cm -1 ~1250cm -1 And have strong peaks of S—O and Fe—O vibrations. The amino acid sequence from the N-terminal to the 33rd amino acid of the HasA-redoxin complex is the following sequence:

MSCSISYST* YATNTVAQYL CDW*AYFGDL NHRE、   MSCSISST * YATNTVAQYL CDW * AYFGDL NHRE,

蛍光菌HasAと93%の相動性を示す一方で、3番目と21番目のCys(C)はレドキシンから来る。且つ、過酸化水素との反応において顕著に泡立ち、酸素を放出することを特徴とする。   The 3rd and 21st Cys (C) comes from redoxin, while exhibiting 93% synergism with the fluorescent fungus HasA. In addition, it is characterized in that it bubbles significantly in the reaction with hydrogen peroxide and releases oxygen.

(好ましい遺伝子工学的製法)
図2の第1工程の操作は、先ず、Pseudomonas protegens Pf-5遺伝子配列(HasA; accession No. YP_262445.1, or WP_011063600;図15)を遺伝子合成する。合成した遺伝子(HasA)を発現ベクター(pET28a(+);図15)に挿入する。作製した発現ベクター(pET28a/HasA)を大腸菌株(3種:BL21, Rosetta2, SHuffle(NEB))に形質転換し、形質転換体を作製する。得られた形質転換体3種を用いて、それぞれについて発現培養条件検討(培地2種:LB, TB、誘導温度2点:30℃, 20℃)を行い、得られた発現物の一部を用いて、抗His tag抗体によるウェスタンブロッティングにて発現を確認する。次に、最も可溶性画分に発現量が高かった培養条件を最適条件とし、100mL培養液相当の発現物を作製する。得られた発現物を用いて、Niアフィニティーカラムにより精製を行う。精製物をウェスタンブロッティングにより確認後、濃度・純度を測定する。精製の蛍光菌HasAは、ナノ酸素バブル水−溶媒中、3〜4日撹拌され、不斉酸化反応を触媒できるHasA−レドキシン複合体を作成する。
(Preferred genetic engineering method)
The operation of the first step in FIG. 2 first synthesizes a Pseudomonas protegens Pf-5 gene sequence (HasA; accession No. YP — 262445.1, or WP — 011063600; FIG. 15). The synthesized gene (HasA) is inserted into an expression vector (pET28a (+); FIG. 15). The produced expression vector (pET28a / HasA) is transformed into an E. coli strain (3 types: BL21, Rosetta2, SHuffle (NEB)) to produce a transformant. Using each of the obtained three transformants, expression culture conditions were examined for each of them (2 types of medium: LB, TB, induction temperature 2 points: 30 ° C., 20 ° C.), and a part of the obtained expression product was obtained. The expression is confirmed by Western blotting using an anti-His tag antibody. Next, the culture condition in which the expression level is the highest in the soluble fraction is set as the optimum condition, and an expression product corresponding to a 100 mL culture solution is prepared. The obtained expression product is used for purification with a Ni affinity column. After confirming the purified product by Western blotting, the concentration and purity are measured. Purified fluorescent bacterium HasA is stirred for 3-4 days in nano oxygen bubble water-solvent to create a HasA-redoxin complex capable of catalyzing asymmetric oxidation reaction.

図3は、エンドウ豆由来HasA−レドキシン複合体(PP−HasA)と微生物発現させた蛍光菌HasA(HasApf)の乾燥体をイオンクロマトグラフィー(IC)とICP発光分光分析法(ICP−ACS)による栄養素(重量%;炭素(C)、水素(H)、窒素(N)、硫黄(S),酸素(O))と金属(ppm;鉄(Fe))の結果を示している。この成分分析から、鉄/硫黄含量がほぼ近似している点から、1)PP−HasA(3ppm/0.05%)とHasApf(8ppm/0.09%)の高純度で精製されており、更に、PP−HasA(5,6%)はHasApf(39%)の7倍の酸素含量を示すことより、2)活性酸素種による鉄電子移動が関与する不斉酸化反応であることが示唆されている。   FIG. 3 shows ion dried (IC) and ICP emission spectroscopy (ICP-ACS) of dried pea-derived HasA-redoxin complex (PP-HasA) and dried microorganism bacterium HasA (HasApf). The results for nutrients (wt%; carbon (C), hydrogen (H), nitrogen (N), sulfur (S), oxygen (O)) and metal (ppm; iron (Fe)) are shown. From this component analysis, from the point that the iron / sulfur content is almost approximate, 1) purified with high purity of PP-HasA (3 ppm / 0.05%) and HasApf (8 ppm / 0.09%), Furthermore, PP-HasA (5, 6%) has an oxygen content 7 times that of HasApf (39%), suggesting that 2) it is an asymmetric oxidation reaction involving iron electron transfer by reactive oxygen species. ing.

図4は、PP−HasAとHasApfを乾燥後、FT−IRしたときの分子構造上違いを表す。即ち、前記7倍の酸素含量を示すPP−HasAは、950cm−1〜1250cm−1の間にシステインチオラート配位ヘムに特徴的なFe−OとS−Oバイブレーションを示している。一方、微生物発現のHasApfでは、Hys・Tyr−6配位型ヘムの為、この範囲でのバイブレーションは観られていない。しかしながら、HasApfをナノ酸素バブル水溶媒で混合・撹拌(3〜4日)後、溶存酸素がHasA中のヘムを開裂、ノンヘムのレドキシン(鉄イオウクラスタ)と複合体を形成することにより、この範囲に特徴的なシステインチオラート配位ヘムのピークが生じる。 FIG. 4 shows the difference in molecular structure when PP-HasA and HasApf are dried and then subjected to FT-IR. That is, PP-HasA having an oxygen content of 7 times shows Fe—O and S—O vibration characteristic of cysteine thiolate coordination hem between 950 cm −1 and 1250 cm −1 . On the other hand, no vibration in this range is observed in HasApf expressed by microorganisms because of Hys.Tyr-6 coordinated heme. However, after mixing and stirring (3 to 4 days) with HasOpf in a nano-oxygen bubble water solvent, dissolved oxygen cleaves the heme in HasA and forms a complex with non-heme redoxin (iron-sulfur cluster). The characteristic cysteine thiolate coordination heme peak occurs.

図5は、PC懸濁液(PC suspension)、遠心分離PC上清(Supernatant)、遠心分離PC沈殿物(Precipitate)、カルボキシ−セルロースコーティングしたPC沈殿物(CM-Cellulose coating PC)、及びグルタルアルデヒド架橋させたPC沈殿物(CLPC)の示す不斉酸化活性の結果をまとめた図である。この結果から、好適な活性が観られる一方、遠心分離PC沈殿物では反応は好ましくなかった。図10のように、PC沈殿物に50mM−グリシンNaOH(pH9.0〜pH11.0)緩衝液に再溶解することで、そのME沈殿物にも、PC懸濁液、遠心分離PC上清、及びセルロースコーティングPCと同様以上の活性を付与できる。ここに、PC→MEプロセスの意義がある。   FIG. 5 shows PC suspension, centrifuged PC supernatant (Supernatant), centrifuged PC precipitate (Precipitate), carboxy-cellulose coated PC precipitate (CM-Cellulose coating PC), and glutaraldehyde. It is the figure which put together the result of the asymmetric oxidation activity which crosslinked PC precipitate (CLPC) showed. From this result, while a suitable activity was observed, the reaction was not preferred with a centrifugal PC precipitate. As shown in FIG. 10, by re-dissolving the PC precipitate in 50 mM glycine NaOH (pH 9.0 to pH 11.0) buffer, the ME precipitate is also subjected to PC suspension, centrifuged PC supernatant, And the activity more than the same as cellulose coating PC can be provided. This is the significance of the PC → ME process.

図6は、遠心分離後のPC上清(A)、遠心分離後のME上清(B)、遠心濾過(Vivaspin 2-10 K)されたB(C)、そして、Rac−2酸化/ヘキサン抽出後のC(D)について、各サンプルでのSDS−Page結果である。結果から、ME上清(B)は遠心濾過(Vivaspin 2-10 K)にて容易に、39kDaのPP−HasA−レドキシン複合体(PP−HasA)に生成できることを示した。更に、不斉酸化後、及びヘキサン抽出後にサンプルCが、21kDaの緑膿菌HasAに変化(N末シーケンス結果)することから、HasA−レドキシン複合体(39kDa)は、基質Rac−2酸化/ヘキサン抽出によって、HasAとレドキシンに分離して反応が止まることが示された。   FIG. 6 shows PC supernatant after centrifugation (A), ME supernatant after centrifugation (B), B (C) after centrifugal filtration (Vivaspin 2-10 K), and Rac-2 oxidation / hexane. It is an SDS-Page result in each sample for C (D) after extraction. The results showed that the ME supernatant (B) can be easily formed into a 39 kDa PP-HasA-redoxin complex (PP-HasA) by centrifugal filtration (Vivaspin 2-10 K). Furthermore, after asymmetric oxidation and after extraction with hexane, sample C changes to 21 kDa Pseudomonas aeruginosa HasA (N-terminal sequence result), so the HasA-redoxin complex (39 kDa) is a substrate Rac-2 oxidation / hexane. Extraction showed that the reaction stopped after separating into HasA and redoxin.

図7は、蛍光菌HasAを大腸菌発現させた「HasApf(20μM)」を、ナノ酸素バブル水溶媒(5mL)中、基質ラセミ−1−(2−ナフチル)エタノール(Rac−2;0.8mM)に作用させ、凡そ、2日目(48時間経過)後から不斉酸化反応を示し始め、その3日〜4日目(72〜96時間)を経て、R−2のみがケトンへ不斉酸化され、反応されないS−2が収率50%(光学純度>99%ee)で得られるタイムコースを示している。この結果は、前記−図4のシステインチオラート配位ヘムのピークの形成に関わる説明をサポートしている。分光光度計のヘム吸収波長410nmは、最初から2日目(48時間経過)までは徐々に減少してゆき、その後、完全に消えた。   FIG. 7 shows that “HasApf (20 μM)” in which a fluorescent bacterium HasA was expressed in Escherichia coli was mixed with a substrate racemic-1- (2-naphthyl) ethanol (Rac-2; 0.8 mM) in a nano-oxygen bubble water solvent (5 mL). After approximately 2 days (48 hours have passed), asymmetric oxidation has begun to occur, and after 3 to 4 days (72 to 96 hours), only R-2 is asymmetrically oxidized to the ketone. The time course for which unreacted S-2 is obtained with a yield of 50% (optical purity> 99% ee) is shown. This result supports the explanation relating to the formation of the cysteine thiolate-coordinated heme peak in FIG. The heme absorption wavelength 410 nm of the spectrophotometer gradually decreased from the first to the second day (48 hours elapsed), and then disappeared completely.

図8は、図7のプロセス「蛍光菌HasApf(21kDa)→HasA−レドキシン複合体(39kDa)に関し、24時間後に空気バブリングを開始した際における、ナノ酸素バブル水溶媒中の溶存酸素(DO)濃度をモニタリングした図である。この結果から、ナノ酸素バブル水溶媒中の蛍光菌HasApf(21kDa)は酸素を取込み、最初の数時間でDO濃度0.5mg/L以下まで下がり落ち着く。24時間後、酸素供給を開始すると、一旦はDO濃度7.0mg/L付近に上昇が認められるが、図8に示すように、DO濃度0.5mg/L付近で落ち着く。この結果は、酸素吸収による「ヘムの酸化開裂」と、引き続く、「HasA−レドキシン複合体」の形成、更には、この複合体による活性酸素種の再合成系(Fe2++O→Fe3+−O−O→Fe4+=O(oxidizing Rac-1/-2)→Fe2++HO)のフェントン反応を示唆するものである。 FIG. 8 shows the dissolved oxygen (DO) concentration in the nano-oxygen bubbled water solvent when air bubbling was started after 24 hours for the process “fluorescent fungus HasApf (21 kDa) → HasA-redoxin complex (39 kDa) in FIG. From this result, the fluorescent bacterium HasApf (21 kDa) in the nano-oxygen bubble water solvent takes in oxygen, and settles down to a DO concentration of 0.5 mg / L or less in the first few hours. When the oxygen supply is started, a rise is observed once around the DO concentration of 7.0 mg / L, but as shown in Fig. 8, the DO concentration closes at around 0.5 mg / L. Oxidative cleavage "and subsequent formation of a" HasA-redoxin complex ", and further, a resynthesis system of reactive oxygen species by this complex (Fe 2+ + This suggests a Fenton reaction of O 2 → Fe 3+ —O—O → Fe 4+ ═O (oxidizing Rac−1 / −2) → Fe 2+ + H 2 O).

図9(a)は、エンドウ豆由来HasA−レドキシン複合体(PP−HasA)のESRスペクトルを示している。この結果は、鉄イオウクラスタ(レドキシン)に特有の4.3ガウスノンヘム型の特徴を呈している。更に、ノンポラーなヘム型として、図4のS−OとFe−Oバイブレーションを支持する。つまり、活性酸素種の再合成系を示唆するものである。   FIG. 9A shows an ESR spectrum of a pea-derived HasA-redoxin complex (PP-HasA). This result exhibits a 4.3 Gauss non-heme characteristic characteristic of iron sulfur clusters (redoxins). Furthermore, as a non-polar hem type, the S—O and Fe—O vibrations of FIG. 4 are supported. In other words, it suggests a resynthesis system for reactive oxygen species.

また、図9(b)は、蛍光菌HasAを大腸菌発現させた「HasApf」であるが、HasAタンパク質中のアミノ酸His―32とTyr―72がヘムに配位した6配位のESRスペクトル(6ガウス)を示した。従って、図8の酸素吸収による、「ヘムの酸化開裂」と、引き続く、「HasA−レドキシン複合体」の形成、更には、この複合体による活性酸素種の再合成系は支持されている。   FIG. 9B shows “HasApf” in which the fluorescent bacterium HasA is expressed in E. coli. The 6-coordinate ESR spectrum in which amino acids His-32 and Tyr-72 in the HasA protein are coordinated to heme (6 Gauss). Accordingly, the “oxidative cleavage of heme” by oxygen absorption in FIG. 8, the subsequent formation of “HasA-redoxin complex”, and the resynthesis system of reactive oxygen species by this complex are supported.

図10は、エンドウ豆から蛍光菌由来HasA−レドキシン複合体が得られる理由について検討したものである。つまり、原料のエンドウ豆タンパク質中にコンタミする微生物は、1)耐熱性の胞子を形成するグラム陽性桿菌で自然界に広く分布している好気性芽胞菌と、2)人や動物の皮膚からよく分離されるカタラーゼ陽性グラム陽性球菌の2種類であり、その他の材料(アルギン酸ナトリウム粉末、塩化カルシウム粉末、蒸留水中には菌は居なかった。以上の理由から、エンドウ豆から溶出される蛍光菌HasAは、他の微生物の成長を抑え、抗菌物質などの化合物を生産して宿主成長を促すため、農業分野では散布薬として利用された、植物内細胞・組織に保持される共生細菌の、蛍光菌Pseudomonas fluorescensPf-5に由来している。従って、蛍光菌HasAは、エンドウ豆遺伝子としては無い為、BLAST解析してもヒットしない。   FIG. 10 examines the reason why a fluorescent bacterium-derived HasA-redoxin complex is obtained from peas. In other words, microorganisms that contaminate the raw pea protein are 1) aerobic spore bacteria that form heat-resistant spores and are widely distributed in nature, and 2) are well separated from human and animal skin. Catalase-positive Gram-positive cocci and other materials (sodium alginate powder, calcium chloride powder, distilled water did not contain bacteria. For the above reasons, the fluorescent bacteria HasA eluted from peas is , A fluorescent bacterium Pseudomonas, a symbiotic bacterium that is used as a spraying agent in the agricultural field to suppress the growth of other microorganisms and promote the growth of the host by producing compounds such as antibacterial substances. Therefore, since the fluorescent bacterium HasA is not a pea gene, it does not hit even when BLAST analysis is performed.

図11は、図6のサンプルD(バンド2)をN末シーケンスして得られた33アミノ酸の結果と、そのBLAST解析より93%相同性にてヒットした「蛍光菌HasA」の遺伝子配列とアミノ酸配列を示している。図15は、HasAがヘモグロビンからヘムを奪い取り、そのヘムを膜蛋白HasRに受け渡す様子の分子構造の変化の様子を示している。N末シーケンス結果からN末3番目のアミノ酸と21番目のアミノ酸がCysが検出されており、ルブレドキシン(6kDa)や、例えば、フェレドキシン(9kDa)の21番目のアミノ酸がCysである点など、HasA−レドキシン複合体として検出された結果として考察しえる。図16は、HasA−レドキシン複合体が活性酸素種の再合成系に元づき、不斉酸化反応が触媒されているイメージを示す。   FIG. 11 shows the result of 33 amino acids obtained by N-terminal sequencing of sample D (band 2) of FIG. 6, and the gene sequence and amino acids of “fluorescent fungus HasA” hit with 93% homology from the BLAST analysis. An array is shown. FIG. 15 shows a change in the molecular structure in which HasA takes heme from hemoglobin and delivers the heme to the membrane protein HasR. From the N-terminal sequence result, Cys is detected in the N-terminal 3rd amino acid and 21st amino acid, and the 21st amino acid of rubredoxin (6 kDa), for example, ferredoxin (9 kDa) is Cys. It can be considered as a result detected as a redoxin complex. FIG. 16 shows an image in which the HasA-redoxin complex is catalyzed by an asymmetric oxidation reaction based on a resynthesis system of reactive oxygen species.

図12は、PC乾燥品、CMME、及びAGMEによる比活性をまとめた図である。   FIG. 12 is a table summarizing specific activities of PC dried products, CMME, and AGME.

尚、本発明において、「ユニット」(Unit)とは、酵素活性の単位を示し、1ユニットは、1時間当たり1μモルの基質を変化させることができる酵素量(単位:μモル/h)とする。また、「比活性」は、酵素の単位質量当たりの活性を示す。酵素1gあたりの比活性は、単位Unit/gで表した。この結果から、MEの瞬間速度により算出した比活性は、概ね、15〜36Unit/g(/時間)であった。また、同様に、反応時間12時間での、平均速度により算出した比活性が、14Unit/g(/時間)であった。   In the present invention, “unit” means a unit of enzyme activity, and one unit represents the amount of enzyme (unit: μmol / h) capable of changing 1 μmol of substrate per hour. To do. “Specific activity” indicates the activity per unit mass of the enzyme. The specific activity per gram of enzyme was expressed in unit Unit / g. From this result, the specific activity calculated from the instantaneous speed of ME was approximately 15 to 36 Unit / g (/ hour). Similarly, the specific activity calculated from the average rate at a reaction time of 12 hours was 14 Unit / g (/ hour).

図12の結果から、Unit(mg/min)では、CMMEの比活性は0.6±0.02mU、AGMEの比活性は0.8±0.02mUであり、処理可能な蒸留水溶媒中の基質濃度は0.06%となった。更に、溶媒をナノ酸素バブル水に変えた時、比活性は0.7±0.02mUとなり、上昇した。本反応が、HasA−レドキシン複合体による活性酸素種の再合成系(Fe2++O→Fe3+−O−O→Fe4+=O(oxidizing Rac-1/-2)→Fe2++HO)に元づくフェントン反応にあることを指示するデータ結果である。 From the results of FIG. 12, at Unit (mg / min), the specific activity of CMME is 0.6 ± 0.02 mU, and the specific activity of AGME is 0.8 ± 0.02 mU. The substrate concentration was 0.06%. Furthermore, when the solvent was changed to nano oxygen bubble water, the specific activity increased to 0.7 ± 0.02 mU. This reaction is, HasA- redoxin complex by active oxygen species resynthesis system (Fe 2+ + O 2 → Fe 3+ -O-O - → Fe 4+ = O (oxidizing Rac-1 / -2) → Fe This is a data result indicating that there is a Fenton reaction based on ( 2 + H 2 O).

図14は、水溶媒中(5mL)の基質Rac−1/−2(1.2mM〜3.6mM)の、AGMEとCMMEによる両鏡像体の使い分けを示した模式図である。この反応系において、補助溶媒としてDMSOを用い、ME活性に及ぼす影響をまとめたのが図13である。この結果、3%未満の補助溶媒においては、本反応に影響されないことが確認された。CMMEはカタラーゼ活性を有する。カタラーゼは、過酸化水素(H)と反応して酸素を放出する性質がある。粒径50μmの本発明のPEG−PCを、直径18mmφの試験管に15mg入れ、5%過酸化水素水1.0mLを加えたとき、酸素の発生によって0.2cm〜3.5cm程度の泡を発生する。尚、この泡の高さは、表11に示す通り、PC中の鉄濃度に比例し、CLPCとの比較において、不斉酸化反応時間との比例した相関を確認できる。 FIG. 14 is a schematic diagram showing the proper use of both enantiomers by AGME and CMME of the substrate Rac-1 / -2 (1.2 mM to 3.6 mM) in an aqueous solvent (5 mL). In this reaction system, DMSO is used as a co-solvent, and the influence on ME activity is summarized in FIG. As a result, it was confirmed that the co-solvent of less than 3% is not affected by this reaction. CMME has catalase activity. Catalase has a property of reacting with hydrogen peroxide (H 2 O 2 ) to release oxygen. When 15 mg of PEG-PC of the present invention having a particle size of 50 μm is put into a test tube having a diameter of 18 mmφ and 1.0 mL of 5% hydrogen peroxide water is added, bubbles of about 0.2 cm to 3.5 cm are generated due to generation of oxygen. appear. In addition, the height of this bubble is proportional to the iron concentration in PC as shown in Table 11, and in comparison with CLPC, a proportional correlation with the asymmetric oxidation reaction time can be confirmed.

(光学活性アルコールの製造方法)
本発明の好ましい一態様において、光学活性アルコールの製造方法は、基質たるラセミ体アルコールに、AGMEとCMMEを作用させて、該ラセミ体アルコールの一方の鏡像体を選択的に得ることが特徴である。
(Method for producing optically active alcohol)
In a preferred embodiment of the present invention, the method for producing an optically active alcohol is characterized in that AGME and CMME are allowed to act on a racemic alcohol as a substrate to selectively obtain one enantiomer of the racemic alcohol. .

また、ラセミ体アルコールの一方の鏡像体を選択的にケトンへ不斉酸化することにより、反応に関わらない他方の鏡像体を選択的に得ることを特徴とする光学活性アルコールの製造方法もまた、本発明により提供される。   In addition, a method for producing an optically active alcohol characterized in that one enantiomer of racemic alcohol is selectively asymmetrically oxidized to a ketone to selectively obtain the other enantiomer not involved in the reaction. Provided by the present invention.

(推定メカニズム)
本発明者の知見によれば、本発明の好ましい一態様において、好適な植物由来、又は微生物発現から作られたHasA−レドキシン複合体が提供されるのは、以下の理由によるものと推定される。
(Estimated mechanism)
According to the knowledge of the present inventor, it is presumed that, in a preferred embodiment of the present invention, a HasA-redoxin complex derived from a suitable plant or produced from microbial expression is provided for the following reason. .

安価な生物材料の植物由来の粗蛋白質は、アルギン酸カルシウムゲルに包括されることで、カルシウム存在下、空気中で空気酸化できる環境を得ることができ、(i)HasA−レドキシン複合体内の、フェントン反応を持つ鉄イオウクラスタが酸素吸収によりシステインチオラートの水溶性へと性質変化を生じ、更に(ii)そのカチオン性を帯びた該PCは水溶液をアルカリ側に変化させ、(iii)温水中で振るだけで好適に、不斉酸化反応を誘導するPCが溶出・精製されることとなる。   The plant-derived crude protein of an inexpensive biological material is included in the calcium alginate gel, so that an environment that can be oxidized in the air in the presence of calcium can be obtained. (I) Fenton in the HasA-redoxin complex The iron sulfur cluster having a reaction causes a property change to the water solubility of cysteine thiolate by oxygen absorption, and (ii) the cationically charged PC changes the aqueous solution to the alkali side, and (iii) shakes in warm water. Thus, PC that induces an asymmetric oxidation reaction is preferably eluted and purified.

温水中に溶出される溶存Ca塩と酸素の存在は、HasA−レドキシン複合体内の、レドキシンが酸素吸収によりシステインチオラートへと性質変化、即ち、鉄―硫黄酸化物(Fe−O及び/又はS−O)の生成に伴う水溶性への変化(PP→PC)を促し、温水中で容易に抽出できるよう助けている。PCの触媒活性向上と収量向上と収量向上のポイントは、空気中で好適に該ゲルを空気酸化させる点と、温水中に溶け出す際の適度な溶存酸素量とCaイオン濃度で「滲み出し」易くさせる点にある。   The presence of dissolved Ca salt and oxygen eluted in warm water changes the property of redoxin into cysteine thiolate by absorption of oxygen in the HasA-redoxin complex, that is, iron-sulfur oxide (Fe-O and / or S-). It promotes the change to water solubility (PP → PC) accompanying the generation of O), and helps to facilitate extraction in warm water. The points of improvement in catalytic activity, yield improvement and yield improvement of PC are “exudation” with the point that the gel is suitably oxidized in air, and the appropriate dissolved oxygen amount and Ca ion concentration when it is dissolved in warm water. It is to make it easier.

本発明の製造方法においては、植物蛋白質の有する空気酸化に伴うこれらの「滲み出し効果」とそれに伴う「不斉酸化反応を有するPCの溶出効果」の特性を生かして、好適にPCを得ることであり、アルギン酸カルシウムゲルによる固定目的ではなくて、好適に不斉酸化反応を有するPCを水溶性に変えて水で抽出する目的といった「逆転の発想」により、酵素様に作用するPCを低コストで、環境に優しく、効果的に抽出することに特徴がある。   In the production method of the present invention, it is possible to suitably obtain PC by taking advantage of the characteristics of these “bleeding effect” accompanying air oxidation of plant proteins and “elution effect of PC having asymmetric oxidation reaction”. It is not the purpose of fixing with calcium alginate gel, but it is possible to reduce the cost of PC that acts like an enzyme by “reversal idea” such as the purpose of suitably extracting PC with asymmetric oxidation reaction with water and extracting it with water. And it is characterized by environmentally friendly and effective extraction.

(推定メカニズムの関連文献)
上記した本発明の「推定メカニズム」のサポートに関しては、薬物代謝や解毒、ホルモンの生合成などに関連したヘム(鉄ポルフィリン錯体)酵素群にある。例えば、以下の文献を挙げることができる。非特許文献1では、鉄結合蛋白質には、長鎖カルボン酸をエポキシ化と水酸化によって、二酸化炭素と水に分解するチトクロームP450が紹介されている。チトクロームP450を生体触媒とする有機合成反応例として、ここでは水酸化反応についての報告がなされている。
(Related literature on presumed mechanisms)
Regarding the support of the “presumed mechanism” of the present invention described above, there is a heme (iron porphyrin complex) enzyme group related to drug metabolism, detoxification, hormone biosynthesis, and the like. For example, the following documents can be cited. Non-Patent Document 1 introduces cytochrome P450 that decomposes long-chain carboxylic acids into carbon dioxide and water by epoxidation and hydroxylation as iron-binding proteins. As an example of an organic synthesis reaction using cytochrome P450 as a biocatalyst, a report on a hydroxylation reaction has been made here.

P450によるエポキシ化反応として、例えば、枯草菌由来P450BSβによる、スチレンのエポキシ化反応があり、更には、非特許文献2のP450bm−3を使ったアルケン類のエポキシ化反応がある。   As the epoxidation reaction by P450, for example, there is an epoxidation reaction of styrene by P450BSβ derived from Bacillus subtilis, and further an epoxidation reaction of alkenes using P450bm-3 of Non-Patent Document 2.

更に、可溶性エポキシドヒドロラーゼ(sEH)は、内在性の生理活性物質であるエポキシエイコサトリエン酸(EET)を基質とする。EET は膜リン脂質から切り出されたアラキドン酸がシトクロムP450(P450)によってエポキシ化された脂肪酸である。即ち、P450はEET の合成酵素である。例えば、次のような脱メチル化反応を触媒することが知られている(非特許文献3を参照)。   Furthermore, soluble epoxide hydrolase (sEH) uses epoxyeicosatrienoic acid (EET), which is an endogenous physiologically active substance, as a substrate. EET is a fatty acid in which arachidonic acid cut from membrane phospholipid is epoxidized by cytochrome P450 (P450). That is, P450 is an EET synthase. For example, it is known to catalyze the following demethylation reaction (see Non-Patent Document 3).

一方、ヘム(鉄ポルフィリン錯体)酵素P450は、活性酸素種による鉄電子移動系の基質酸化として良く知られている一方で、2級アルコールの不斉脱水素酵素に関わる報告は未だない。本特許は、P450以外のヘムタンパク質−レドキシン複合体を使って、不斉酸化反応を触媒する反応を見出した点にある。   On the other hand, the heme (iron porphyrin complex) enzyme P450 is well known as a substrate oxidation of an iron electron transfer system by reactive oxygen species, but there is no report regarding an asymmetric dehydrogenase of a secondary alcohol. This patent is based on the finding of a reaction that catalyzes an asymmetric oxidation reaction using a heme protein-redoxin complex other than P450.

ヘモグロビンから「ヘム」を奪うタンパク質として、コレラ菌由来HutZ(非特許文献4を参照)、緑膿菌や結核菌由来ヘモフォア(HasA;Heme Acquisition System A)(非特許文献5を参照)が知られている。鉄及び鉄補欠分子族の代謝調節に関わるタンパク質としては、鉄イオウクラスタ(4Fe-4S、2Fe-2S型)の鉄代謝制御タンパク質(IRP: Iron Regulatory Protein)(非特許文献7を参照)、鉄応答性エレメント(IRE:Iron Responsive Element)の関与が知られている(非特許文献6を参照)。 As a protein to take the "hem" from hemoglobin (see Non-Patent Document 4) cholerae derived HutZ, Pseudomonas aeruginosa and Mycobacterium tuberculosis derived Hemofoa (HasA; H eme A cquisition S ystem A) ( see Non-Patent Document 5) It has been known. The proteins involved in metabolic regulation of iron and iron prosthetic groups, iron-sulfur cluster (4Fe-4S, 2Fe-2S type) of iron metabolism regulatory proteins (IRP: I ron R egulatory P rotein) ( see Non-Patent Document 7 ), iron responsive element (IRE: see I ron R esponsive E lement) involvement is known (non-Patent Document 6).

ヘムと鉄の摂取に関与するタンパク質として、タンパク質の酸化修飾の進行を促しその転写抑制を解消させる、ヘム生合成の抑制的な転写調節因子(IRR: Iron Responsive Regulator)の仕組みも報告されている(非特許文献8を参照)。 As proteins involved in uptake of heme and iron, it encourages the progress of oxidative modification of proteins to eliminate the transcriptional repression, repressive transcription regulator of heme biosynthesis: even mechanism (IRR I ron R esponsive R egulator ) Report (See Non-Patent Document 8).

また、鉄イオウクラスタ(4Fe−4S、2Fe−2S型)のような構造は、アミノ酸システインは、空気酸化に伴うジスルフィド結合形成を形成し、フェントン反応を発現する(非特許文献9を参照)。アルギン酸Caゲルに包括させる意味は、この場合、植物蛋白質に含まれるアミノ酸システインの空気酸化に伴う鉄−硫黄酸化物(Fe−O及びS−O)の形成とそれによる「滲み出し効果」、更にはそれによる「不斉酸化反応を有するPCの溶出」を生かした「逆転の発想」によるもので、不斉酸化反応を有するPCを低コストで、環境に優しく、効果的に抽出することに特徴がある。   In addition, in a structure such as an iron-sulfur cluster (4Fe-4S, 2Fe-2S type), the amino acid cysteine forms a disulfide bond associated with air oxidation and develops a Fenton reaction (see Non-Patent Document 9). In this case, the meaning to be included in the alginate Ca gel is the formation of iron-sulfur oxide (Fe—O and S—O) accompanying the air oxidation of the amino acid cysteine contained in the plant protein, and the “bleeding effect” thereby, Is based on the “reversal idea” that makes use of the “elution of PC having an asymmetric oxidation reaction”, and is characterized by the low-cost, environmentally friendly and effective extraction of PC having an asymmetric oxidation reaction. There is.

(各種検討)
以下、本発明の好ましい一態様における、エンドウ豆由来蛍光菌HasApf複合体(ME、purified HasApf)又は微生物発現−蛍光菌HasApf(HasApf expressed)に関する種々の検討を記す。
(Various studies)
Hereinafter, various studies on the pea-derived fluorescent bacterium HasApf complex (ME, purified HasApf) or the microbial expression-fluorescent bacterium HasApf (HasApf expressed) in one preferred embodiment of the present invention will be described.

(各種検討;本発明のエンドウ豆抽出−蛍光菌HasApf(PP−HasA)、微生物発現−蛍光菌HasApf(HasApf)の構成元素分析)
図1と図2から調整された純粋なPP−HasAとHasApfを使って、イオンクロマト(IC)や原子発光分光光度測定(ICP−AES)や蛍光X線・エネルギー分散型X線分光などを用いて、構成成分に元づく図3情報を得た。その結果、PP−HasAの酸素含有量は、HasApfの7倍等量であり、システインチオラート−鉄による構造が支持された。更に、双方に関して、鉄と硫黄を含んでおり、鉄イオウクラスタとの複合体の存在を支持している。
(Various studies: Pea extraction of the present invention-fluorescent fungus HasApf (PP-HasA), microbial expression-constituent element analysis of fluorescent fungus HasApf (HasApf))
Using pure PP-HasA and HasApf prepared from FIGS. 1 and 2, using ion chromatography (IC), atomic emission spectrophotometry (ICP-AES), fluorescent X-ray / energy dispersive X-ray spectroscopy, etc. FIG. 3 information based on the constituents was obtained. As a result, the oxygen content of PP-HasA was 7 times equivalent to HasApf, and the structure of cysteine thiolate-iron was supported. In addition, both contain iron and sulfur, supporting the existence of complexes with iron sulfur clusters.

(各種検討;本発明のPP−HasAとHasApfのFT−IR分析)
図4(赤:PP−HasA)と(青:HasApf)は、エンドウ豆抽出−蛍光菌HasApfと微生物発現−蛍光菌HasApfについてのFT−IRによる違いを示している。950cm−1〜1250cm−1に、鉄−硫黄酸化物を示すFe−O/S−Oバイブレーションの吸収が顕著に示され、PP−HasA内に、システインチオラート−鉄が存在;即ち、HasApf−レドキシン(or 鉄イオウクラスタ)複合体を支持する吸収である。
(Various studies; FT-IR analysis of PP-HasA and HasApf of the present invention)
FIG. 4 (red: PP-HasA) and (blue: HasApf) show the differences by FT-IR for pea extraction-fluorescent fungus HasApf and microbial expression-fluorescent fungus HasApf. To 950cm -1 ~1250cm -1, iron - sulfur oxides absorption of Fe-O / S-O vibration showing a is shown remarkably, in the PP-HasA, cysteine thiolate - there is iron; that, HasApf- redoxin (Or iron-sulfur cluster) Absorption that supports the complex.

図7(HasApf)と図15(PP−HasA)に示す通り、HasApfの不斉酸化活性は3日目(50時間後)から進行し、その後、PP−HasAと同様に、24時間を要して、収率50%の光学純度>99%eeにて、S−1−(2−ナフチル)エタノールを分割する。R体は収率50%のケトンに変換される。即ち、図7の0時間〜50時間は、溶存酸素中の酸素による1)ヘム開裂と2)HasApf−レドキシンの形成の段階である。分光光度計吸収410nmは、1)50時間後から消える点、2)50時間以降は、950cm−1〜1250cm−1FT−IRにて、図4(赤:PP−HasA)様の顕著な吸収が観られた点により確認されている。 As shown in FIG. 7 (HasApf) and FIG. 15 (PP-HasA), the asymmetric oxidation activity of HasApf proceeds from the third day (after 50 hours), and then takes 24 hours as in PP-HasA. Then, S-1- (2-naphthyl) ethanol is resolved at a 50% yield optical purity> 99% ee. The R form is converted to a ketone with a yield of 50%. That is, 0 hours to 50 hours in FIG. 7 are stages of 1) heme cleavage by oxygen in dissolved oxygen and 2) formation of HasApf-redoxin. The spectrophotometer absorption 410 nm is 1) the point where it disappears after 50 hours, and 2) the remarkable absorption as shown in FIG. 4 (red: PP-HasA) at 950 cm −1 to 1250 cm −1 FT-IR after 50 hours. It is confirmed by the point that was seen.

(各種検討;不斉酸化反応を触媒するタンパク質同定)
図6のME上清画分(サンプルB)は、引き続く、遠心濾過装置(Vivaspin 2-10K)処理、濾過後ろ液を濃縮/乾燥するだけで、純粋なPP−HasA(39kDa)を調整できる。更に、P−39をRac−2(0.8mM)/蒸留水(5.0mL)にて不斉酸化反応、ヘキサン抽出後に残るサンプルC溶液をSDS−PAGEした結果が、サンプルDの21kDaピークを与える。
(Various studies; Identification of proteins that catalyze asymmetric oxidation reactions)
The ME supernatant fraction (sample B) in FIG. 6 can be prepared pure PP-HasA (39 kDa) simply by subsequent centrifugal filtration (Vivaspin 2-10K) treatment and concentration / drying of the filtrate after filtration. Furthermore, the asymmetric oxidation reaction of P-39 with Rac-2 (0.8 mM) / distilled water (5.0 mL), and the result of SDS-PAGE of the sample C solution remaining after hexane extraction is the result of the 21 kDa peak of sample D. give.

SDS−PAGEの特徴となる濃いサンプルD−バンド2をSDS−PAGEを、引き続きプロテインシーケンサーによりN末端シーケンスして得られた33アミノ酸が図11に示されている。そのBLAST解析の結果から、活性に関わる酵素が、蛍光菌由来のHasA(93%の誤差範囲:HasAp gene product [Pseudomonas fluorescens Pf-5])として同定された。分子量の20.853 Daであり、SDS−PAGE結果と一致した。以上から、蛍光菌HasA(21kDa)を土台として、活性中心として鉄イオウクラスタ(レドキシン)を含むタンパク質複合体(39kDa)が、不斉酸化反応を触媒するタンパク質として推測された。   FIG. 11 shows 33 amino acids obtained by sequencing the deep sample D-band 2 that is characteristic of SDS-PAGE by SDS-PAGE followed by N-terminal sequencing using a protein sequencer. From the result of the BLAST analysis, the enzyme involved in the activity was identified as HasA derived from fluorescent bacteria (93% error range: HasAp gene product [Pseudomonas fluorescens Pf-5]). The molecular weight was 20.853 Da, which was consistent with the SDS-PAGE result. From the above, based on the fluorescent bacterium HasA (21 kDa), a protein complex (39 kDa) containing an iron-sulfur cluster (redoxin) as an active center was estimated as a protein that catalyzes an asymmetric oxidation reaction.

(各種検討;ESRによるFe−O検査)
図9には、(a)PP−HasAと(b)HasApfのそれぞれのESR結果を示している。(b)HasApfの微生物発現−蛍光菌HasApfは、非特許文献5に示されるように、ヒツチジン(His)とチロシン(Tyr)が配位した、低スピン状態6配位型のヘムタンパク質HasAを示した。一方、エンドウ豆抽出−蛍光菌HasApfの(a)PP−HasAは、1)酸素含量7倍等量含み、2)分光光度計410nmに吸収が無いノンヘム型、且つ、レドキシン(鉄イオウクラスタ)特有の4.3ガウスに特徴となる吸収を得た。これらの結果から、非特許文献1〜3の酸素駆動式P450に類似した、活性酸素種による酸化反応(Fe(II) + O → Fe(III)-O-O- → Fe(IV)=O (oxidizing rac-1/ -2) → Fe(II) + HO)による活性であることが支持された。
(Various studies; Fe-O inspection by ESR)
FIG. 9 shows ESR results of (a) PP-HasA and (b) HasApf. (B) Microbial expression of HasApf—The fluorescent bacterium HasApf is a low-spin state six-coordinated heme protein HasA in which histidine (His) and tyrosine (Tyr) are coordinated as shown in Non-Patent Document 5. It was. On the other hand, (a) PP-HasA of pea extraction-fluorescent fungus HasApf contains 1) 7-fold equivalent of oxygen content, 2) non-heme type with no absorption at 410 nm spectrophotometer, and redoxin (iron-sulfur cluster) specific Absorption characteristic of 4.3 Gauss was obtained. From these results, an oxidation reaction by reactive oxygen species (Fe (II) + O 2 → Fe (III) -OO → Fe (IV) = O (similar to oxygen-driven P450 of Non-Patent Documents 1 to 3) It was supported that it was activated by oxidizing rac-1 / -2) → Fe (II) + H 2 O).

図10に示す通り、蛍光菌HasAは、材料中のコンタミとして存在していず、共生細菌として、エンドウ豆の細胞中に存在している。従って、エンドウ豆−蛍光菌は、塩化カルシウムゲルに包括されて、空気酸化後、温水抽出される“細胞内鉄イオン濃度が低い”場合にて、段階でHasAを生産できる。しかしながら、蛍光菌はHasAの発現だけでなく、発現を促す/制御する鉄イオウクラスタ(IRP,IRE、IRRなど)を産生している。従って、蛍光菌HasAの微生物発現には、図3に示す通り、鉄と硫黄が検出される。   As shown in FIG. 10, the fluorescent bacterium HasA does not exist as a contaminant in the material, but exists as a symbiotic bacterium in pea cells. Therefore, the pea-fluorescent bacterium can produce HasA at a stage when it is included in the calcium chloride gel, and is extracted with warm water after air oxidation. However, fluorescent bacteria produce not only HasA but also iron-sulfur clusters (IRP, IRE, IRR, etc.) that promote / control expression. Therefore, iron and sulfur are detected in the microbial expression of the fluorescent bacterium HasA as shown in FIG.

図1に示す工程のように、蛍光菌HasAは空気酸化後レドキシンと複合し、HasApf−レドキシン複合体を含む膜蛋白質として温水中に溶出され、遠心分離により平易に濃縮沈殿できる。該沈殿物を、水溶液中にて高分子化合物と共存させ、FD処理することで保存性を高めた粉末のAG/CM−MEに加工でき、2級アルコールを不斉酸化できる触媒となる。   As shown in FIG. 1, the fluorescent bacterium HasA is complexed with redoxin after air oxidation, eluted as a membrane protein containing the HasApf-redoxin complex, and can be easily concentrated and precipitated by centrifugation. The precipitate is coexisted with a polymer compound in an aqueous solution and processed into FD by treatment with FD, so that it can be processed into a powder AG / CM-ME having improved storage stability, and becomes a catalyst capable of asymmetrically oxidizing a secondary alcohol.

AG/CM−MEは、酸素と鉄依存の電子移動系であり、補因子のNAD(P)添加は要せず、緩衝液やpH条件の選定をも要しない。水溶媒中で、且つ、酸素存在下(キャップ無)の撹拌操作にて平易に、光学活性アルコールを得ることができる。   AG / CM-ME is an oxygen and iron-dependent electron transfer system, does not require the addition of a cofactor NAD (P), and does not require selection of a buffer solution or pH conditions. An optically active alcohol can be easily obtained by stirring in an aqueous solvent and in the presence of oxygen (without a cap).

AG/CM−MEは、Rac−1よりナプロキセン前駆体(S-1、>99%ee)を合成できる。図17に従い、平易に医薬品“ナプロキセン”を合成できる。S-1からの有機合成プロセスは、1)水酸基(-OH)のブロモ化(-Br)→2)ニトリル化(-CN)→3)カルボン酸(−COOH)の有機合成できる。   AG / CM-ME can synthesize naproxen precursor (S-1,> 99% ee) from Rac-1. According to FIG. 17, the drug “naproxen” can be easily synthesized. The organic synthesis process from S-1 can be 1) Bromination of hydroxyl group (—OH) (—Br) → 2) Nitrilation (—CN) → 3) Organic synthesis of carboxylic acid (—COOH).

図17(b)には、ナプロキセン合成の従来方法によるフロー図を示している。ナプロキセンは、芳香族カルボン酸に分類される有機化合物で、鎮痛、解熱、抗炎症薬として用いられる非ステロイド性抗炎症薬 (NSAID) の一種である。   FIG. 17 (b) shows a flow chart according to the conventional method of naproxen synthesis. Naproxen is an organic compound classified as an aromatic carboxylic acid and is a type of non-steroidal anti-inflammatory drug (NSAID) used as an analgesic, antipyretic and anti-inflammatory drug.

本発明のMEは、細胞小器官、特には、ミトコンドリア由来膜蛋白質と推察でき、蛍光菌HasA及び、その発現に関与する鉄イオウクラスタ(レドキシン)に基づく鉄電子移動連鎖機能を有する膜蛋白と考えられる。   The ME of the present invention can be presumed to be an organelle, particularly a mitochondrial membrane protein, and is considered to be a membrane protein having an iron electron transfer chain function based on the fluorescent bacterium HasA and an iron sulfur cluster (redoxin) involved in its expression. It is done.

図1は、工程1のフローを示す。空気酸化済のアルギン酸ゲル包括エンドウタンパク質から、図12の2.6%含量カルシウムにコーティングされたPCが溶出され、0.5mMグリシンNaOH(pH=9〜11)とポリエチレングリコール(PEG4000など)、及び/又は0.5mM有機溶媒(グルタルアルデヒド、アセトニトリルなど)処理にてMEとした後、該ME鉄電子移動系の作用より、各種2級アルコール分子の不斉酸化反応が生じる様子を表現している。   FIG. 1 shows the flow of step 1. From the air oxidized alginate gel-encapsulated pea protein, the 2.6% calcium-coated PC of FIG. 12 was eluted, 0.5 mM glycine NaOH (pH = 9-11) and polyethylene glycol (eg PEG 4000), and After the ME is treated by treatment with 0.5 mM organic solvent (glutaraldehyde, acetonitrile, etc.), the asymmetric oxidation reaction of various secondary alcohol molecules occurs due to the action of the ME iron electron transfer system. .

図2は、大腸菌などの微生物に、蛍光菌由来HasA遺伝子を発現させて得られるHasApfの製造方法に関するが、緑膿菌や結核菌由来HasA遺伝子により発現した場合においても、蛍光菌由来HasAと同様のタイムコース、図7に示す不斉酸化反応を実現可能である。   FIG. 2 relates to a method for producing HasApf obtained by expressing a HasA gene derived from a fluorescent bacterium in a microorganism such as Escherichia coli. Even when expressed by a HasA gene derived from Pseudomonas aeruginosa or Mycobacterium tuberculosis, it is the same as HasA derived from a fluorescent bacterium. It is possible to realize the asymmetric oxidation reaction shown in FIG.

図8に示す通り、アルギン酸Caゲル包括植物由来蛋白質は、空気酸化後、酸素の存在下、好適に空気酸化を誘発する。FT−IR測定にて得られる950cm−1〜1250cm−1の領域に現れる、Fe−O/S−Oバイブレーションのピークは鉄−硫黄酸化物を示すものであり、HasApf−レドキシン複合体中のレドキシン、鉄イオウクラスタの酸化物に由来し活性中心として機能する。更に、その鉄イオウクラスタ酸化物により、温水中に溶出される効果を生んでいる。 As shown in FIG. 8, the alginate Ca gel-encapsulated plant-derived protein suitably induces air oxidation in the presence of oxygen after air oxidation. The Fe—O / S—O vibration peak appearing in the region of 950 cm −1 to 1250 cm −1 obtained by FT-IR measurement indicates iron-sulfur oxide, and the redoxin in the HasApf-redoxin complex Derived from oxide of iron-sulfur cluster, it functions as an active center. Furthermore, the iron sulfur cluster oxide produces an effect of being eluted in warm water.

本発明で示す不斉酸化反応を触媒するHasApf−レドキシン複合体の構成は、(1)電子移動に関わる鉄イオウクラスタ(レドキシン)と(2)その土台となるHasAであり、酸化機能としては、酸素存在下、2級アルコール脱水素反応することを特徴としている。従って、本発明は、従来の2級アルコール脱水素酵素とは明確に異なる反応系を提供している。   The composition of the HasApf-redoxin complex that catalyzes the asymmetric oxidation reaction shown in the present invention is (1) an iron-sulfur cluster (redoxin) involved in electron transfer and (2) HasA as its foundation. It is characterized by a secondary alcohol dehydrogenation reaction in the presence of oxygen. Therefore, the present invention provides a reaction system that is clearly different from the conventional secondary alcohol dehydrogenase.

更に、MEにはS選択的酸化反応を持つものとR選択的酸化に働く2種類が存在する。図14に示されるように、本発明で示されるMEは、第1工程でのコーティングするPEG分子量を使い分けることで(AG/CM−ME)、立体選択性の異なる2種類の鏡像異性体を生産している。従って、その2種類のMEの使い分けにより、両鏡像体(S体とR体)の合成を可能にできる。   Furthermore, there are two types of MEs that have an S-selective oxidation reaction and that work on R-selective oxidation. As shown in FIG. 14, the ME shown in the present invention produces two types of enantiomers having different stereoselectivities by properly using the PEG molecular weight to be coated in the first step (AG / CM-ME). is doing. Therefore, by combining the two types of ME, it is possible to synthesize both enantiomers (S body and R body).

以上から、この発見は、従来の煩雑で煩わしい酵素の精製や単離の工程を含む、従来の亜鉛と補因子(NAD(P)やFAD)電子移動系の2級アルコール脱水素酵素と比べて、不斉酸化反応が、1)補因子(NAD(P)やFAD)添加を要しない点、2)酸素依存的な不斉酸化反応である点、3)pH依存的でなく、水又はナノ酸素バブル水溶媒系の極めて温和な反応系である点、4)更には、両鏡像体の使い分けが可能な点からコスト的にも操作的にも優位な、しかも高選択的なので効果的に光学活性アルコール(収率50%、99%ee以上)が得られる不斉有機合成試薬を提供している。   From the above, this discovery is compared with the conventional secondary alcohol dehydrogenase of zinc and cofactor (NAD (P) or FAD) electron transfer system, including the conventional complicated and troublesome enzyme purification and isolation steps. The asymmetric oxidation reaction is 1) the point that no cofactor (NAD (P) or FAD) is required, 2) the oxygen-dependent asymmetric oxidation reaction, 3) not pH-dependent, water or nano 4) Furthermore, it is advantageous in terms of cost and operation because it can be used properly for both enantiomers, and it is highly selective because it is highly selective. Provided is an asymmetric organic synthesis reagent capable of obtaining an active alcohol (yield 50%, 99% ee or more).

(HasA−レドキシン複合体の固定化)
本発明のHasA−レドキシン複合体(ヘム鉄活性型HasA)は、必要に応じて、種々の担体に固定化することができる。このように固定化した該複合体は、該固定化複合体を反応に供した後の、反応溶液と酵素の分離が容易であること、該複合体の再利用が容易であること、連続反応槽(流動槽,カラムなど)における使用が容易であること、等の利点を有する。
(Immobilization of HasA-redoxin complex)
The HasA-redoxin complex of the present invention (heme iron-activated HasA) can be immobilized on various carriers as required. The complex thus immobilized can be easily separated from the reaction solution and the enzyme after the immobilized complex is subjected to the reaction, the complex can be easily reused, and the continuous reaction. It has advantages such as easy use in a tank (fluid tank, column, etc.).

上記固定化に使用すべき「担体」は、該担体に対する本発明のHasA−レドキシン複合体の固定化が可能である限り、多孔質であるか否かは、特に制限されない。また、該多孔質材料は、例えば、有機質、無機質、有機−無機ハイブリッドのいずれであっても良い。例えば、無機質担体は、タンパク質等の固定に最適な細孔が容易であり、固定した酵素の高い活性発現、長期反応安定性の確保、圧力変形しない、高い耐薬品性等の点から好ましい。他方、有機質担体は、その可撓性(例えば、フィルム状とすること)が容易である。有機−無機ハイブリッド担体は、無機−有機の利点を、適宜、併せ有することが可能である。   The “carrier” to be used for the immobilization is not particularly limited as to whether it is porous as long as the HasA-redoxin complex of the present invention can be immobilized on the carrier. The porous material may be any of organic, inorganic, and organic-inorganic hybrid, for example. For example, an inorganic carrier is preferable from the viewpoints of easy pores optimal for immobilizing proteins and the like, high activity expression of the immobilized enzyme, ensuring long-term reaction stability, no pressure deformation, and high chemical resistance. On the other hand, the organic carrier is easy to be flexible (for example, in the form of a film). The organic-inorganic hybrid carrier can have the advantages of inorganic-organic as appropriate.

上記「固定化」メカニズムも特に制限されないが、本発明のHasA複合体への分子レベルでの相互的適合性の点からは、該「固定化」メカニズムは、「吸着」であることが好ましい。   The “immobilization” mechanism is not particularly limited, but from the viewpoint of mutual compatibility at the molecular level with the HasA complex of the present invention, the “immobilization” mechanism is preferably “adsorption”.

上記固定化に使用すべき「担体」は、該担体の表面積が大きいもの(例えば、微粒子状および/又は多孔質の担体)であることが好ましい。本発明において好適に使用可能な担体であるか否かは、後述する「蛍光菌HasAの吸着性」を利用するスクリーニングにより、好適に判別することができる。   The “carrier” to be used for the immobilization is preferably a carrier having a large surface area (for example, a particulate and / or porous carrier). Whether or not the carrier can be suitably used in the present invention can be suitably determined by screening using “adsorbability of fluorescent bacteria HasA” described later.

(多孔質担体)
多孔質担体としては、例えば、以下の物性を有するものが好適に使用可能である。
・比表面積:2〜38m/gが好ましく、10〜30m/gが更に好ましく、15〜25m/gが特に好ましい(トヨナイト200シリーズは、比表面積=20m/g)
・平均細孔径:30〜130nmが好ましく、50〜110nmが更に好ましく、70〜100nmが特に好ましい(トヨナイト200シリーズは、平均細孔径=80nm)
・平均粒径:105〜210μmが好ましく、125〜190μmが更に好ましく、145〜170μmが特に好ましい(トヨナイト200シリーズは、平均粒径=155μm)
・見かけ嵩密度:0.18〜1.18g/mLが好ましく、0.38〜0.98g/mLが更に好ましく、0.58〜0.78g/mLが特に好ましい(トヨナイト200シリーズは、見かけ嵩密度=0.68g/mL)
(Porous carrier)
As the porous carrier, for example, those having the following physical properties can be suitably used.
Specific surface area: 2 to 38 m 2 / g is preferable, 10 to 30 m 2 / g is more preferable, and 15 to 25 m 2 / g is particularly preferable (specific surface area = 20 m 2 / g for Toyonite 200 series).
Average pore diameter: 30 to 130 nm is preferable, 50 to 110 nm is more preferable, and 70 to 100 nm is particularly preferable (for Toyonite 200 series, average pore diameter = 80 nm)
Average particle size: 105 to 210 μm is preferable, 125 to 190 μm is more preferable, and 145 to 170 μm is particularly preferable (for toyonite 200 series, average particle size = 155 μm)
Apparent bulk density: 0.18 to 1.18 g / mL is preferable, 0.38 to 0.98 g / mL is more preferable, and 0.58 to 0.78 g / mL is particularly preferable (Toyonite 200 series has an apparent bulk density. Density = 0.68 g / mL)

上記した多孔質担体へのHasA−レドキシン複合体の固定化方法、多孔質担体の各物性の測定方法に関しては、例えば、下記の文献を参照することができる。
・特許第2862509号(トヨナイトを用いたタンパク質固定化法に関して)
・M.Kamoriら““Kamori509号(トヨナイトを用いたタンパク質固定化法に関して)を参照することができる。有機−無機ハイブリッド担体は、無機−有機の利点を、適宜、併せ有することが可能である。極めて温和な反応系である点、4)更には、両鏡像体の使い分けがe immobilized lipaseイ(2000年)、Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic 発行、第9, 269 〜 274頁
・酵素固定化担体Toyoniteパンフレット(英語バージョン、日本語パージョンの2種類)、東洋電化工業株式会社発行、
With respect to the method for immobilizing the HasA-redoxin complex on the porous carrier and the method for measuring each physical property of the porous carrier, for example, the following documents can be referred to.
・ Patent No. 2862509 (for protein immobilization method using toyonite)
Reference can be made to M. Kamori et al. ““ Kamori 509 (for protein immobilization using toyonite) ”. The organic-inorganic hybrid carrier can have the advantages of inorganic-organic as appropriate. 4) Furthermore, the use of both enantiomers is e-fixed lipase (2000), published by Journal of Molecular Catalysis B: Enzymatic, pages 9, 269-274. Toyonite pamphlet (English version, Japanese version), published by Toyo Denka Kogyo Co., Ltd.

(好適な担体)
本発明のHasA−レドキシン複合体を固定化した態様においては、該固定化したHasA−レドキシン複合体を第1回目の反応に供した後に、該複合体を回収し、更に該回収した複合体を第2回目の反応に供することが容易である。この場合、回収した複合体(すなわち、2回以上の反応に供すべきHasA−レドキシン複合体)は、後述する実施例12(および図28〜29)に記載した「50h生成ケトンのパーセンテージ」(%)によって、その有用性を判断することができる。
(Suitable carrier)
In the embodiment in which the HasA-redoxin complex of the present invention is immobilized, after the immobilized HasA-redoxin complex is subjected to the first reaction, the complex is recovered, and the recovered complex is further recovered. It is easy to use for the second reaction. In this case, the recovered complex (that is, the HasA-redoxin complex to be subjected to two or more reactions) is the “percentage of 50 h-generated ketone” (%) described in Example 12 (and FIGS. 28 to 29) described later. ) To determine its usefulness.

より具体的には、実施例12(および図28〜29)に記載した方法によって、回収した複合体について「50h生成ケトンのパーセンテージ」を測定した場合に、該「50h生成ケトンのパーセンテージ」の値が、30%以上であることが好ましい。この値は、35%以上であることが好ましく、更には40%以上であることが好ましく、特に45%以上であることが好ましい。
(HasAの吸着性を利用する担体スクリーニング)
基本的には、後述する「実施例12」の条件を使用することが好ましい。すなわち、担体スクリーニングは、以下の方法で行うことが好ましい。なお、以下の記載から明らかなように、このスクリーニング方法においては、遠心管(いわゆる「スピッツ管」;長さ18mm、容量15mL程度)を用いて簡便に行うことができる。例えば「振とう機による攪拌」を使用した場合には、100本程度の遠心管を一度に攪拌することにより、100種類程度の担体サンプルを一度にスクリーニングすることができる。
More specifically, when the “percentage of 50 h-generated ketone” was measured for the recovered complex by the method described in Example 12 (and FIGS. 28 to 29), the value of “percentage of 50 h-generated ketone” was measured. However, it is preferable that it is 30% or more. This value is preferably 35% or more, more preferably 40% or more, and particularly preferably 45% or more.
(Carrier screening using the adsorptivity of HasA)
Basically, it is preferable to use the conditions of “Example 12” described later. That is, carrier screening is preferably performed by the following method. As will be apparent from the following description, this screening method can be carried out conveniently using a centrifuge tube (so-called “Spitz tube”; length: 18 mm, capacity: about 15 mL). For example, when “stirring with a shaker” is used, about 100 types of carrier samples can be screened at a time by stirring about 100 centrifuge tubes at a time.

(1)大腸菌発現−蛍光菌HasA溶液:実施例2(HasA遺伝子の微生物発現方法)の方法より、大腸菌発現−蛍光菌HasA溶液(濃度:1.8mg/mL)を調製する。
(2)固定化:上記(1)の操作で得られたHasA溶液5mLを遠心管内に入れ、次いでスクリーニング対象たる「担体サンプル」(1000mg)を該遠心管内に投下し、20〜40時間、振とう機(例えば、東洋電化工業株式会社製、商品名トヨナイト200、200A、200P、200M)を用いて、「8の字振盪」、500〜700回/分(rpm:rotation per minute)の条件で、24〜48時間撹拌する。この操作により、蛍光菌HasAが担体サンプルに固定化される。
(3)固定化HasAの後処理:
上記(2)の操作で得られた固定化HasAは低温風またはデシケータ中で乾燥し(例えば、24〜48時間程度)、HasAに適した暗所・低温条件下で保管する。
(1) Escherichia coli expression-fluorescent bacterium HasA solution: An E. coli expression-fluorescent bacterium HasA solution (concentration: 1.8 mg / mL) is prepared by the method of Example 2 (method of microbial expression of HasA gene).
(2) Immobilization: 5 mL of the HasA solution obtained in the above operation (1) is placed in a centrifuge tube, and then the “carrier sample” (1000 mg) to be screened is dropped into the centrifuge tube and shaken for 20 to 40 hours. Using a machine (for example, Toyonite 200, 200A, 200P, 200M, manufactured by Toyo Denka Kogyo Co., Ltd.), under the conditions of “Shape of figure 8”, 500 to 700 times per minute (rpm). Stir for 24-48 hours. By this operation, the fluorescent bacterium HasA is immobilized on the carrier sample.
(3) Post-treatment of immobilized HasA:
The immobilized HasA obtained by the above operation (2) is dried in a low temperature wind or desiccator (for example, about 24 to 48 hours) and stored under dark and low temperature conditions suitable for HasA.

実施例12に記載したように、HasApfの「トヨナイト」固定化担体への吸着性は、トヨナイト200>T200P>T200A>T200Mの順で良好に進行したことが判明した。茶色HasApf溶液は次の様に変化した(図23を参照)。
・T200・・・HasA溶液が透明となった。
・T200A・・・HasA溶液が薄茶色となった。
・T200P・・・HasA溶液が薄茶色(ほぼ透明)となった。
・T200M・・・HasA溶液は薄茶色(やや濃い目)だった。
As described in Example 12, it was found that the adsorptivity of HasApf to the “toyonite” immobilization support proceeded favorably in the order of toyonite 200>T200P>T200A> T200M. The brown HasApf solution changed as follows (see FIG. 23).
-T200 ... HasA solution became transparent.
-T200A ... HasA solution became light brown.
-T200P ... HasA solution became light brown (almost transparent).
-T200M ... HasA solution was light brown (slightly dark eyes).

すなわち、上記「実施例12」と同様にして、担体サンプルの使用可能性が簡便に「色」でも判断できる。上記の例では、「トヨナイト200、トヨナイト200Pおよびトヨナイト200A」が、このスクリーニングにおいて「使用可能」と判断できる。   That is, in the same manner as in “Example 12”, the possibility of using the carrier sample can be easily determined by “color”. In the above example, “toyonite 200, toyonite 200P and toyonite 200A” can be determined as “available” in this screening.

(ケトン変換率による担体の評価)
上記の「担体サンプル」の評価においては、実施例12(図24)に示す方法・条件により、各種「担体」吸着−48時間後の「HasA溶液残渣による活性強度」(生成ケトンへの変換率)を測定することができる。この測定値の例は、図24における、各棒グラフのグループ(例えば、トヨナイト−200に対するグループ)のうちの、最も左側の棒グラフによって示される。例えば、トヨナイト−200に対する上記の「HasA溶液残渣による活性強度」(生成ケトンへの変換率)は、約13%と読み取れる。この生成ケトンへの変換率は、以下の方法によって、測定することができる。
・(最も左側の棒グラフ)−スピッツ管(18mm×15mL)に、の各HasA残渣(0.2mL/イオン交換水(4mL/基質rac−1(0.4mg)スケールで50時間、撹拌子反応させた後、生成したケトン変換率(%)を測定する。
(Evaluation of carrier by ketone conversion rate)
In the evaluation of the above-mentioned “support sample”, according to the method and conditions shown in Example 12 (FIG. 24), adsorption of various “supports” — “activity intensity due to HasA solution residue” after 48 hours (conversion rate to produced ketone) ) Can be measured. An example of this measurement is shown by the leftmost bar graph in each bar graph group (e.g., the group for Toyonite-200) in FIG. For example, the above-mentioned “activity intensity due to HasA solution residue” (conversion rate to produced ketone) for Toyonite-200 can be read as about 13%. This conversion rate to the produced ketone can be measured by the following method.
(Leftmost bar graph)-Spitz tube (18 mm x 15 mL) was allowed to react with each HasA residue (0.2 mL / ion-exchanged water (4 mL / substrate rac-1 (0.4 mg) scale) for 50 hours with stirring. After that, the ketone conversion rate (%) produced is measured.

上記した「生成ケトンへの変換率」が小さい程、「より多くのHasA」が、担体に固定化されていることとなる。本発明においては、該「生成ケトンへの変換率」が45%以下であることが好ましい。更には、該「生成ケトンへの変換率」は、40%以下であることが好ましく、35%以下、更には30%以下、更には25%以下、更には22%以下、更には20%以下、更には20%以下、更には18%以下、特に16%以下であることが好ましい。   The smaller the “conversion rate to the produced ketone” is, the more “more HasA” is immobilized on the carrier. In the present invention, the “conversion rate to the product ketone” is preferably 45% or less. Further, the “conversion rate to the product ketone” is preferably 40% or less, 35% or less, more preferably 30% or less, further 25% or less, further 22% or less, and further 20% or less. Further, it is preferably 20% or less, more preferably 18% or less, and particularly preferably 16% or less.

(担体の具体例)
本発明HasA−レドキシン複合体の固定化においては、例えば、以下のような市販の担体(例えば、有機物ないしタンパク質の固定化に使用可能な担体)が好適に使用可能である。
・「トヨナイト」(Toyonite;東洋電化工業(株);カオリナイト物質を酸性水熱処理後、造粒焼成し、表面を有機官能基で修飾した多孔質セラミックス球状担体)
トヨナイト−200(有機官能基として水酸基を持つ担体)、200A(有機官能基としてアミノ基を持つ担体)、200P(有機官能基としてフェニルアミノ基を持つ担体),200M(メタクリロ基を持つ担体)
(Specific examples of carriers)
In immobilizing the HasA-redoxin complex of the present invention, for example, the following commercially available carriers (for example, carriers that can be used for immobilizing organic substances or proteins) can be suitably used.
・ Toyonite (Toyonite; Toyo Denka Kogyo Co., Ltd .; porous ceramic spherical carrier whose surface is modified with organic functional groups by granulating and firing the kaolinite material after acidic hydrothermal treatment)
Toyonite-200 (a carrier having a hydroxyl group as an organic functional group), 200A (a carrier having an amino group as an organic functional group), 200P (a carrier having a phenylamino group as an organic functional group), 200M (a carrier having a methacrylo group)

次に、本発明を実施例に基づき具体的に説明するが、これは説明のためのものであって、これにより限定して解すべきではない。   Next, the present invention will be specifically described based on examples, but this is for the purpose of explanation and should not be construed as being limited thereto.

尚、各実施例において、不斉酸化反応を有するHasApf−レドキシン複合体は、実施例1(植物由来の蛍光菌HasA抽出方法)記載、及び実施例2(HasA遺伝子の微生物発現方法)記載の方法により得た。   In each Example, the HasApf-redoxin complex having an asymmetric oxidation reaction is described in Example 1 (extracting method of plant-derived fluorescent fungus HasA) and Example 2 (Method of expressing microorganisms of HasA gene). Obtained.

実施例1(植物由来の蛍光菌HasA抽出方法)
豌豆蛋白粉(オルガノフードテック株式会社製、商品名「エンドウたん白PP−CS」)300gに、蒸留水3000mLを加え、更に3%アルギン酸ナトリウム水溶液3000mLを加えて均一になるまで撹拌した。得られた粗蛋白質―アルギン酸ナトリウム混合液を撹拌しながら、分液漏斗を用いて4%塩化カルシウム水溶液中を滴下し、ゲルビーズを作成した。
Example 1 (Method for extracting plant-derived fluorescent fungus HasA)
To 300 g of soybean protein protein (manufactured by Organo Food Tech Co., Ltd., trade name “pea protein PP-CS”) was added 3000 mL of distilled water, and 3000 mL of a 3% sodium alginate aqueous solution was added and stirred until uniform. While stirring the obtained crude protein-sodium alginate mixed solution, 4% calcium chloride aqueous solution was dropped using a separatory funnel to prepare gel beads.

次いで、溶液部分を捨て、前記ゲルビーズを回収し、空気中で1〜5時間静置して空気酸化させた。空気酸化させたゲルビーズに4000mLの蒸留水を添加し、恒温振とう培養器を用いて40℃にて48時間振とうし、該ゲルビーズ中のPCを溶出させることによってPC水溶液を得た。   Next, the solution portion was discarded, and the gel beads were collected and allowed to stand in the air for 1 to 5 hours for air oxidation. 4000 mL of distilled water was added to the air-oxidized gel beads, and the mixture was shaken at 40 ° C. for 48 hours using a constant temperature shake incubator to elute the PC in the gel beads to obtain an aqueous PC solution.

前記PC水溶液を、遠心分離機(日立工機株式会社製、himac CR20G)を用いて10,000rpm、10分間遠心し、PC沈殿物(80g〜120g)を得た。このPC沈殿物100gに、3〜7%(3〜7g)PEG(1000)/0.5%グイシンNaOH緩衝液(pH=9〜11、700mL)を加えてよく撹拌し、少量の3〜7重量%(3〜7g)アセトニトリル又はグルタルアルデヒドを高分子化合物コーティングと共存させ、1時間〜3時間、撹拌して均一化した。   The PC aqueous solution was centrifuged at 10,000 rpm for 10 minutes using a centrifuge (manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd., himac CR20G) to obtain PC precipitates (80 g to 120 g). To 100 g of this PC precipitate, 3-7% (3-7 g) PEG (1000) /0.5% guisin NaOH buffer (pH = 9-11, 700 mL) was added and stirred well. Weight% (3 to 7 g) acetonitrile or glutaraldehyde was allowed to coexist with the polymer compound coating and homogenized by stirring for 1 to 3 hours.

均一化されたME水溶液を、遠心分離後、沈殿物を真空凍結乾燥機(日精株式会社製、RLEII203)を用いて乾燥して、ボールミルにて粉砕した。FD条件は、−50℃にて凍結後、系内を真空状態にして、温度を50℃まで昇温し、充分に水分昇華させた。精製プロセスにおいて、遠心分離後のME上清を遠心濾過(Vivaspin 2-10 K)後、ろ液をFD乾燥することで、好適に本発明のHasApf−レドキシン複合体を精製できた。乾燥工程は、真空に近い状態で乾燥するのが好ましい。熱による空気酸化―変色とそれに伴う活性低下が生じるためである。   After the homogenized ME aqueous solution was centrifuged, the precipitate was dried using a vacuum freeze dryer (manufactured by Nissei Co., Ltd., RLEII203) and pulverized with a ball mill. As the FD condition, after freezing at −50 ° C., the system was evacuated, the temperature was raised to 50 ° C., and water was sufficiently sublimated. In the purification process, the HasApf-redoxin complex of the present invention was suitably purified by centrifugal filtration (Vivaspin 2-10 K) of the ME supernatant after centrifugation and then FD drying the filtrate. The drying step is preferably performed in a state close to vacuum. This is because air oxidation due to heat-discoloration and accompanying activity decrease occur.

実施例2(HasA遺伝子の微生物発現方法)
Pseudomonas protegens Pf-5遺伝子配列(HasA; accession No. YP_262445.1, or WP_011063600;図15)を遺伝子合成する。必要に応じて、大腸菌用に配列を最適化して合成を行う。目的遺伝子の両末端には、発現ベクターへの乗せ替え用に制限酵素部位を付加して合成を行った。受託メーカー依頼して、合成遺伝子をpUC−57ベクターに挿入した形で納品することもできる。
Example 2 (Method for expressing microorganisms of HasA gene)
The Pseudomonas protegens Pf-5 gene sequence (HasA; accession No. YP — 262445.1, or WP — 011063600; FIG. 15) is synthesized. If necessary, synthesize by optimizing the sequence for E. coli. Synthesis was performed by adding restriction enzyme sites at both ends of the target gene for transfer to an expression vector. It is also possible to request a contract manufacturer to deliver a synthetic gene inserted into the pUC-57 vector.

37℃で3時間以上、制限酵素(NEB)処理してpUC−57から切断した蛍光菌HasA遺伝子は、アガロースゲルから切り離して精製(DNA精製Kit:BEX DNA生成キットI(PCR&GEL Purification))され、ベクターpET28a(Novagen;図15)、pET−47b(Novagen)、又はpGEX(GEヘルスケア)へ導入された。ベクター導入時の試薬として、Ligation試薬(DNA Ligation Kit<Mighty Mix>(TaKaRa))、大腸菌(Competent high DH5α(TOYOBO))、抗生物質(アンシピリン又はカナマイシン)、プラスミド抽出キット(QIAprep Spin Miniprep Kit(QIAGEN))を使った。   The fluorescent bacterium HasA gene cleaved from pUC-57 after being treated with restriction enzyme (NEB) at 37 ° C. for 3 hours or more was isolated from the agarose gel and purified (DNA purification kit: BEX DNA generation kit I (PCR & GEL Purification)). It was introduced into the vector pET28a (Novagen; FIG. 15), pET-47b (Novagen), or pGEX (GE Healthcare). Ligation reagents (DNA Ligation Kit <Mighty Mix> (TaKaRa)), Escherichia coli (Competent high DH5α (TOYOBO)), antibiotics (Ancipillin or Kanamycin), plasmid extraction kit (QIAprep Spin MiniQ) )).

ベクターと蛍光菌HasA遺伝子の連結は、シーケンサー(ABI Prism 3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems))にて、シーケンス試薬(BigDye Terminatores v1.1 cycぇSequencing Kit (Applied Biosystems))を使って確認した。   The ligation between the vector and the fluorescent bacteria HasA gene was performed using a sequence reagent (ABI Prism 3130xl Genetic Analyzer (Applied Biosystems)) using a sequencing reagent (BigDye Terminators v1.1 using a Cycense Sequencing Kit (Applied)).

構築した発現ベクターは、大腸菌BL(DE3;Novagen)又はBL21、Rosetta2、SHuffle(NEB)に形質転換し、クローニングする。クローン体をピックアップして、2mLのTB培地(抗生物質入り)にて37℃、一晩、培養する。10mLのTB培地(抗生物質入り)に、前培養液を1mL添加し、37℃にて培養する。発現誘導前のサンプルとして、菌体を一部改修しておく。OD=1.0付近になったら、IPTGを終濃度0.1mMになるように添加し、30℃で16h、引き続き培養した。   The constructed expression vector is transformed into E. coli BL (DE3; Novagen) or BL21, Rosetta2, SHuffle (NEB) and cloned. The clone is picked up and cultured overnight at 37 ° C. in 2 mL of TB medium (with antibiotics). 1 mL of the preculture solution is added to 10 mL of TB medium (with antibiotics) and cultured at 37 ° C. As a sample before induction of expression, a part of the cells is modified. When OD = near 1.0, IPTG was added to a final concentration of 0.1 mM, followed by culturing at 30 ° C. for 16 h.

その後、発現大腸菌を遠心分離にて回収し、1mLの大腸菌溶解バッファー(BugBuster Protein Extraction Reagent (Novagen))又は超音波破砕によって、溶菌する。大腸菌溶解液を遠心分離し、可溶性画分の上清を回収する。不溶性画分の沈殿物は、変性バッファー(8M Urea,PBS)1mLにて可溶化する。可溶化後、遠心分離を行い、上清を不溶性画分として回収する。   Thereafter, the expressed E. coli is collected by centrifugation and lysed by 1 mL of E. coli lysis buffer (BugBuster Protein Extraction Reagent (Novagen)) or ultrasonic disruption. Centrifuge the E. coli lysate and collect the supernatant of the soluble fraction. The precipitate of the insoluble fraction is solubilized with 1 mL of denaturing buffer (8M Urea, PBS). After solubilization, centrifugation is performed and the supernatant is recovered as an insoluble fraction.

発現誘導前のサンプル、発現誘導後の可溶性画分、発現誘導後の不溶性画分をそれぞれ2×サンプルバッファーと等量混合し、99℃で5分、熱処理を行い、泳動サンプルとした。5−20%グラジエントゲルで20mA、70分ほどSDS−PAGEを行った。泳動の結果、蛍光菌HasAが好適に発現できていることを確認した。   The sample before expression induction, the soluble fraction after expression induction, and the insoluble fraction after expression induction were mixed in an equal amount with 2 × sample buffer, respectively, and heat-treated at 99 ° C. for 5 minutes to obtain a migration sample. SDS-PAGE was performed for about 70 minutes at 20 mA with a 5-20% gradient gel. As a result of the electrophoresis, it was confirmed that the fluorescent bacterium HasA was suitably expressed.

大腸菌のグリセロールストックから植菌し、10mLのTB培地(抗生物質入り)にて37℃、一晩、培養した。100mLのTB培地(抗生物質入り)に、前培養液を10mL添加し、37℃にて培養した。OD=1.0付近になったら、IPTGを終濃度0.1mMになるように添加し、30℃で16h、引き続き培養した。   The cells were inoculated from a glycerol stock of E. coli and cultured overnight at 37 ° C. in 10 mL of TB medium (with antibiotics). 10 mL of the preculture was added to 100 mL of TB medium (with antibiotics) and cultured at 37 ° C. When OD = near 1.0, IPTG was added to a final concentration of 0.1 mM, followed by culturing at 30 ° C. for 16 h.

発現大腸菌を遠心分離して回収し、10mLの大腸菌溶出バッファー(BugBuster Protein Extraction Reagent (Novagen))又は超音波洗浄することで溶菌した。大腸菌溶解液を遠心分離し、可溶性の上清を回収する。Niアフィニティーカラムに1mLのレジン(TALON Metal Affinity Resin(タカラバイオ))を添加し、平衡化する。上清を平衡化したレジンに添加し、His−Tag融合タンパク質を結合させる。カラムに10mLの洗浄バッファーを添加し、レジンを洗浄する。カラムに3mLの溶出バッファーを添加して、His−Tag融合タンパク質を溶出した。   The expressed E. coli was collected by centrifugation and lysed by washing with 10 mL of E. coli elution buffer (BugBuster Protein Extraction Reagent (Novagen)) or ultrasonically. Centrifuge the E. coli lysate and collect the soluble supernatant. Add 1 mL of resin (TALON Metal Affinity Resin (Takara Bio)) to the Ni affinity column and equilibrate. The supernatant is added to the equilibrated resin to bind the His-Tag fusion protein. Add 10 mL wash buffer to the column to wash the resin. 3 mL of elution buffer was added to the column to elute the His-Tag fusion protein.

尚、その際、平衡化/洗浄バッファー(50mM Sodium phosphate、300mM−NaCl、pH8)、溶出バッファー(150mM 意味だぞぇ、50mM sodium phosphate, 300mM−NaCl、pH8)を使用した。   At that time, an equilibration / washing buffer (50 mM sodium phosphate, 300 mM NaCl, pH 8) and an elution buffer (150 mM meaning, 50 mM sodium phosphate, 300 mM NaCl, pH 8) were used.

3mLの溶出バッファー中の蛍光菌HasA(濃度:630μM)として得られた。18mmφ試験管中に撹拌子を入れ、該HasA濃度(20μM)を調整済のナノ酸素バブル水(5mL)を入れ、3日以上、栓をせずに700rpmにて撹拌することにより、該HasAのヘムが崩壊(410nmの吸収が消え)して、不斉酸化反応を有するHasA−レドキシン複合体が形成(g=6→g=4.3)される。尚、蛍光菌HasA(濃度:630μM)を自然乾燥したサンプルを用い、FTIRやESTなどの測定に用いることができる。   Obtained as fluorescent fungus HasA (concentration: 630 μM) in 3 mL of elution buffer. A stirring bar is placed in an 18 mmφ test tube, nano oxygen bubble water (5 mL) with adjusted HasA concentration (20 μM) is added, and stirring is performed at 700 rpm without plugging for 3 days or more. Heme decays (410 nm absorption disappears), and a HasA-redoxin complex having an asymmetric oxidation reaction is formed (g = 6 → g = 4.3). A sample obtained by naturally drying fluorescent bacteria HasA (concentration: 630 μM) can be used for measurements such as FTIR and EST.

尚、上述の大腸菌発現からの蛍光菌HasA産生プロセスは、緑膿菌由来HasAや結核菌由来HasAについても対応している。即ち、緑膿菌や結核菌由来の大腸菌発についても、HasA濃度(20μM)にてナノ酸素バブル水(5mL)溶媒中、3日以上、栓をせずに700rpmにて撹拌することで、不斉酸化反応を発現する。   In addition, the fluorescent bacterium HasA production process from the above-mentioned expression of E. coli also corresponds to Pseudomonas aeruginosa-derived HasA and Mycobacterium tuberculosis-derived HasA. In other words, E. coli derived from Pseudomonas aeruginosa and Mycobacterium tuberculosis can be obtained by stirring at 700 rpm in a nano-oxygen bubbled water (5 mL) solvent for 3 days or longer at 700 rpm with a HasA concentration (20 μM). Expresses a homogeneous oxidation reaction.

微生物発現−蛍光菌HasA(HasApf)の構成成分は、図3(構成成分)に示す分布にあり、図4(FTIR)のFe−O/S−Oバイブレーション、図9(ESR)のノンヘム型吸収(活性酸素種:Fe−O、g= 4.3)などの物理化学的な分子構造測定より参考にできる。   Microbial expression-Constituent components of fluorescent fungus HasA (HasApf) are in the distribution shown in FIG. 3 (constituent components), Fe—O / S—O vibration in FIG. 4 (FTIR), and nonheme absorption in FIG. 9 (ESR). Reference can be made from physicochemical molecular structure measurements such as (active oxygen species: Fe—O, g = 4.3).

実施例3(本発明の(a)PP−HasAと(b)HasApfのFT−IR分析)
図4は、FT−IR(株式会社エス・テイ・ジャパン、ポータブル ATR 装置 (A2 Technologes, ML version)、ATR法)にて調べた結果である。(a)PP−HasAは、第1工程にて得られるME上清液を遠心濾過(Vivaspin 2-10 K)したろ液の乾燥品である。尚、(b)HasApfは、前記の手法にて、蛍光菌HasA遺伝子を大腸菌発現して得られたタンパク質である。
Example 3 (FT-IR analysis of (a) PP-HasA and (b) HasApf of the present invention)
FIG. 4 shows the results of investigation using FT-IR (ST Japan, Inc., portable ATR apparatus (A2 Technologes, ML version), ATR method). (A) PP-HasA is a dried product of the filtrate obtained by centrifugal filtration (Vivaspin 2-10 K) of the ME supernatant obtained in the first step. In addition, (b) HasApf is a protein obtained by expressing Escherichia coli a fluorescent bacterium HasA gene by the above-described method.

実施例3(本発明の(a)PP−HasAと(b)HasApfのESR分析)
図9は、電子スピン共鳴(ESR)装置(日本電子製JESFA200型)の測定装置、測定条件:Magnetic field (322.5±250mT) ,Modulation Field (0.6mT), Time Constant (0.3 sec), Microwave Power (1mW), Sweep Time (8min),Temperature (−162℃)で測定した結果である。(a)PP−HasAの乾燥条件は、室温大気下で水分を蒸発、得られた固形分を真空乾燥、そしてESR試料管に分取し、真空脱気してサンプルとした。(b)HasApfの乾燥は、室温大気下で水分を蒸発後、得られた固形分をESR試料管に分取し、真空脱気してサンプルとした。
Example 3 (ESR analysis of (a) PP-HasA and (b) HasApf of the present invention)
FIG. 9 shows a measuring apparatus of an electron spin resonance (ESR) apparatus (JESFA200 type manufactured by JEOL), measurement conditions: Magnetic field (322.5 ± 250 mT), Modulation Field (0.6 mT), Time Constant (0.3 sec). ), Microwave Power (1 mW), Sweep Time (8 min), Temperature (−162 ° C.). (A) PP-HasA was dried under the conditions of evaporating moisture at room temperature, drying the obtained solid content in a vacuum, separating it into an ESR sample tube, and vacuum degassing to prepare a sample. (B) For drying of HasApf, after evaporating water at room temperature, the obtained solid content was collected in an ESR sample tube and vacuum degassed to prepare a sample.

ESRの結果、(a)PP−HasAはFe3+のg=4.3の吸収が、(b)HasApfでは、g=6.0の吸収から、ヘム鉄状態にて確認された。蛍光菌HasA遺伝子発現HasA pfは、630μM(APPROX)/1.0mL、His-Tag MW:2306)の液体を大気乾燥させた。 As a result of ESR, (a) PP-HasA confirmed the absorption of Fe 3+ at g = 4.3, and (b) HasApf confirmed the absorption at g = 6.0 in the heme iron state. As for the fluorescent bacteria HasA gene expression HasA pf, a liquid of 630 μM (APPROX) /1.0 mL, His-Tag MW: 2306) was air-dried.

実施例4(活性画分のSDS−PAGE)
下記A〜Dのサンプル各10μLについて、テフコ(株)製プレキャストゲル(SDS−PAGE mini)を用いて、分子量の決定を行った。染色には、CBB染色液を用いた。尚、遠心分離は、日立工機株式会社製、himac CR20Gを用いて、10,000rpm、10分間にて行った。
A)実施例1のPPゲルより溶出のPC水溶液。
B)該遠心分離沈殿物を0.5mMグリシンNaOH緩衝液(pH=9〜11)に再溶解させたて得られたME溶液の遠心上清画分。
C)該サンプルBを遠心濾過(Vivaspin 2-10 K)したろ液画分。
D)基質Rac−2による不斉酸化反応とヘキサン抽出を実施後のサンプルC残存物。
Example 4 (SDS-PAGE of active fraction)
About 10 μL of each of the samples A to D below, molecular weight was determined using a precast gel (SDS-PAGE mini) manufactured by Tefco Corporation. CBB staining solution was used for staining. Centrifugation was performed at 10,000 rpm for 10 minutes using a Himac CR20G manufactured by Hitachi Koki Co., Ltd.
A) PC aqueous solution eluted from the PP gel of Example 1.
B) Centrifugal supernatant fraction of ME solution obtained by re-dissolving the centrifugal precipitate in 0.5 mM glycine NaOH buffer (pH = 9-11).
C) A filtrate fraction obtained by subjecting the sample B to centrifugal filtration (Vivaspin 2-10 K).
D) Residue of sample C after asymmetric oxidation with substrate Rac-2 and hexane extraction.

結果を図6に示す。バンド1(39kDa)は、不斉酸化反応後及び/又はヘキサン抽出後に、バンド2(21kDa)へ変化した。即ち、不斉酸化活性は、バンド1(39kDa)のHasA−レドキシン複合体にあり、不斉酸化反応後及び/又はヘキサン抽出後に、活性を失ったバンド2(21kDa)のHasAへと変化している。   The results are shown in FIG. Band 1 (39 kDa) changed to band 2 (21 kDa) after the asymmetric oxidation reaction and / or after hexane extraction. That is, the asymmetric oxidation activity is in the HasA-redoxin complex of band 1 (39 kDa), and after the asymmetric oxidation reaction and / or hexane extraction, the activity is changed to HasA of band 2 (21 kDa) that has lost its activity. Yes.

実施例5(バンド2の蛋白質同定)
実施例4で得た、SDSバンド2を切り離し、プロテイシーケンサー(島津製作所製、PPSQ−21A)にてアミノ酸配列解析を行った。結果を表1に示す。
Example 5 (Protein identification of band 2)
SDS band 2 obtained in Example 4 was cut off, and amino acid sequence analysis was performed with a protein sequencer (manufactured by Shimadzu Corporation, PPSQ-21A). The results are shown in Table 1.

更に、表1のアミノ酸配列を、蛋白質の為の同定データベースにて解析(BLAST)を行った。このBLASTは、アメリカ国立生物工学情報センター(NCBI)のBLAST解析ページ(http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/)中の「protein blast」から、テキストボックスに検索したいアミノ酸配列を入力することで得ることが出来る。BLASTによる検索結果のうち、93%以上の誤差範囲にてヒットしたものを表2に示す。   Furthermore, the amino acid sequences in Table 1 were analyzed (BLAST) using an identification database for proteins. For this BLAST, enter the amino acid sequence you want to search from the “protein blast” in the BLAST analysis page (http://blast.ncbi.nlm.nih.gov/) of the National Center for Biotechnology Information (NCBI) You can get it. Of the BLAST search results, those hit with an error range of 93% or more are shown in Table 2.

以上の結果より、バンド2は、蛍光菌HasAであることを導いた。   From the above results, it was derived that the band 2 was a fluorescent bacterium HasA.

実施例6(第2の工程、PCとMEの生化学的性質)
図1における第1の工程“空気酸化処理”“溶出処理”“遠心沈殿物回収”(PC溶出・PC沈殿物回収)、第2の工程“PC沈殿物コーティング処理”“遠心沈殿物回収”(ME沈殿物回収)段階における、1)各種フラクションの活性強度モニタリング(図5)と、2)その溶存酸素濃度(DO)変化のモニタリング(図8)、更に、第3の工程“AG/CM−ME”の3)DMSO添加濃度の及ぼす活性への影響(図13)を調べたものである。
Example 6 (second step, biochemical properties of PC and ME)
In FIG. 1, the first step “air oxidation treatment” “elution treatment” “centrifugal sediment recovery” (PC elution / PC sediment recovery), second step “PC sediment coating treatment” “centrifugal sediment recovery” ( In the ME precipitation recovery stage, 1) activity intensity monitoring of various fractions (FIG. 5), 2) monitoring of changes in dissolved oxygen concentration (DO) (FIG. 8), and further, the third step “AG / CM− This is a study of the effect of ME ″ on the activity of the 3) DMSO addition concentration (FIG. 13).

図5は、PC懸濁液(PC suspension)、遠心PC上清(Supernatant)、遠心PC沈殿物(Precipitate)、カルボキシ−セルロースコーティングしたPC沈殿物(CM-Cellulose coating PC)、及びグルタルアルデヒド架橋させたPC沈殿物(CLPC)の示す不斉酸化活性の結果をまとめた図である。この結果から、好適な活性が観られる一方、遠心分離PC沈殿物では反応は好ましくなかった。図10のように、PC沈殿物に50mM−グリシンNaOH(pH9.0〜pH11.0)緩衝液に再溶解することで、そのME沈殿物は、セルロースコーティングPC様に活性化する。詳細変化を追跡できないまでも、PC→ME処理の生化学的意義は確認できている。   FIG. 5 shows PC suspension, centrifuged PC supernatant (Supernatant), centrifuged PC precipitate (Precipitate), carboxy-cellulose coated PC precipitate (CM-Cellulose coating PC), and glutaraldehyde crosslinked. It is the figure which put together the result of the asymmetric oxidation activity which the PC precipitate (CLPC) showed. From this result, while a suitable activity was observed, the reaction was not preferred with a centrifugal PC precipitate. As shown in FIG. 10, by re-dissolving the PC precipitate in 50 mM glycine NaOH (pH 9.0 to pH 11.0) buffer, the ME precipitate is activated like a cellulose-coated PC. Even if the detailed change cannot be traced, the biochemical significance of the PC → ME treatment has been confirmed.

図8に示すように、ジャーファメンタ中のPC上清画分、PC沈殿物、ME上清画分、ME沈殿物の溶存酸素量(DO)は、何れについても数時間で0.2mg/Lとゼロ近くまで低下する。24時間後、酸素供給を開始してもDOは0.6mg/L付近で安定する。以上から、PC及びME中のHasA−レドキシン複合体は、常時、溶存酸素濃度を低下させる働きを示す一方で、0.6mg/L以下には低下しない。   As shown in FIG. 8, the dissolved oxygen content (DO) of the PC supernatant fraction, PC precipitate, ME supernatant fraction, and ME precipitate in the jar fermenter was 0.2 mg / hour in several hours. L and drop to near zero. After 24 hours, even if oxygen supply is started, DO is stabilized at around 0.6 mg / L. From the above, the HasA-redoxin complex in PC and ME always works to lower the dissolved oxygen concentration, but does not fall below 0.6 mg / L.

更なるHasA−レドキシン複合体の生化学的性質を探索する目的で、図13は、ナノ酸素バブル水溶媒中(5mL)におけるRac−2(1.2mM×3)の、補助溶媒DMDO(IPA,エタノール)濃度(2%、4%、6%、8%)における、AG/CM−ME(50mg)不斉酸化活性への影響の概略をグラフ化したものである。“1.2mM×3”とは、20,000ppm基質溶液30μLをそれぞれ0時間後添加(1.2mM)、15時間後添加(2.4mM)、30時間後添加(3.6mM)の濃度にまで加えた時の、DMDO(IPA,エタノール)濃度の影響を示している。   For the purpose of exploring the biochemical properties of additional HasA-redoxin conjugates, FIG. 13 shows the co-solvent DMDO (IPA, IPA, Rac-2 (1.2 mM × 3) in nanooxygen bubble water solvent (5 mL). (Ethanol) concentration (2%, 4%, 6%, 8%) is a graph showing the outline of the influence on AG / CM-ME (50 mg) asymmetric oxidation activity. “1.2 mM × 3” means a concentration of 30 μL of a 20,000 ppm substrate solution after 0 hour (1.2 mM), after 15 hours (2.4 mM), and after 30 hours (3.6 mM). It shows the influence of DMDO (IPA, ethanol) concentration when added up to.

図13より、AG/CM−ME酸化活性は、0%〜3%まで補助溶媒DMDOの影響を受けないが、濃度6%以上になると不斉酸化活性は半分以下に低下している。これらの結果から、HasA−レドキシン複合体は、有機溶媒(DMSO、IPA,エタノール、ジエチルエーテル、ヘキサンなど)濃度が3%以上となると、HasAとレドキシンに分解してしまい、その活性を失ってゆく。従って、AG/CM−MEを連続再利用する場合は、有機溶媒濃度に注意する必要がある。3%以下のDMSO,IPA,エタノールからなる群から選ばれる何れの溶媒を使用した場合でも、該蛋白質複合体が触媒活性を損なわなわれない。   From FIG. 13, the AG / CM-ME oxidation activity is not affected by the co-solvent DMDO from 0% to 3%, but the asymmetric oxidation activity is reduced to less than half when the concentration is 6% or more. From these results, when the concentration of the organic solvent (DMSO, IPA, ethanol, diethyl ether, hexane, etc.) is 3% or more, the HasA-redoxin complex is decomposed into HasA and redoxin and loses its activity. . Therefore, when continuously reusing AG / CM-ME, it is necessary to pay attention to the organic solvent concentration. Even when any solvent selected from the group consisting of 3% or less of DMSO, IPA, and ethanol is used, the protein complex does not impair the catalytic activity.

実施例8(エンドウ蛋白質中の蛍光菌HasAについて)
図10は、エンドウ豆から蛍光菌由来HasA−レドキシン複合体が得られる理由について検討したものである。つまり、原料のエンドウ豆タンパク質中にコンタミする微生物は、その他の材料(アルギン酸ナトリウム粉末、塩化カルシウム粉末、蒸留水中には菌は居なかった。以上の理由を以下のように詳述する。
Example 8 (Fluorescent bacteria HasA in pea protein)
FIG. 10 examines the reason why a fluorescent bacterium-derived HasA-redoxin complex is obtained from peas. In other words, the microorganisms that contaminate the raw pea protein were not in other materials (sodium alginate powder, calcium chloride powder, distilled water. The above reason is described in detail as follows.

図10より、原料のエンドウ蛋白質(PP)中の微生物コンタミとしては、1)耐熱性の胞子を形成するグラム陽性桿菌で自然界に広く分布している好気性芽胞菌と、2)人や動物の皮膚からよく分離されるカタラーゼ陽性グラム陽性球菌の2種類が確認された。アルギン酸ゲル包括エンドウ蛋白(PP gel)、PC溶出液、ME溶液の菌対数は何れも∞、一方、FD乾燥後の各沈殿物のフラクションの菌体数はNDを示した。   As shown in FIG. 10, microbial contamination in the raw pea protein (PP) is as follows: 1) aerobic spore bacteria that are thermospore-forming spores that are widely distributed in nature, and 2) humans and animals. Two types of catalase-positive gram-positive cocci that are well separated from the skin were confirmed. Alginate gel-encapsulated pea protein (PP gel), PC eluate, and ME solution all showed ∞, while the number of cells in each precipitate fraction after FD drying showed ND.

エンドウ豆から溶出される蛍光菌HasAは、他の微生物の成長を抑え、抗菌物質などの化合物を生産して宿主成長を促すため、農業分野では散布薬として利用されている。蛍光菌Pseudomonas fluorescensPf-5は共生細菌として、宿主に同化し、植物内細胞・組織に保持され、子孫に受け継がれる。従って、エンドウ豆遺伝子中にHasAがBLASTヒットしない理由は、検出される蛍光菌HasAがエンドウ豆共生の蛍光菌に由来するものであるからである。従って、SDS−Page(図6)とN末端シーケンス(図11)から確認される蛍光菌は妥当性を有し、更に、蛍光菌HasAは、宿主のエンドウ豆中で、酸素存在下でHasA−レドキシン複合体を形成することにより、シトクロムP450と同様に、物質変換の二次代謝系に寄与していることを新たに示すことを示している。   The fluorescent bacterium HasA eluted from peas is used as a spraying agent in the agricultural field because it suppresses the growth of other microorganisms and produces compounds such as antibacterial substances to promote host growth. The fluorescent bacterium Pseudomonas fluorescens Pf-5 is symbiotic as a symbiotic bacterium, is assimilated into the host, is retained in cells and tissues in plants, and is inherited by progeny. Therefore, the reason why HasA does not BLAST in the pea gene is that the detected fluorescent bacterium HasA is derived from a pea symbiotic fluorescent bacterium. Therefore, the fluorescent bacterium confirmed from SDS-Page (FIG. 6) and the N-terminal sequence (FIG. 11) has validity, and further, the fluorescent bacterium HasA is isolated from the host pea in the presence of oxygen. By forming a redoxin complex, it is shown that it newly contributes to the secondary metabolic system of substance conversion like cytochrome P450.

実施例7(SDS−pageの膜蛋白質(ME)の成分検討)
また、実施例4の他のSDSバンド(図6:バンド3〜4)につき、LCMS-IT-TOF(SHIMAZU: mode; nanoESI+: MS range: MS1 (m/z 400-1500) MS2 (m/z 50-1500) data-dependent scan; flow rate: 300 nL/min; flow solvent: A = 0.1% formic acid/2% acetonitrile, B = 0.1% formic acid/80% acetonitrile; gradient: 5-40% B/0-30 min, 40-100% B/30-40 min, 100% B/40-60 min)とMASCOT解析による蛋白質同定を示した結果が表4(バンド5のみ)、表2のその他のバンドの蛋白質同定関してはPMF法(BIFLEX III (Bruker Daltonics: mode; positive/reflector: matrix; α-cyano-4- hydroxy cinnamic acid (CHCA); target plate; peptide calibration standards; angiotensin II ([M+H]+ = 1046.542), angiotensin I ([M + H]+ = 1296.685), substance ([M + H]+ = 1347.736), bombesin ([M + H]+ = 1619.823), ACTH1-17 ([M + H]+ = 2093.087), ACTH18-39 ([M + H]+ = 2465.199))とMASCOT解析により判定した。
Example 7 (Study of components of membrane protein (ME) of SDS-page)
In addition, LCMS-IT-TOF (SHIMAZU: mode; nanoESI +: MS range: MS1 (m / z 400-1500) MS2 (m / z) for other SDS bands of Example 4 (FIG. 6: bands 3 to 4) 50-1500) data-dependent scan; flow rate: 300 nL / min; flow solvent: A = 0.1% formic acid / 2% acetonitrile, B = 0.1% formic acid / 80% acetonitrile; gradient: 5- 40% B / 0-30 min, 40-100% B / 30-40 min, 100% B / 40-60 min) and the results of protein identification by MASCOT analysis are shown in Table 4 (band 5 only), Table 2 For protein identification of other bands of PMF method (BIFLEX III (Bruker Daltonics: mode; positive / reflector: matrix; α-cyano-4-hydroxy cinnamic acid (CHCA); target plate; peptide calibration standards; angiotensin II ( [M + H] + = 1046.542), angiotensin I ([M + H] + = 1296.685), substance ([M + H] + = 1347.736), bom besin ([M + H] + = 1619.823), ACTH1-17 ([M + H] + = 2093.087), ACTH18-39 ([M + H] + = 2465.199)) and MASCOT analysis Judged.

表2のバンド4のABC−Transporterは、HasAの隠れ家となる膜タンパク質であり、膜(脂肪酸とグリセリン)と共に容易に遠心沈殿できる。以上の理由から、HasAを含む膜組織、更には、空気酸化によって形成されたHasA−レドキシン複合体として、沈殿回収できたと考えられる。膜蛋白中から離れた水溶性HasAは、上清画分に存在し、図1の遠心濾過工程(分子量10kDa; Vivaspin 2-10 K)を組合せて、純粋なHasA−レドキシン複合体に生成可能であった。   The ABC-Transporter of band 4 in Table 2 is a membrane protein that serves as a retreat for HasA, and can be easily centrifuged with the membrane (fatty acid and glycerin). For the above reasons, it is considered that the precipitate was recovered as a HasA-redoxin complex formed by air oxidation and a membrane tissue containing HasA. Water-soluble HasA separated from the membrane protein is present in the supernatant fraction, and can be formed into a pure HasA-redoxin complex by combining the centrifugal filtration step (molecular weight 10 kDa; Vivaspin 2-10 K) of FIG. there were.

更に、表2のバンド3のligand-binding receptorは、HasRと呼ばれる膜タンパク質であり、HasAが捕獲したヘムを受取り、菌体内へ取込む機能を果たしている。従って、HasAを含む膜組織、更には、酸化形成されたHasA−レドキシン複合体として沈殿回収できる。ここでレドキシンとは、鉄イオウクラスタ構造を有するタンパク質(フェレドキシンやルブレドキシンなど)であるが、例えば、前述したHasA発現に関与するタンパク質(IRP、IRE,IRR)も、HasA−レドキシン複合体のレドキシン類として含むもととする。   Furthermore, the ligand-binding receptor of band 3 in Table 2 is a membrane protein called HasR, which plays a function of receiving heme captured by HasA and taking it into the fungus body. Therefore, it can be precipitated and recovered as a membrane tissue containing HasA and further as an oxidized HasA-redoxin complex. Here, redoxin is a protein having an iron-sulfur cluster structure (ferredoxin, rubredoxin, etc.). For example, the aforementioned proteins (IRP, IRE, IRR) involved in HasA expression are also redoxins of HasA-redoxin complex. As included.

実施例8(HasA−レドキシン複合体のカタラーゼ活性)
図3と図4と図9の無機元素分析の結果より、ヘム蛋白質又は鉄イオウクラスタによるフェントン反応系(Fe(II) + O → Fe(III)-O-O- → Fe(IV)=O (oxidizing rac-1/ -2) → Fe(II) + HO)が示めされたことより、該カチオン性蛋白質のカタラーゼ活性について、その特徴について検討した。表3にまとめた。
Example 8 (catalase activity of HasA-redoxin complex)
From the results of the inorganic element analysis shown in FIGS. 3, 4, and 9, the Fenton reaction system (Fe (II) + O 2 → Fe (III) -OO → Fe (IV) = O ( Since oxidizing rac-1 / -2) → Fe (II) + H 2 O) was shown, the characteristics of the catalase activity of the cationic protein were examined. The results are summarized in Table 3.

カタラーゼ試験は、18mmφ試験管中に15mgの各サンプルを入れ、5%−H水溶液(1mL)を加えてその泡立つ高さを比較したものである。表3に示す不斉酸化活性は、ME沈殿物はPC沈殿物との間で約2.5倍のカタラーゼ活性強度を示し、微生物発現HasApf−乾燥品に対しては、凡そ2.5倍のカララーゼ活性強度を示した。尚、該カタラーゼ活性の測定は、実施例8に基づく「泡立ち」視認によって評価された。 In the catalase test, 15 mg of each sample was placed in an 18 mmφ test tube, and a 5% -H 2 O 2 aqueous solution (1 mL) was added to compare the foaming height. The asymmetric oxidation activity shown in Table 3 shows that the ME precipitate has about 2.5 times the intensity of catalase activity with the PC precipitate, and about 2.5 times that of the microorganism-expressed HasApf-dried product. The intensity of the colorase activity was shown. The measurement of the catalase activity was evaluated by visual recognition of “foaming” based on Example 8.

実施例8(カタラーゼ活性の測定;「泡立ち」視認による測定)
実施例7で得られたME沈殿物(15mg)とPC沈殿物(15mg)と微生物発現HasApf(15mg)に対して、18mmφ試験管中それぞれ、5%−H(1mL)を添加したところ、ME沈殿物溶液は、PC沈殿物に比べて顕著に激しく泡立ち、該溶液1.0mLの嵩を泡容積により5倍膨張させ、PC沈殿物は4倍程度に膨張、約5分後には、元の嵩に落ち着いた。一方、微生物発現HasApfにおいては、該溶液表層部で2倍程度に酸素発生し、5分後には泡立ちは収まった。
以下の各実施例において、反応後のH残存量とH消費量を算出して、カタラーゼ活性の強度を調べた。
Example 8 (Measurement of Catalase Activity; Measurement by Visualization of “Bubbling”)
To the ME precipitate (15 mg), PC precipitate (15 mg) and microbial expression HasApf (15 mg) obtained in Example 7, 5% -H 2 O 2 (1 mL) was added in an 18 mmφ test tube, respectively. However, the ME precipitate solution foams significantly more intensely than the PC precipitate, and the volume of 1.0 mL of the solution is expanded five times by the foam volume, and the PC precipitate expands about four times, and after about 5 minutes, , Settled in the original bulk. On the other hand, in the microorganism-expressed HasApf, oxygen was generated about twice in the solution surface layer portion, and bubbling stopped after 5 minutes.
In the following examples, to calculate the H 2 O 2 remaining volume and H 2 O 2 consumption after the reaction, was examined the intensity of catalase activity.

実施例9(カタラーゼ活性の測定;過酸化水素濃度計による測定)
水中に含まれる過酸化水素の屈折率の強さから濃度を算出できるアタゴ社製の過酸化水素濃度計PAL−39S(デジタル表示)を用いて、PCのカララーゼ活性を測定した。なお、ここで使用した過酸化水素濃度計の詳細に関しては、必要に応じて、下記のURLを参照することができる。
http://www.atago.net/japanese/products_pal_top.html
Example 9 (Measurement of catalase activity; measurement with a hydrogen peroxide concentration meter)
PC colorase activity was measured using a hydrogen peroxide concentration meter PAL-39S (digital display) manufactured by Atago Co., Ltd., which can calculate the concentration from the strength of the refractive index of hydrogen peroxide contained in water. In addition, regarding the detail of the hydrogen peroxide concentration meter used here, the following URL can be referred as needed.
http://www.atago.net/japanese/products_pal_top.html

カタラーゼ活性の測定は、18mmφ試験管中に、各サンプル:1)ME沈殿物(15mg)、2)PC沈殿物(15mg)、又は3)微生物発現HasApf(15mg)と5%過酸化水素水(1mL)を加え、37℃で5分間、撹拌(700rpm)した。該反応液を遠心分離(3600rpm、10min)して、その上清み0.3mLを、過酸化水素濃度計PAL−39Sのプリズム面にたらして測定した。同時に、同条件にて、5%過酸化水素水(1mL)と純水(1mL)を入れ替えて測定を行い、ME沈殿物(15mg)/水(1mL)については「ブランク1」、PC沈殿物(15mg)/水(1mL)については「ブランク2」、微生物発現HasApf(15mg)/水(1mL)については「ブランク2」とした。   Catalase activity was measured in each sample: 1) ME precipitate (15 mg), 2) PC precipitate (15 mg), or 3) microbial expression HasApf (15 mg) and 5% hydrogen peroxide ( 1 mL) was added and stirred (700 rpm) at 37 ° C. for 5 minutes. The reaction solution was centrifuged (3600 rpm, 10 min), and 0.3 mL of the supernatant was measured on the prism surface of a hydrogen peroxide concentration meter PAL-39S. At the same time, under the same conditions, 5% hydrogen peroxide solution (1 mL) and pure water (1 mL) are exchanged, and the measurement is carried out. For ME precipitate (15 mg) / water (1 mL), “Blank 1”, PC precipitate “Blank 2” was used for (15 mg) / water (1 mL), and “Blank 2” was used for the microorganism-expressed HasApf (15 mg) / water (1 mL).

以上から、PEG−PCを使用した場合の反応系におけるH消費量と、CLPCを使用した場合の反応系におけるH消費量とは、以下のように計算することができる。表4にはその結果を示す。
反応後のH残存量(ME沈殿物)=(実測値:8.0%)−(ブランク1値:2.2%)=5.8%
反応後のH残存量(PC沈殿物)=(実測値:8.2%)−(ブランク2値:2.4%)=6.0%
反応後のH残存量(微生物発現HasApf)=(実測値:8.4%)−(ブランク3値:2.0%)=6.4%
消費量(ME沈殿物)=(BLANK系におけるH残存量:6.8%)−(ME沈殿物反応後のH残存量:5.8%)=1.0%(相対値で14.7%消費)
消費量(PC沈殿物)=(BLANK系におけるH残存量:6.8%)−(CLPC−PC反応後のH残存量:6.0%)=0.8%(相対値で11.8%消費)
消費量(微生物発現HasApf)=(BLANK系におけるH残存量:6.8%)−(CLPC−PC反応後のH残存量:6.4%)=0.4%(相対値で5.9%消費)
From the above, the H 2 O 2 consumption in the reaction system when using PEG-PC, and the H 2 O 2 consumption in the reaction system when using CLPC, can be calculated as follows. Table 4 shows the results.
H 2 O 2 remaining amount after reaction (ME precipitate) = (actual value: 8.0%) − (blank 1 value: 2.2%) = 5.8%
Residual amount of H 2 O 2 after reaction (PC precipitate) = (actual value: 8.2%) − (blank 2 value: 2.4%) = 6.0%
H 2 O 2 remaining amount after reaction (microbe expression HasApf) = (actual value: 8.4%) − (blank 3 value: 2.0%) = 6.4%
H 2 O 2 consumption (ME precipitate) = (residual amount of H 2 O 2 in BLANK system: 6.8%) − (residual amount of H 2 O 2 after ME precipitate reaction: 5.8%) = 1 .0% (14.7% consumption as a relative value)
H 2 O 2 consumption (PC precipitate) = (H 2 O 2 remaining amount in BLANK system: 6.8%) − (H 2 O 2 remaining amount after CLPC-PC reaction: 6.0%) = 0 .8% (11.8% consumption as a relative value)
H 2 O 2 consumption (microbe expression HasApf) = (residual amount of H 2 O 2 in BLANK system: 6.8%) − (residual amount of H 2 O 2 after CLPC-PC reaction: 6.4%) = 0 .4% (5.9% consumption by relative value)

表4に示した過酸化水素濃度計PAL−39Sの結果から、実験において発生した「泡」の正体は酸素であって、過酸化水素を水と酸素に変えるカタラーゼ活性の酵素の関与が確定された。従って、ME沈殿物(15mg)は、5%−過酸化水素水に対して、およそ10,000ppm消費のカタラーゼ活性、PC沈殿物(15mg)についてはおよそ8000ppm消費のカタラーゼ活性、微生物発現HasApf(15mg)についてはおよそ4000ppm消費のカタラーゼ活性を示した。   From the results of the hydrogen peroxide concentration meter PAL-39S shown in Table 4, the identity of the “bubble” generated in the experiment is oxygen, and the involvement of the enzyme of catalase activity that converts hydrogen peroxide into water and oxygen has been confirmed. It was. Therefore, the ME precipitate (15 mg) was consumed with about 10,000 ppm of catalase activity with respect to 5% hydrogen peroxide water, the PC precipitate (15 mg) with about 8000 ppm consumed catalase activity, and the microorganism-expressed HasApf (15 mg). ) Showed about 4000 ppm consumption of catalase activity.

従って、1分間当りに1μモルの基質(H:MW34)を変化させることができるME沈殿物量又はPC沈殿物量又は微生物発現HasApfを計算することで、各触媒の活性(ユニット)を、以下のように算出できる。
6.8%−Haq.=68mg/mL−H=2mM/mL−H
Therefore, by calculating the amount of ME precipitate or PC precipitate or microbial expression HasApf that can change 1 μmol of substrate (H 2 O 2 : MW34) per minute, the activity (unit) of each catalyst is calculated as follows: It can be calculated as follows.
6.8% -H 2 O 2 aq. = 68mg / mL-H 2 O 2 = 2mM / mL-H 2 O 2

このうち、各触媒の消費量は、上記の「表4]の消費%を参考にすると、5分間当りでは、以下の通りとなる。
*ME沈殿物(15mg)=2mM/mL×0.147=294μM/mL−H 従って、ユニット=15000÷294≒50μg/μM
*PC沈殿物(15mg)=2mM/mL×0.118=236μM/mL−H 従って、ユニット=15000÷236≒63.5μg/μM
*微生物発現HasApf(15mg)=2mM/mL×0.059=118μM/mL−H
従って、ユニット=15000÷118≒127μg/μM
Of these, the consumption of each catalyst is as follows per 5 minutes with reference to the consumption% in the above "Table 4" .
* ME precipitate (15 mg) = 2 mM / mL × 0.147 = 294 μM / mL-H 2 O 2, therefore unit = 15000 ÷ 294≈50 μg / μM .
* PC precipitate (15 mg) = 2 mM / mL × 0.118 = 236 μM / mL-H 2 O 2, therefore unit = 15000 ÷ 236≈63.5 μg / μM .
* Microbe-expressed HasApf (15 mg) = 2 mM / mL × 0.059 = 118 μM / mL-H 2 O 2
Therefore, unit = 15000 ÷ 118≈127 μg / μM .

以上の結果から、5分間当りに1μモルの基質(H:MW34)を変化させることができるME沈殿物(50μg)のもつカタラーゼ活性は、PC沈殿物(63.5μg)の1.3倍、微生物発現HasApf(118μg)の2.3倍であることが明らかとなった。この結果は。表3で示したME沈殿物とPC沈殿物と微生物発現HasApfの泡の観察結果とほぼ同等の結果であった。 From the above results, the catalase activity of the ME precipitate (50 μg) capable of changing 1 μmol of the substrate (H 2 O 2 : MW34) per 5 minutes is the same as that of the PC precipitate (63.5 μg). It was found to be 3 times, 2.3 times the microbial expression HasApf (118 μg). This result. The results were almost equivalent to the observation results of the ME precipitate, the PC precipitate, and the microorganism-expressed HasApf bubbles shown in Table 3.

以上の各実施例の結果、ME沈殿物に比べて、微生物発現HasApfの2.3倍、PC沈殿物の1.3倍のカタラーゼ活性及び/又はレドキシン類量(フェレドキシン、ルブレドキシン、IRP、IRE,IRRなど)を含まれることが示唆でき、これらのレドキシン類が蛍光菌HasAと複合体を形成することにより、不斉酸化活性を発現するものと確認できた。微生物発現HasApfは、分光光度計410nmにヘム吸収が観られる一方、ナノ酸素バブル水中にて50時間程度の共存・撹拌することで、不斉酸化反応を有するHasA−レドキシン複合体を形成;即ち、50時間以降、分光光度計410nmにピークは無くなりノンヘム型−レドキシン酸化物を形成する(図4と図9を参照)。   As a result of each of the above examples, the catalase activity and / or the amount of redoxins (ferredoxin, rubredoxin, IRP, IRE, 2.3 times that of the microorganism-expressed HasApf and 1.3 times that of the PC precipitate compared to the ME precipitate) It has been suggested that these redoxins express asymmetric oxidation activity by forming a complex with the fluorescent bacterium HasA. The microorganism-expressed HasApf shows heme absorption in the spectrophotometer 410 nm, while forming a HasA-redoxin complex having an asymmetric oxidation reaction by coexisting and stirring in nano oxygen bubble water for about 50 hours; After 50 hours, the spectrophotometer has no peak at 410 nm and forms a nonheme-redoxin oxide (see FIGS. 4 and 9).

実施例10(CMMEの連続再利用の有効性)
図14に示すように、CMME(20mg)とAGME(20mg)を蒸留水(4mL)/DMSO(<1.0%(v/v))中、基質Rac−2(20,000ppm、30μL)の添加にて反応させた。反応終了後は、遠心分離して上清を回収、沈殿物に蒸留水(4mL)を加え、基質Rac−2(20,000ppm、30μL)を加え反応させた。
Example 10 (Effectiveness of continuous reuse of CMME)
As shown in FIG. 14, CMME (20 mg) and AGME (20 mg) were dissolved in distilled water (4 mL) / DMSO (<1.0% (v / v)) in the substrate Rac-2 (20,000 ppm, 30 μL). It was made to react by addition. After completion of the reaction, the supernatant was collected by centrifugation, distilled water (4 mL) was added to the precipitate, and the substrate Rac-2 (20,000 ppm, 30 μL) was added and reacted.

連続再利用の操作は、CMME(S体の合成)において、1回目−16時間後、2回目−28時間後、3回目−38時間後、AGME(R体の合成)において、1回目−13時間後、2回目−20時間後、3回目−25時間後を目途に行い、各上清は、ヘキサン(4.0mL)を加え均一後、ヘキサン10μLを光学分割カラムに挿入HPLC測定により定量と光学純度を行った。その結果を表5に示す。   The operation of continuous reuse is as follows: CMME (S-body synthesis), first time-16 hours, Second-28 hours, Third time-38 hours, AGME (R-body synthesis), First time-13 After 20 hours, after 2-20 hours, after 3-25 hours, hexane (4.0 mL) was added to each supernatant, and after homogenization, 10 μL of hexane was inserted into an optical resolution column for quantitative determination by HPLC measurement. Optical purity was performed. The results are shown in Table 5.

表5と図14から、最低3回までの連続再利用が光学純度と収率を損なうことなく可能であることが分かった。CMMEは立体選択的なR体酸化により、S−2(>99%ee/〜50%)を合成できるのに対し、AGMEは立体選択的なS体酸化により、R−2(>99%ee/〜50%)を合成できた。但し、AGMEのS体酸化は、引き続き、R体酸化を生じて全てケトンとなる為、反応を停止させる時間を厳守する必要がある。   From Table 5 and FIG. 14, it was found that continuous reuse up to 3 times was possible without compromising optical purity and yield. CMME can synthesize S-2 (> 99% ee / ˜50%) by stereoselective R-form oxidation, whereas AGME can synthesize R-2 (> 99% ee by stereoselective S-form oxidation. / -50%) could be synthesized. However, since the S-form oxidation of AGME continues to produce R-form oxidation to become all ketones, it is necessary to strictly observe the time for stopping the reaction.

以上の結果、CMMEとAGMEのようなコーティングするPEG分子量の違い(CMMEはPEG4000コーティング、AGMEはPEG1000コーティング)だけで、両鏡像体の使い分け合成が可能となる。
本発明では、HasA−レドキシン複合体が不斉酸化触媒となるだけでなく、コーティング剤により、目的に応じた立体選択性を示す該複合体の処理方法を開示している。
As a result, both enantiomers can be combined and synthesized only by the difference in the PEG molecular weights to be coated such as CMME and AGME (CMME is PEG4000 coating, AGME is PEG1000 coating).
In the present invention, there is disclosed a method for treating a complex that exhibits not only a HasA-redoxin complex as an asymmetric oxidation catalyst but also a stereoselectivity in accordance with the purpose using a coating agent.

実施例11(酵素固定化担体−蛍光菌HasA生産とその構造機能)
CMMEとAGME反応系での連続再利用は、水溶液中の有機溶媒濃度が3%以上となると活性が激減するデメリットが有る為、1)有機溶媒耐性、且つ2)連続再利用の有効性の固定化酵素を見出す必要性があった。そこで、実施例2(HasA遺伝子の微生物発現方法)より得られる大腸菌発現−蛍光菌HasA溶液(1.8mg/mL)×5倍量を、酵素固定化担体−東洋電化工業製トヨナイト(1000mg)に吸着固定化することで、1)有機溶媒耐性、2)連続再利用の有効性、そして3)有機合成反応後の容易分離を可能にすることができた。トヨナイトを使った詳しい手順は次の通りである。
Example 11 (Enzyme-immobilized carrier-fluorescent fungus HasA production and its structural function)
The continuous reuse in the CMME and AGME reaction system has the disadvantage that the activity decreases drastically when the concentration of the organic solvent in the aqueous solution exceeds 3%. 1) Resistance to organic solvents, and 2) Fixing the effectiveness of continuous reuse. There was a need to find a chemical enzyme. Therefore, E. coli expression-fluorescent HasA solution (1.8 mg / mL) x 5-fold amount obtained from Example 2 (HasA gene microbial expression method) was added to an enzyme-immobilized carrier-Toyoden (1000 mg) manufactured by Toyo Denka Kogyo. By adsorbing and immobilizing, 1) resistance to organic solvents, 2) effectiveness of continuous reuse, and 3) easy separation after organic synthesis reaction could be achieved. The detailed procedure using toyonite is as follows.

実施例2(HasA遺伝子の微生物発現方法)より調整された大腸菌発現−蛍光菌HasA量は、1回目(600mLフラスコ培養規模)で凡そ36mg(1.8mg/mlの濃度で、液量20ml)、2回目(4000mLフラスコ培養規模)で凡そ200mg(1.8mg/mlの濃度で、液量110ml)であった。図18には、その蛍光菌HasA(HasApf)精製後のSDS−PAGEを示している。   The amount of Escherichia coli expression-fluorescent fungus HasA prepared in Example 2 (HasA gene microorganism expression method) was approximately 36 mg (concentration of 1.8 mg / ml, liquid volume 20 ml) at the first time (600 mL flask culture scale), The second time (4000 mL flask culture scale) was about 200 mg (concentration of 1.8 mg / ml, liquid volume 110 ml). FIG. 18 shows SDS-PAGE after purification of the fluorescent bacterium HasA (HasApf).

図19には、大腸菌発現させた蛍光菌HasApf(凡そ0.4mg/4mL−イオン交換水)による基質rac−1(凡そ0.36mg/4mL−イオン交換水)の不斉酸化反応に供した結果を示している。具体的な反応操作方法としては、イオン交換水20mLに対して、大腸菌発現させた蛍光菌HasApf(1.8mg/mL)1mLを添加して、4mLづつ5本のスピッツ管に分注し、触媒濃度としておよそ0.36mg/4mL溶液を調整し、予め40℃環境下として撹拌子を挿入した。   FIG. 19 shows the result of subjecting the substrate rac-1 (approximately 0.36 mg / 4 mL-ion-exchanged water) to an asymmetric oxidation reaction with the fluorescent bacterium HasApf (approximately 0.4 mg / 4 mL-ion-exchanged water) expressed in E. coli. Is shown. As a specific reaction operation method, 1 mL of fluorescent bacteria HasApf (1.8 mg / mL) expressed in E. coli was added to 20 mL of ion-exchanged water, and dispensed into 5 Spitz tubes each 4 mL. A 0.36 mg / 4 mL solution was adjusted as the concentration, and a stir bar was inserted in advance in a 40 ° C. environment.

図19は、各スピッツ管に基質rac−1/IPA(2−プロパノール)溶液(40,000ppm:10μL)をそれぞれ加えることで、基質濃度(およそ0.4mg)/4mL溶液として、40℃で撹拌/反応を開始、任意に反応追跡を行った結果である。図7との違いは蛍光菌HasApf濃度であり、図19は図7の時の濃度の凡そ2倍となっている。その結果、反応時間は約20時間短縮された結果となっている。   FIG. 19 shows that a substrate rac-1 / IPA (2-propanol) solution (40,000 ppm: 10 μL) was added to each Spitz tube to obtain a substrate concentration (approximately 0.4 mg) / 4 mL solution at 40 ° C. / This is the result of starting the reaction and optionally tracking the reaction. The difference from FIG. 7 is the fluorescent fungus HasApf concentration, and FIG. 19 is approximately twice the concentration in FIG. As a result, the reaction time is shortened by about 20 hours.

図20は、図19の不斉酸化反応開始後0h、24h、48h、72h後のUVスペクトルを測定した結果を示す。蛍光菌HasApf/ヘムの状態を知る目的であるが、生成ケトンのスペクトル(350nm)が反応時間が進むにつれ、徐々に強い吸光度を示す一方、ヘム(ポルフィリン鉄錯体)スペクトル(410nm)の示す吸収強度差が殆どない点から、不斉酸化反応に伴うHasApf/ヘムのノンヘム型への変化は、72h反応期間中、生じないことが確認された。   FIG. 20 shows the result of measuring the UV spectrum after 0h, 24h, 48h and 72h after the start of the asymmetric oxidation reaction of FIG. The purpose is to know the state of the fluorescent bacterium HasApf / heme. As the reaction time of the produced ketone spectrum (350 nm) gradually increases, the absorption intensity indicated by the heme (porphyrin iron complex) spectrum (410 nm). From the point that there is almost no difference, it was confirmed that the change of HasApf / heme to the nonheme type accompanying the asymmetric oxidation reaction does not occur during the 72 h reaction period.

そこで、この不斉変換時におけるHasApf/ヘムの構造的変化を更にESRスペクトルにて確認した。図21は、図19の不斉酸化反応開始後0h、50h、100h後のESRスペクトルをモニタリングした結果である。0h後のESRシグナル(g=2.8、2.22、1.72)が確認できることより、蛍光菌HasApfヘムは、近接ヒツチジン(proximal site)と末端チロシン(distal site)の6配位の低スピン状態にあり、チトクロームP450のように近接システイン且つ酸素分子が自由配位できる末端オープン構造にないことが確認できた。50h後の状態から、ESRシグナル(g=2.8、2.22、1.72)が消失しており、低スピン状態の酸化型ヘムの信号g=2.8, 2.22, 1.72が消失する点から、OHなどの強い配位子場を与える配位子がヘムの上下に結合して歪みが生じ、活性酸素種生成に伴う酸化反応がおこることが確認できた。 Therefore, the structural change of HasApf / heme during this asymmetric transformation was further confirmed by ESR spectrum. FIG. 21 shows the results of monitoring the ESR spectrum after 0 h, 50 h, and 100 h after the start of the asymmetric oxidation reaction of FIG. From the fact that ESR signals after 0 h (g = 2.8, 2.22, 1.72) can be confirmed, the fluorescent bacterium HasApf hem has a low 6-coordinated position of proximate histidine (proximal site) and terminal tyrosine (distal site). It was in a spin state, and it was confirmed that there was no open end structure in which adjacent cysteines and oxygen molecules could freely coordinate like cytochrome P450. The ESR signal (g = 2.8, 2.22, 1.72) disappeared from the state after 50 h, and the signal g = 2.8, 2.22, 1. of the oxidized heme in the low spin state. From the point of disappearance of 72, it was confirmed that a ligand giving a strong ligand field such as OH was bonded to the top and bottom of the heme to cause distortion, and an oxidation reaction accompanying the generation of active oxygen species occurred.

更に、図22より、不斉酸化反応開始100h後のESRシグナルg=4.3と2.0を示すことから、オキソフェリル種(FeIV=O)が確認されるに至り、以上の結果から、ヘモフォアHasApf/ヘムはチトクローム−P450と同様に、活性酸素種生成に伴う酸化反応機構(FeII+O→FeIII-O-O-→FeIV=O(oxidizing rac−1)→FeII+HO)を有することを明確化できた。図9にもEPRシグナルを示しているが、図20と図21と図22によって、不斉酸化反応に伴うヘモフォアHasApfのヘムの上下に結合して歪みの状態までも推定しており、チトクロームP450のように酸素分子が自由配位できる5配低型高スピン状態末端オープン構造にないHasAにあっても酸化的触媒機能は起こり得ることが明確化された。 Further, FIG. 22 shows ESR signals g = 4.3 and 2.0 100 hours after the start of the asymmetric oxidation reaction, leading to confirmation of oxoferryl species (Fe IV = O). , Hemofoa HasApf / heme, like the cytochrome -P450, the oxidation reaction mechanism involved in reactive oxygen species generation (Fe II + O 2 → Fe III -O-O - → Fe IV = O (oxidizing rac-1) → Fe II + H 2 O) could be clarified. FIG. 9 also shows an EPR signal, and FIG. 20, FIG. 21, and FIG. 22 also estimate the state of distortion by binding to the top and bottom of the hemophor HasApf associated with the asymmetric oxidation reaction. Thus, it has been clarified that an oxidative catalytic function can occur even in HasA that is not in a penta-coordinated low-spin state high-spin state terminal open structure in which oxygen molecules can freely coordinate.

実施例12(酵素固定化担体−蛍光菌HasAのトヨナイトへの吸着性)
そこで、該HasApfを更に、固定化担体トヨナイトに吸着固定化させたHasApfを用いた連続再利用の有効性について詳しく述べる。先ず、トヨナイトはリパーゼ不斉加水分解酵素を吸着固定化した実績があるため、トヨナイト固定化担体の概要について説明する。図25と図26と図27は、Toyoniteの細孔分布、SEM写真、トヨナイトの種類について同社パンフレットから引用したものである。
Example 12 (Enzyme-immobilized support-adsorbability of fluorescent bacteria HasA to toyonite)
Therefore, the effectiveness of continuous reuse using HasApf in which HasApf is further adsorbed and immobilized on immobilized carrier toyonite will be described in detail. First, since toyonite has a track record of adsorbing and immobilizing lipase asymmetric hydrolase, an outline of the toyonite immobilization carrier will be described. FIG. 25, FIG. 26, and FIG. 27 are quoted from the Toyonite pore distribution, SEM photographs, and types of toyonite from the company brochure.

トヨナイトは、カオリナイト物質を酸性水熱処理後、造粒焼成し、表面を有機官能基で修飾した多孔質セラミックス球状担体で(図25と図26)、酵素の固定化力が強く活性発現及び長期安定性に優れ、医薬や農薬の中間体、化学品等の工業スケールの製造に適し、東洋電化工業より発売されている酵素固定化担体である。   Toyonite is a porous ceramic spherical support whose kaolinite material is granulated and fired after acidic hydrothermal treatment, and whose surface is modified with an organic functional group (FIGS. 25 and 26). It is an enzyme-immobilized carrier that is excellent in stability, suitable for industrial scale production of pharmaceuticals and agrochemical intermediates, chemicals, etc., and is marketed by Toyo Denka Kogyo.

Toyonite特徴を要約:(1)酵素の固定化が容易: 微細な細孔(細孔分布及びSEM写真)と担体表面の有機官能基の効果により、粗酵素溶液に投入撹拌するだけで酵素蛋白を容易に固定化できる。(2)高い活性の発現: それぞれの酵素に応じた表面修飾タイプの選択により、酵素と結合力を高め、多量の酵素を固定化でき、高い活性を発現します。そのため、バイオリアクター及び関連装置のコンパクト化が可能。(3)長期反応安定化の確保: 表面を修飾した有機官能基が酵素と強固に結合する為、活性の低下が非常に少なく長期くり返し使用が可能。(4)圧力変形しない:強度に優れた球状のセラミックス担体は、カラムに充填しても圧力変形をしない。そのため、工業スケールにおける圧密の心配がない。(5)強い耐薬品性: カオリナイト質セラミックス担体であるため、酸、アルカリ、有機溶媒等の耐薬品性に優れている。   Summary of Toyonite features: (1) Easy enzyme immobilization: Enzyme protein can be added by stirring into the crude enzyme solution due to the effects of fine pores (pore distribution and SEM photo) and organic functional groups on the support surface. Can be easily fixed. (2) High activity expression: By selecting the surface modification type according to each enzyme, the binding force with the enzyme can be increased, a large amount of enzyme can be immobilized, and high activity is expressed. Therefore, the bioreactor and related equipment can be made compact. (3) Ensuring long-term reaction stabilization: Since the organic functional group whose surface has been modified binds tightly to the enzyme, it can be used repeatedly for a long time with very little decrease in activity. (4) No pressure deformation: A spherical ceramic carrier excellent in strength does not undergo pressure deformation even when packed in a column. Therefore, there is no concern about consolidation on an industrial scale. (5) Strong chemical resistance: Since it is a kaolinite ceramic carrier, it is excellent in chemical resistance such as acid, alkali and organic solvent.

物性:平均粒径−155±15μm、見かけ嵩密度−0.68±0.15g/mL、耐薬品性−酸、アルカリ pH2〜10で使用可能、耐熱性−120℃の加熱殺菌が可能です。   Physical properties: Average particle size -155 ± 15μm, apparent bulk density -0.68 ± 0.15g / mL, chemical resistance-acid, alkali pH 2-10 can be used, heat resistance-120 ℃ heat sterilization is possible.

Toyoniteの種類:トヨナイトは、200と200−Aと200−Pと200−Mの4種類の有機官能基を持った担体が有り(図27)、酵素の種類によって選択することができる。また、酵素の性質に応じて種々の官能基で表面を修飾することにより固定化の性能を向上させることが可能です。タイプ1:Toyonite200−有機官能基として水酸基を持つ担体、タイプ2:Toyonite200A−有機官能基としてアミノ基を持つ担体、タイプ3:Toyonite200P−有機官能基としてフェニルアミノ基を持つ担体、タイプ4:Toyonite200M−有機官能基としてメタクリロ基を持つ担体 の4種類がある。   Type of Toyonite: Toyonite has four types of organic functional groups, 200, 200-A, 200-P, and 200-M (FIG. 27), and can be selected according to the type of enzyme. Immobilization performance can be improved by modifying the surface with various functional groups depending on the nature of the enzyme. Type 1: Toyonite 200-carrier having a hydroxyl group as an organic functional group, Type 2: Toyonite 200A-carrier having an amino group as an organic functional group, Type 3: Toyonite 200P-carrier having a phenylamino group as an organic functional group, Type 4: Toyonite 200M- There are four types of carriers having methacrylo groups as organic functional groups.

本題のHasApfのトヨナイトへの吸着固定化について述べるが、先ず、図23のように、HasApfのトヨナイト固定化担体への吸着性(結論として、200>T200P>T200A>T200M)を検討した実施例(吸着固定化手順、反応操作方法など)を詳述する。   First, an example in which the adsorption property of HasApf to a toyonite-immobilized support (as a conclusion, 200> T200P> T200A> T200M) was examined as shown in FIG. Adsorption immobilization procedure, reaction operation method, etc.) are described in detail.

大腸菌発現−蛍光菌HasA溶液(1.8mg/mL)5倍量を、酵素固定化担体−東洋電化工業製トヨナイト(1,000mg)に吸着固定化させた。
(1)HasA溶液: 実施例2(HasA遺伝子の微生物発現方法)の方法より大腸菌発現−蛍光菌HasA溶液(濃度:1.8mg/mL)を調整する。
(2)固定化:上記(1)の操作で得られたHasA溶液5mLに対して、トヨナイト(1000mg)を投下し、20〜40時間撹拌します。撹拌は撹拌羽根または振とう機を使用します。マグネティックスターラを使用すると担体粒子を破壊したり、撹拌子が摩耗する恐れがある。固定化後、ろ過により固定化酵素を得る。
(3)固定化HasAの後処理:上記(2)の操作で得られた固定化HasAは低温風またはデシケータ中で乾燥し、それぞれのHasAに適した条件で保管した。
E. coli expression-fluorescent Bacteria HasA solution (1.8 mg / mL) 5-fold amount was adsorbed and immobilized on enzyme-immobilized support-Toyonite (1,000 mg) manufactured by Toyo Denka Kogyo.
(1) HasA solution: E. coli expression-fluorescent bacteria HasA solution (concentration: 1.8 mg / mL) is prepared according to the method of Example 2 (Method of microbial expression of HasA gene).
(2) Immobilization: Toyonite (1000 mg) is added to 5 mL of the HasA solution obtained by the above operation (1) and stirred for 20 to 40 hours. Stirring uses a stirring blade or a shaker. If a magnetic stirrer is used, the carrier particles may be destroyed and the stirring bar may be worn. After immobilization, an immobilized enzyme is obtained by filtration.
(3) Post-treatment of immobilized HasA: The immobilized HasA obtained by the above operation (2) was dried in a low temperature wind or a desiccator and stored under conditions suitable for each HasA.

図23のように、HasApfのトヨナイト固定化担体への吸着性はトヨナイト200>T200P>T200A>T200Mの順で良好に進行した。茶色HasApf溶液は次の様に変化した。
・T200・・・HasA溶液が透明となった。
・T200A・・・HasA溶液が薄茶色となった。
・T200P・・・HasA溶液が薄茶色となった。
・T200M・・・HasA溶液は薄茶色(やや濃い目)となった。
As shown in FIG. 23, the adsorptivity of HasApf to the toyonite-immobilized support proceeded favorably in the order of toyonite 200>T200P>T200A> T200M. The brown HasApf solution changed as follows.
-T200 ... HasA solution became transparent.
-T200A ... HasA solution became light brown.
-T200P ... HasA solution became light brown.
-T200M ... HasA solution became light brown (slightly dark eyes).

次に、各種トヨナイト吸着−48時間後の1)HasA溶液残渣による活性強度、2)各種トヨナイトによる活性強度、3)その光学純度の結果を図24に示した。茶色HasA溶液のオリジナルな不斉酸化反応を図19に示すが、図24では、HasApfのトヨナイト吸着率を示す。青・赤・黄色グラフの具体的な説明は次の通りである。
1.(青)−スピッツ管(18mm×15mL)に、の各HasA残渣(0.2mL/イオン交換水(4mL/基質rac−1(0.4mg)スケールで50時間、撹拌子反応させた生成ケトン%結果である。
2.(赤)−スピッツ管(18mm×15mL)に、HasA固定化担体(10mg分/イオン交換水(4mL)/基質rac−1(0.4mg)スケールで50時間、撹拌子反応させた生成ケトン%結果である。
3.(緑)−HasA固定化担体(10mg分:赤スケール)における、S−アルコールの光学純度を示す。
Next, adsorption of various toyonites—after 48 hours, 1) activity intensity due to HasA solution residue, 2) activity intensity due to various toyonites, and 3) optical purity results are shown in FIG. FIG. 19 shows the original asymmetric oxidation reaction of the brown HasA solution. FIG. 24 shows the toyonite adsorption rate of HasApf. The specific explanation of the blue / red / yellow graph is as follows.
1. (Blue) -Spitz tube (18 mm × 15 mL) was charged with each HasA residue (0.2 mL / ion-exchanged water (4 mL / substrate rac-1 (0.4 mg) scale) for 50 hours with a stir bar reaction. It is a result.
2. (Red)-% of ketone produced by stirring with a Spitz tube (18 mm × 15 mL) on a HasA-immobilized support (10 mg portion / ion exchange water (4 mL) / substrate rac-1 (0.4 mg) scale for 50 hours) It is a result.
3. The optical purity of S-alcohol in (green) -HasA immobilization support (for 10 mg: red scale) is shown.

以上の結果から、HasApfはトヨナイト固定化担体と好適に吸着固定化され、トヨナイトがリパーゼのときと同様に、固定化剤として利用可能であることが示された。トヨナイトのHasApf吸着性については、HasApf溶液濁度の色の変化から、T200>T200P>T200A>T200Mの順であった。この吸着性の違いは、トヨナイト4種類の有機官能基の効果にあり、更に基質濃度を0.8mMから1.2mMと2.0mMへ変化させ、ヘキサン(有機溶媒)抽出後の反応溶液の連続再利用を4回まで繰り返すことより、1)有機溶媒への耐性、及び2)連続再利用の効果を確認することにした。   From the above results, it was shown that HasApf is suitably adsorbed and immobilized on a toyonite-immobilized carrier and can be used as an immobilizing agent in the same manner as when toyonite is a lipase. Regarding the HasApf adsorptivity of toyonite, the order of T200> T200P> T200A> T200M was observed from the change in the color of the HasApf solution turbidity. This difference in adsorptivity is due to the effect of the four types of organic functional groups of toyonite. Further, the substrate concentration was changed from 0.8 mM to 1.2 mM and 2.0 mM, and the reaction solution was continuously extracted after extraction with hexane (organic solvent). By repeating the reuse up to 4 times, it was decided to confirm the effects of 1) resistance to organic solvents and 2) continuous reuse.

実施例13(酵素固定化担体−トヨナイトテストを用いた連続再利用の有効性)
図28と図29は、試験管(18mm×15mL)中にて、基質rac−1(0.8 mM、1.2 mM、2.0 mM; 0.24〜0.48 mg相当)/トヨナイト固定化HasApf担体(30mg)/イオン交換水(4mL)にて、40℃の環境にて撹拌(700rpm)反応させ、反応時間50h又は72h後にヘキサン(4mL)抽出して、SとR体の比率の光学純度(%ee)と生成ケトンへの変換率(%)を確認した結果を示している。
Example 13 (Enzyme Immobilization Carrier-Effectiveness of Continuous Reuse Using Toyonite Test)
28 and 29 show the substrate rac-1 (0.8 mM, 1.2 mM, 2.0 mM; equivalent to 0.24 to 0.48 mg) / toyonite in a test tube (18 mm × 15 mL). Stirring (700 rpm) with immobilized HasApf carrier (30 mg) / ion-exchanged water (4 mL) in an environment of 40 ° C., followed by extraction with hexane (4 mL) after a reaction time of 50 h or 72 h, the ratio of S and R isomers The results of confirming the optical purity (% ee) and the conversion rate (%) to the resulting ketone are shown.

本研究は、水溶液中有機溶媒濃度3%以上で失活するCMME/AGME系について、HasApf固定化トヨナイト担体で解決することを目的とした。即ち、1)有機溶媒耐性、2)連続再利用の有効性の固定化酵素、3)反応後処理の容易分離を可能にすること目的とした試験である。   The purpose of this study was to solve the CMME / AGME system that was deactivated at an organic solvent concentration of 3% or more in an aqueous solution with a HasApf-immobilized toyonite carrier. That is, 1) resistance to organic solvent, 2) immobilized enzyme effective for continuous reuse, and 3) a test aimed at enabling easy separation of post-reaction treatment.

図28と図29に示すように、ヘキサン抽出後の固定化HasApfについて、更に、基質rac−1 (0.8 mM、1.2 mM、2.0 mM; 0.24〜0.48 mg相当)を添加したみたところ、酵素等の失活は確認されず、繰り返し4回以上、連続再利用が可能であることを発見した。同時に、基質濃度を0.8mMから1.2mMや2.0mMに変えてみた時の結果の方かを以下の様にまとめる。   As shown in FIG. 28 and FIG. 29, about the immobilized HasApf after hexane extraction, the substrate rac-1 (0.8 mM, 1.2 mM, 2.0 mM; equivalent to 0.24 to 0.48 mg) ) Was added, and it was found that inactivation of enzymes and the like was not confirmed, and that continuous reuse was possible four or more times. At the same time, the results when the substrate concentration is changed from 0.8 mM to 1.2 mM or 2.0 mM are summarized as follows.

HasApf固定化担体としてトヨナイト200、トヨナイト200A、トヨナイト200P、トヨナイト200Mの4種類についての評価を行った結果、
1. トヨナイト固定化担体にHasApfを吸着させることにより、ヘキサン抽出後も不
斉酸化活性が少なくとも4回以上は再現でき、有機溶媒に耐性となっていることを示
した。
2. 基質濃度1.2mM/72hを参考とする結果から、各固定化担体の活性強度順は、
”T200>T200P=T200A>T200M”であり、HasA吸着性”T2
00>T200P>T200A>T200M”と同様の順となった。以上から、Ha
sA活性はトヨナイトへの吸着率に依存していることと判定できた。
3. トヨナイト200が最もHasA吸着率が高いことが判った。
As a result of evaluating four types of Toyonite 200, Toyonite 200A, Toyonite 200P, and Toyonite 200M as HasApf immobilization carriers,
1. It was shown that by adsorbing HasApf on a toyonite-immobilized support, the asymmetric oxidation activity can be reproduced at least four times or more after hexane extraction, and it is resistant to organic solvents.
2. From the results referring to the substrate concentration of 1.2 mM / 72 h, the order of the activity intensity of each immobilized carrier is
“T200> T200P = T200A> T200M” and HasA adsorptivity “T2
00>T200P>T200A> T200M ”in this order.
It could be determined that the sA activity was dependent on the adsorption rate on toyonite.
3. It was found that Toyonite 200 had the highest HasA adsorption rate.

基質中濃度系(1.2mM、72h)において、トヨナイト200には若干に劣るが、200Aも200Pも200Mも、光学純度(>95%ee)で得られる点で、好適なラセミアルコールの分割剤となることが判った。しかし、トヨナイト200MはHasA吸着量が低い為、基質濃度の上昇につれ、活性が低下する。従って、踏み込んだ考察としては、以下のように追記できる。
4. HasA吸着量が活性強度を示す要因であり、トヨナイト固定化担体の有機官能基の
種類による効果は、吸着性に依存するとことが判った。
5. 基質濃度1.2 mMは、PP−HasA同様に最適濃度である一方、固定化Has
Apfは、1)有機溶媒耐性、2)連続再利用有効性、3)反応後の容易分離のメリ
ットを持つ。
6. 不斉酸化反応におけて使用するHasApf量が図19(0.36mg)に対して、
図28・図29の固定化HasApf量は(0.09mg:10mg)であり、凡そ
4倍の酵素量で同様の活性を賄えることを確認した。
7. 更に、図19(0.36mg)に対する基質濃度は0.8mM/4mL−水系なのに
対し、図28・図29の固定化HasApf量は(0.09mg:10mg)は、1
.2mM/4mL−水系であり、約1.5倍の基質ラセミアルコールの分離に寄与で
きることを確認した。
In the substrate concentration system (1.2 mM, 72 h), although it is slightly inferior to Toyonite 200, 200A, 200P, and 200M can be obtained with optical purity (> 95% ee), so that a suitable racemic alcohol resolving agent is obtained. It turned out that it becomes. However, because Toyonite 200M has a low amount of HasA adsorption, the activity decreases as the substrate concentration increases. Therefore, as an in-depth consideration, the following can be added.
4. It was found that the amount of HasA adsorbed is a factor indicating the activity strength, and the effect of the type of organic functional group of the toyonite immobilization support depends on the adsorptivity.
5. The substrate concentration of 1.2 mM is the optimal concentration as with PP-HasA, while the immobilized Has
Apf has the advantages of 1) resistance to organic solvents, 2) effectiveness of continuous reuse, and 3) easy separation after the reaction.
6. The amount of HasApf used in the asymmetric oxidation reaction is as shown in FIG. 19 (0.36 mg).
The amount of immobilized HasApf in FIGS. 28 and 29 was (0.09 mg: 10 mg), and it was confirmed that the same activity could be covered with an enzyme amount approximately four times as large.
7. Furthermore, while the substrate concentration for FIG. 19 (0.36 mg) is 0.8 mM / 4 mL-water system, the immobilized HasApf amount (0.09 mg: 10 mg) in FIGS. 28 and 29 is 1
. It was confirmed that it was a 2 mM / 4 mL-water system and could contribute to the separation of the substrate racemic alcohol about 1.5 times.

以上の結果から、図30に示すように、HasApfは、1)溶存酸素をヘムが活性酸素種に変えて、2)基質ラセミ2級アルコールの一方のみを立体選択的に酸化する反応機構を有し、3)カオリナイト物質由来固定化担体(トヨナイト)に好適に固定化できる。また、図31に示す通り、その活性中心であるHasApf/ヘムのヘム代謝は、ヘムオキシゲナーゼ(HO:heme oxygenase)や(MhuD:Mycobacterium tuberculosis enzyme)が酸素依存的に触媒する系として研究されている一方で、不斉酸化反応を触媒する機能系は今回初めて発見された事例である。   From the above results, as shown in FIG. 30, HasApf has a reaction mechanism in which 1) dissolved oxygen is converted into reactive oxygen species by heme and 2) only one of the substrate racemic secondary alcohols is stereoselectively oxidized. 3) It can be suitably immobilized on a kaolinite substance-derived immobilization carrier (toyonite). Further, as shown in FIG. 31, the heme metabolism of HasApf / heme, which is the active center, has been studied as a system in which heme oxygenase (HO) or (MhuD: Mycobacterium tuberculosis enzyme) is catalyzed in an oxygen-dependent manner. On the other hand, a functional system that catalyzes an asymmetric oxidation reaction is the first case discovered this time.

これらをサポートする有力なデータとして、図21や図22のESRスペクトルでg=2.8、2.22、1.72が消失する知見があり、従来のチトクロームP450のような、ヘムにシステインが配位した5配位型のみが酸素を配位できる活性型ヘムタンパクだけでなく、毒物分解に寄与できるという新しい概念を、本発明データは言及している。   As promising data to support these, there is the knowledge that g = 2.8, 2.22, 1.72 disappears in the ESR spectrum of FIG. 21 and FIG. 22, and cysteine is present in heme like conventional cytochrome P450. The data of the present invention refers to a new concept that only the coordinated pentacoordinate type can contribute to toxic degradation as well as the active heme protein capable of coordinating oxygen.

実施例14(PP−HasAとNaBH4を用いるサイクリック−デラセミ化反応)
PP−HasApf(0.1g、0.5g、1.0g、3.0g)を生体触媒として、水溶媒系中(400mL)、反応環境は40℃にて基質rac−2(100mg)を作用させた。次に、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4:50mg)を任意に反応系に投入し、1)デラセミ化を検討すると同時に、2)基質/触媒/溶媒の最適な反応スケールを確かめることにした。
Example 14 (Cyclic-Deracemization Reaction Using PP-HasA and NaBH4)
PP-HasApf (0.1 g, 0.5 g, 1.0 g, 3.0 g) was used as a biocatalyst in an aqueous solvent system (400 mL), and the reaction environment was made to act on the substrate rac-2 (100 mg) at 40 ° C. It was. Next, sodium borohydride (NaBH4: 50 mg) was arbitrarily added to the reaction system, and 1) the deracemization was studied, and at the same time, 2) the optimum reaction scale of the substrate / catalyst / solvent was confirmed.

先ずは、PP−HasApf複合体(0.1g、0.5g、1.0g、3.0g)の最適量について調べた結果を次に示す。   First, the results of examining the optimum amount of PP-HasApf complex (0.1 g, 0.5 g, 1.0 g, 3.0 g) are shown below.

結果から、基質100mgを0.5g以上のPP−HasApfにて分割合成できることが判った。従って、基質(100mg)に対して、PP−HasApf量が500mg以上であれば完全に光学分割できることを導いた。尚、PP−HasApf量500mg/基質100mgにおいて、イオン交換水(400mL→300mL→250mL→200mL)として検討した場合、250mL以上であれば、完全に光学分割できることを確認した。しかし、40℃環境下で50時間程度の反応であるため、水溶媒量400mLが300mL近くまで減少することを考慮し、400mLからデータに統一した。   From the results, it was found that 100 mg of the substrate could be divided and synthesized with 0.5 g or more of PP-HasApf. Therefore, it was derived that complete optical resolution can be achieved if the PP-HasApf amount is 500 mg or more with respect to the substrate (100 mg). In addition, when it was examined as ion-exchanged water (400 mL → 300 mL → 250 mL → 200 mL) at a PP-HasApf amount of 500 mg / substrate 100 mg, it was confirmed that if it was 250 mL or more, it could be completely optically resolved. However, since the reaction takes about 50 hours in a 40 ° C. environment, the data was unified from 400 mL to data considering that the amount of 400 mL of water solvent decreases to nearly 300 mL.

次に、図32に示す通り、水素化ホウ素ナトリウム(NaBH4:50mg)を定期的に投与することにより、サイクリックデラセミ化反応を生じさせる。即ち、図33に示すように、HasApfはR-1のみをケトンに不斉酸化し、生成ケトンはNaBH4によりラセミのS体とR体へ均等に還元され、そのサイクルを継続させることで最終的に、S-アルコールの化学収率を向上させる方法である。 Next, as shown in FIG. 32, cyclic deracemization reaction is caused by periodically administering sodium borohydride (NaBH 4 : 50 mg). That is, as shown in FIG. 33, HasApf asymmetrically oxidizes only R-1 to ketone, and the resulting ketone is uniformly reduced to racemic S and R forms by NaBH 4 , and the cycle is continued by continuing the cycle. In particular, the chemical yield of S-alcohol is improved.

鋭意、検討を重ねた結果、次のような反応操作手順を組めば、PP−HasApf(100mg)を収率90%以上、光学純度98%ee以上でデラセミ化合成できることを明確化した。
(反応操作手順)
1 基質(45mg)/水(400mL)/PP−HasA (0.5 g〜3.0
g) at 40℃ → 16時間
2 基質(55mg)添加 → 8時間
3 NaBH4(50mg)添加 → 5時間
4 NaBH4(50mg)添加 → 5時間
5 NaBH4(50mg)添加 → 8時間後、修了。
As a result of earnest and examination, it was clarified that PP-HasApf (100 mg) can be deracemized and synthesized with a yield of 90% or more and an optical purity of 98% ee or more by combining the following reaction procedure.
(Reaction procedure)
1 Substrate (45 mg) / Water (400 mL) / PP-HasA (0.5 g to 3.0
g) at 40 ° C. → 16 hours 2 Substrate (55 mg) added → 8 hours 3 NaBH4 (50 mg) added → 5 hours 4 NaBH4 (50 mg) added → 5 hours 5 NaBH4 (50 mg) added → Completed after 8 hours.

サイクリックデラセミ化反応の結果は次の様にまとめられ、即ち、NaBH4(50mg)添加が1回きりであれば、基質rac−2(100mg)を作用させた場合に、PP−HasApf(0.5g)で収率70%程度は得られるが、NaBH(50mg)×3回では力価が足らずに、91%eeで収率80%程度の成果に至る。一方、PP−HasApf 量を1.0g〜2.0gへアップさせると、力価が十分となり、NaBH4(50mg)×3回でも、99%ee以上で収率90%以上の成果に至る。必要であることを導いた。 The results of the cyclic deracemization reaction are summarized as follows: when the addition of NaBH4 (50 mg) is completed once, when the substrate rac-2 (100 mg) is allowed to act, PP-HasApf (0 0.5 g), a yield of about 70% is obtained, but NaBH 4 (50 mg) × 3 times does not have enough titer, and 91% ee leads to a yield of about 80%. On the other hand, when the PP-HasApf amount is increased to 1.0 to 2.0 g, the titer becomes sufficient, and even with NaBH4 (50 mg) × 3 times, a yield of 90% or more is achieved with 99% ee or more. Led to need.

以上の結果から、PP−HasApfは、NaBHによるサイクリックデラセミ化反応が可能であり、目的の光学活性アルコールの収量をこの添加のみで向上させ得ることを新たに見出した。HasApf固定化担体についても、同様のaBHによるサイクリックデラセミ化反応も確認しており、このPP−HasApfによる成果をHasApf固定化担体に置換えて解釈しても問題は無い。 From the above results, PP-HasApf was newly found that a cyclic deracemization reaction with NaBH 4 is possible, and the yield of the target optically active alcohol can be improved only by this addition. The same cyclic deracemization reaction with aBH 4 has also been confirmed for the HasApf-immobilized carrier, and there is no problem if the results of PP-HasApf are replaced with the HasApf-immobilized carrier.

なお、図18〜33の概略的な説明は、以下の通りである。
図の説明:
図18:大腸菌発現HasA遺伝子の精製後のSDS−PAGE結果
図19.HasApf(0.36mg)による基質rac−2(0.4mg)/水溶媒中(4mL)不斉酸化反応の経時変化:光学純度(−●−:%ee),S−2(−□−:0.2mg),R−2(−○−:0.2mg),そして生成ケトン(−△−).
図20.蛍光菌HasApf(0.36mg)/基質rac−2(0.4mg)/水溶媒中(4mL)の不斉酸化反応におけるUV測定結果(0h、24h、48h、72h後).
A schematic description of FIGS. 18 to 33 is as follows.
Figure description:
FIG. 18: SDS-PAGE results after purification of E. coli expressed HasA gene. Substrate rac-2 (0.4 mg) / water solvent (4 mL) asymmetric oxidation reaction over time with HasApf (0.36 mg): optical purity (-●-:% ee), S-2 (-□-: 0.2 mg), R-2 (-O-: 0.2 mg), and the resulting ketone (-[Delta]-).
FIG. Results of UV measurement in asymmetric oxidation reaction of fluorescent bacteria HasApf (0.36 mg) / substrate rac-2 (0.4 mg) / water solvent (4 mL) (after 0 h, 24 h, 48 h, 72 h).

図21.蛍光菌HasApf/基質rac−2(rac−2)/水溶媒中(4mL)の不斉酸化反応0時間後と50時間後のESR測定結果。
図22.蛍光菌HasApf/基質rac−2(rac−2)/水溶媒中(4mL)の不斉酸化反応100時間後のESR測定結果。
図23.HasA溶液(こげ茶色)/トヨナイトの2日振とう吸着後の透明度比較
図24.トヨナイト吸着後の1)HasA溶液残渣による生成ケトン%、2)各種トヨナイトによる生成ケトン%、3)光学純度の結果
FIG. ESR measurement results after 0 hours and 50 hours after asymmetric oxidation reaction in fluorescent bacteria HasApf / substrate rac-2 (rac-2) / water solvent (4 mL).
FIG. ESR measurement result after 100 hours of asymmetric oxidation reaction in fluorescent bacteria HasApf / substrate rac-2 (rac-2) / water solvent (4 mL).
FIG. FIG. 24. Comparison of transparency after adsorption of HasA solution (dark brown) / toyonite after 2 days of shaking 1) Ketone% produced by HasA solution residue after toyonite adsorption, 2) Ketone% produced by various toyonite, 3) Optical purity results

図25.Toyoniteの細孔分布
図26.ToyoniteのSEM写真
図27.4種類のToyoniteの有機官能基の違いを示す図である。
図28.トヨナイトHasApf固定化担体(200と200A)の基質濃度と連続再利用の様子
FIG. 26. Toyonite pore distribution map SEM photograph of Toyonite FIG. 27.4 is a diagram showing the difference in organic functional groups of four types of Toyonite.
FIG. Substrate concentration of Toyonite HasApf immobilized carrier (200 and 200A) and state of continuous reuse

図29.トヨナイトHasApf固定化担体(200Pと200M)の基質濃度と連続再利用の様子
図30.HasApfの不斉変換機構
図31.ヘム代謝の経路
FIG. Substrate concentration of Toyonite HasApf immobilized carrier (200P and 200M) and state of continuous reuse FIG. Asymmetry conversion mechanism of HasApf FIG. Heme metabolism pathway

図32.サイリックなデラセミ化反応の模式図1
図33.サイリックなデラセミ化反応の模式図2
FIG. Schematic diagram of a cyclic deracemization reaction 1
FIG. Schematic diagram of the cyclic deracemization reaction 2

上述したように、本発明によれば、ラセミ−2級アルコールのそれぞれの鏡像体を立体選択的に酸化できる不斉酸化反応を触媒することができ、非選択的酸化を触媒することができるHasA−レドキシン複合体(ヘム鉄活性型HasA)とその固定化体、およびその製造方法を提供することができる。   As described above, according to the present invention, HasA can catalyze an asymmetric oxidation reaction capable of stereoselectively oxidizing each enantiomer of racemic secondary alcohol, and can catalyze non-selective oxidation. -A redoxin complex (heme iron active type HasA), its immobilization body, and its manufacturing method can be provided.

本発明の不斉酸化反応を有するHasA−レドキシン複合体(ヘム鉄活性型HasA)とその固定化体は、医薬品や香料や食品等のファインケミカル分野において合成される光学活性アルコールなどの光学異性体を製造安価で、環境に優しく、且つ平易に生産することができる新規な不斉酸化触媒である。   The HasA-redoxin complex (heme iron activated HasA) having an asymmetric oxidation reaction of the present invention and its immobilized form are optical isomers such as optically active alcohols synthesized in the fine chemical field such as pharmaceuticals, perfumes and foods. It is a novel asymmetric oxidation catalyst that is inexpensive to manufacture, is environmentally friendly and can be produced easily.

Claims (6)

固定化用の担体と、該担体に固定化されたHasA−レドキシン複合体とを含む固定化HasA−レドキシン複合体を製造する方法であって、
蛍光菌Pseudomonas protegens Pf-5の遺伝子配列であるHasA;accession No. YP_262445.1又はWP_011063600を遺伝子合成することと、
合成した蛍光菌HasA遺伝子を発現ベクターに挿入することと、
前記発現ベクターを大腸菌に形質転換して、形質転換体を作製することと、
前記形質転換体を培養して、発現物を作製することと、
前記発現物をNiアフィニティーカラムにより精製して、蛍光菌HasAを得ることと、
前記蛍光菌HasAをナノ酸素バブル水溶媒中で撹拌して、HasA−レドキシン複合体を形成することと、
前記HasA−レドキシン複合体を担体に固定化することと、
を含み、前記担体が、表面を有機官能基で修飾した多孔質カオリナイト質セラミックス球状担体である、方法。
A method for producing an immobilized HasA-redoxin complex comprising a carrier for immobilization and a HasA-redoxin complex immobilized on the carrier,
Gene synthesis of HasA, which is the gene sequence of the fluorescent bacterium Pseudomonas protegens Pf-5; accession No. YP — 262445.1 or WP — 011063600,
Inserting the synthesized fluorescent bacterium HasA gene into an expression vector;
Transforming the expression vector into E. coli to produce a transformant;
Culturing the transformant to produce an expression product;
Purifying the expression product with a Ni affinity column to obtain fluorescent bacteria HasA;
Stirring the fluorescent fungus HasA in a nano oxygen bubble aqueous solvent to form a HasA-redoxin complex;
Immobilizing the HasA-redoxin complex on a carrier;
And the carrier is a porous kaolinite ceramic spherical carrier whose surface is modified with an organic functional group.
前記HasA−レドキシン複合体を、PEGコーティングすることをさらに含む、請求項1に記載の方法。   The method of claim 1, further comprising PEG coating the HasA-redoxin conjugate. 前記担体の比表面積が2〜38m/gであり、平均細孔径が30〜130nmであり、平均粒径が105〜210μmであり、見かけ嵩密度が0.18〜1.18g/mLである、請求項1又は2のいずれかに記載の方法。 The support has a specific surface area of 2 to 38 m 2 / g, an average pore size of 30 to 130 nm, an average particle size of 105 to 210 μm, and an apparent bulk density of 0.18 to 1.18 g / mL. The method according to claim 1 or 2. 前記担体がトヨナイト(登録商標)200、200P、200A、又は200Mである、請求項1〜3のいずれか1項に記載の方法。   The method according to any one of claims 1 to 3, wherein the carrier is Toyonite (registered trademark) 200, 200P, 200A, or 200M. 以下の(a)〜(c)の工程:
(a)前記蛍光菌HasAの濃度1.8mg/mLの溶液5mLを遠心管内に入れ、次いでスクリーニング対象たる担体サンプル1000mgを該遠心管内に投下し、振とう機を用いて、8の字振盪、500〜700回/分で48時間撹拌して、該蛍光菌HasAを該担体サンプルに固定化する工程、
(b)前記固定化後のHasA溶液残渣を採取する工程、及び
(c)該HasA溶液残渣0.2mL/イオン交換水4mLに、0.4mgの基質ラセミ−6−メトキシ−1−(2−ナフチル)エタノールを添加し、50時間、撹拌子による攪拌下で反応させた後、生成したケトン変換率(%)を測定する工程
を含む測定方法により測定された生成ケトンへの変換率が45%以下である請求項1〜4のいずれか1項に記載の方法。
The following steps (a) to (c):
(A) Putting 5 mL of the fluorescent bacteria HasA concentration 1.8 mg / mL into a centrifuge tube, and then dropping 1000 mg of the carrier sample to be screened into the centrifuge tube, using a shaker, Agitating at 500 to 700 times / min for 48 hours to immobilize the fluorescent bacterium HasA on the carrier sample;
(B) collecting the HasA solution residue after the immobilization; and (c) adding 0.4 mg of the substrate racemic-6-methoxy-1- (2- Naphthyl) After adding ethanol and reacting under stirring with a stirrer for 50 hours, the conversion rate to the generated ketone measured by the measuring method including the step of measuring the generated ketone conversion rate (%) is 45%. The method according to any one of claims 1 to 4, wherein:
前記固定化HasA−レドキシン複合体を第1回目の反応に供し、その後該固定化HasA−レドキシン複合体を回収し、更に該回収した固定化HasA−レドキシン複合体について50h生成ケトンのパーセンテージを測定した場合に、該50h生成ケトンのパーセンテージの値が、30%以上である請求項1〜5のいずれか1項に記載の方法。   The immobilized HasA-redoxin complex was subjected to the first reaction, and then the immobilized HasA-redoxin complex was recovered, and the percentage of 50 h-generated ketone was measured for the recovered immobilized HasA-redoxin complex. The method according to any one of claims 1 to 5, wherein the value of the percentage of the 50 h-generated ketone is 30% or more.
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