JP2693555B2 - ジオキシゲナーゼおよびその製造方法 - Google Patents

ジオキシゲナーゼおよびその製造方法

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Description

【発明の詳細な説明】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、スチレン誘導体中のベンゼン環に共役した
エチレン結合に選択的に作用しアルデヒド類に転換せし
める作用を有するジオキシゲナーゼ及び該ジオキシゲナ
ーゼの製造方法に関する。
〈従来技術〉 従来、スチレン誘導体中のベンゼン環に共役したエチ
レン結合に選択的に作用し、アルデヒド類に転換せしめ
る作用を有し且つシユードモナス属に属する菌株が産生
したジオキシゲナーゼ酵素は知られていないし、またか
かるシユードモナス菌株もまた知られていない。
〈発明が解決しようとする課題〉 本発明の目的は、スチレン誘導体中のベンゼン環に共
役したエチレン結合を選択的に作用し、アルデヒド類に
転換せしめる作用を有するジオキシゲナーゼを提供する
ことにある。
本発明の他の目的は、シユードモナス(Pseudo mona
s)属に属する菌株が産生し且つ上記ジオキシゲナーゼ
活性を有する新規な酵素を提供することにある。
本発明のさらに他の目的は、上記ジオキシゲナーゼ活
性を有する酵素の製造方法を提供することにある。
〈発明の構成〉 本発明者の研究によれば、上記本発明の目的は、シユ
ードモナス属に属する細菌より産生され且つスチレン誘
導体中のベンゼン環に共役したエチレン結合の切断作用
を有し、そして以下に示す理化学的性質を有するジオキ
シゲナーゼによって達成されることがわかった。
(a) 作用および基質特異性; 本ジオキシゲナーゼは下記一般式[I]で表わされる
スチレン誘導体中のベンゼン環に共役したエチレン結合
に選択的に作用しアルデヒド類に転換せしめる作用を有
する。
式中R1は炭素数1〜10の直鎖もしくは分岐状アルキル
基、炭素数6〜10のアリール基、炭素数5〜15のシクロ
アルキル基、基−COOR1(ここでR1は水素原子または炭
素数1〜10のアルキル基)、ホルミル基または基 を示す。
但し、上記アルキル基、シクロアルキル基およびアリー
ル基は置換基を有していてもよい、R2、R3、R4、R5
およびR6は、互いに同一もしくは異なり、水素原子、
水酸基もしくはその配糖体、炭素数1〜10の直鎖もしく
は分岐状アルキル基または炭素数1〜10のアルコキシ基
を示すか或いはこれらのうち互いに隣接する2つの基は
一緒になって−(CH2n−、−O−(CH2n−または−
O−(CH2n−O−を形成していてもよい(ここでnは
1〜4の整数を示す)。
(b) 至適pHおよび安定pHの範囲; 至適pH 6〜10 安定pHの範囲 6.5〜9.5 (c) 作用適温の範囲; pH8.0で20〜50℃ (d) 失活条件 pH:5以下或いは12以上 温度:60℃以上 (e) 力価の測定 後述する実施例2のaに記載 (f) 分子量 SDS−PAGE電気泳動法によって測定された分子量は約52,
000であり、また、ゲル濾過法で求められた分子量は約9
4,000であり、本ジオキシゲナーゼは分子量が約52,000
の同一サブユニットからなるホモのダイマーを形成して
いると推定される。
(g) 精製方法; 粗酵素液をヒドロキシルアパタイト処理し、イオン交換
クロマトグラフイー(DEAE、トヨパール)および疎水ク
ロマトグラフイー(ブチルトヨパール)を組合せること
により精製される。
(h) 阻害、活性化および安定化; 酵素反応液に下記各阻害剤を加えて酵素活性に与える影
響を調べた。酵素反応条件はpH8.0、50℃で10分間。阻
害剤を加えない場合を100とした相対活性で阻害評価し
た。
さらに本発明によれば、上記ジオキシゲナーゼを、前
記したシユードモナス属に属する菌株から製造する方法
も提供される。
本発明における前記ジオキシゲナーゼは、前記式
[I]のスチレン誘導体中のベンゼン環に共役したエチ
レン結合に選択的に作用し、アルデヒド類に転換せしめ
る作用を有している。
かかるエチレン結合の選択的分解によるアルデヒド類
の転換反応を模式的に反応式で表わすと下記の通りとな
る。
かくして本発明において、ジオキシゲナーゼ活性と
は、スチレン誘導体中に含まれるエチレン結合が、上記
反応式の如く選択的に酸素添加反応によつて分解され2
つのホルミル基に転換される作用を意味する。
本発明者が知る限り、スチレン誘導体におけるエチレ
ン結合が、シユードモナス属の或る菌株の産生する酵素
によつて上記ジオキシゲナーゼ活性を受けることは全く
新しい知見である。
本発明において、上記ジオキシゲナーゼは、上記活性
を有し且つ活性シユードモナス属に属する菌株より産生
されるが、特に好ましくは、シユードモナス属に属する
細菌TMY1009株が産生する酵素である。
このシユードモナス属の細菌TMY1009株は、微工研へ
微工研菌寄第10362号として寄託されている。
かかる細菌TMY1009株は、下記菌学的性質を有してい
る。
(i) 形態 1.細菌の形と大きさ:桿菌、0.8×1.1μm 2.運動性の有無と鞭毛の着生状態 有り、極鞭毛 1本 3.グラム染色法:陰性 (ii) 各種培地における生育状態 LB培地平板培養 円形でなめらかなコロニー形成、黄褐色 肉汁寒天板培養 コロニーは円形、表面はスムーズ、色はうすい黄色、
光沢あり 肉汁寒天斜面培養 表面はスムーズ、色はうすい黄色、光沢あり、色素拡
散は見られなかった。
肉汁液体培養 液表面での生育は認められなかった。液全体がやゝ濁
っていた。底部に菌体が沈降していた。
肉汁ゼラチン穿刺培養 全体に小さな菌塊、ゼラチン液化は認められなかつ
た。
リトマスミルク 底部に菌体沈降、ミルクの凝固、液化、pHの変化な
し。
(iii) 生理学的性質 (1) 硝酸塩の還元:陰性 (2) 色素の生成:カロチノイド 極大吸収 479、450(425)nm (3) オキシダーゼ:陽性 (4) カタラーゼ:陽性 (5) 酸素に対する態度:好気的 (6) O−Fテスト:酸化的条件で有機酸生成 (7) 脱窒反応:陰性 (8) MRテスト:陰性 (9) VPテスト:陰性 (10) インドールの生成:陰性 (11) 硫化水素の生成:陰性 (12) デンプンの加水分解:陽性 (13) クエン酸の利用 Koserの培地:陰性 Chvistensenの培地:陽性 (14) 無機窒素源の利用 硝酸塩:陰性 アンモニウム塩:陽性 (15) ウレアーゼ:陰性 (16) 糖類から酸及びガスの生成 酸生成 ガス生成 L−アラビノース + − D−キシロース + − D−グルコース + − D−マンノース + − D−フラクトース + − D−ガラクトース + − 麦芽糖 + − シヨ糖 + − 乳糖 + − トレハロース + − D−ソルビツト − − D−マンニツト − − イノシツト − − グルセリン − − デンプン − − (17) その他の特徴 グリコン酸の酸化:陰性 アルギニンの分解:陰性 リジンの脱炭酸反応:陰性 オルニチンの脱炭酸反応:陰性 プロトカテキン酸の分解:メタ開裂 (18) その他 Tweenの分解 Tween40:陰性 Tween60:陰性 Tween80:陰性 DNase:陽性 3−ケト乳酸の生成:陰性 (IV) 生育範囲 温度 20−33℃ pH 5.5〜10 Doubling Time 27℃LB培地(pH7.4)で2.5hrs (V) 炭素化合物の資化性 カテコール − ベンゼン − 安息香酸 − フエルラ酸 + p−クマル酸 + プロトカテキン酸 + パラハイドロキシ安息香酸 + バニリン酸 + グルタミン酸ナトリウム + 本発明におけるシユードモナス属に属する菌株が産生
し且つ前記したジオキシゲナーゼ活性を有する酵素は、
前記したようにスチレン誘導体中のベンゼンに共役した
エチレン結合を切断する作用を有しているので、例えば
下記に示した各種スチレン誘導体を分解し、下記アルデ
ヒド類が得られる。その反応例のいくつかを下記に示
す。
なお上記反応例(2)に示されているように、原料ス
チレン誘導体中に基−O−Gluが含まれている場合、生
成したアルデヒド類中の基−O−Gluは、菌株の培養生
成物から分離された酵素中にグリコシダーゼが含まれて
いると、この基はその作用に起因すると思われる水酸基
に転換された形として得られる場合がある。
以下本発明のジオキシゲナーゼ活性を有する酵素を用
いて分解することができる前記スチレン誘導体の具体例
としては下記のものを例示することができる。
なお下記式においてMeはメチル基、基OGluはグルコシ
ル基を表わすものとする。
本発明におけるシユードモナス属に属し且つ前記ジオ
キシゲナーゼ活性を有する酵素を産生し得る菌株、殊に
菌株TMY1009株から、目的とする前記酵素を得るには、
それ自体公知のシユードモナス属の菌株が生育する培地
中で菌体を培養し、得られた培地から酵素を分離すれば
よい。
以下上記菌株を生育するために使用しうる培地の組成
について説明するが、これは単に説明のためであって、
本発明はこの組成の培地に限定されるわけではない。
炭素源としては、たとえばグルコース、フラクトース
などの炭水化物、エタノールのごとき有機化合物、コハ
ク酸などのごとき有機酸があげられ、これらは本発明の
菌株が利用できる1種または2種以上の炭素化合物を任
意に炭素源として利用できる。
また、窒素源としては、特に限定されないが例えば、
硫酸アンモニウム、硝酸アンモニウムなどの無機窒素化
合物、およびペプトンなどの有機窒素源が利用できる。
また、無機塩類としては、各種のリン酸塩、硫酸マグ
ネシウムなどが使用できる。さらに、微量の金属(鉄
塩、カルシウム塩など)を培地に含有させてもよい。
培養方法としては、振とう培養法、深部通気撹拌培養
法などの方法により行なうことができる。培養温度は、
例えば、20°〜33℃、pHは6〜10程度の範囲が好ましく
あげられる。また培養日数は特に限定されないがたとえ
ば、通常は1〜7日の範囲で行なわれる。
このようにして酵素が生産蓄積された培養物中の菌体
を超音波処理により破壊して得られる無細胞抽出液を分
離し、得られた無細胞抽出液中の低分子物を除くために
リン酸ナトリウム緩衝液で透析処理することにより酵素
液が得られる。
かくして本発明において前記酵素自体或いはその酵素
液から精製された酵素は前記したジオキシゲナーゼ活性
を有しているので、前記したスチレン誘導体の酸化分解
に利用することができる。
酸化分解は、前記一般式[I]のスチレン誘導体と、
前述のジオキシゲナーゼ活性を有する酵素とを媒体中で
酵素が活性を有し得る条件下で接触せしめればよい。
以下実施例を掲げて本発明を詳述する。
実施例(1) 酵素液の調製 1の栄養培地(LB)でTMY1009株を約22時間好気的
に27℃で振とう培養することにより湿菌体約3.5gが得ら
れた。菌体を集菌、洗浄後15mlの50mMリン酸ナトリウム
緩衝液に懸濁した後、超音波処理することにより菌体を
破壊し、遠心分離処理した(10,000×g、20min)。得
られた無細胞抽出液中の低分子物を除くために20mMリン
酸ナトリウム緩衝液(pH7.5)で透析を行ない粗酵素液
とした(タンパク濃度:15.4mg/ml)。
実施例(2) バニリンの製法 a.イソオイゲノール1μmolを含む450μlの緩衝液
(pH7.5)に酵素液(15.4mg/ml)を50μl加え26℃で30
分間インキユベートする。50μlの1N HClを加え酸性
にしたのち、500μlの酢酸エチルで抽出する。抽出液
をHPLCで定量分析した結果、0.16μmolのバニリンを認
めた。この結果から本酵素の力価を計算すると0.11ユニ
ツトであつた。ここで1ユニツトは1分間に1μmolの
バニリンを生成する酵素の量をいう。
HPLCの測定条件 機 種;Shimadzu LC−6A カラム;LiChrosorb RP−18(4.6×250mm) 溶 出;0.05%リン酸水(A)/アセトニトリム(B)
=70/30---(5分間)‐‐‐(A)/(B)=70/30---
(increasing5%(B)Per mir)‐‐‐(A)/(B)
=0/100 上記におけるバニリンの保持時間は6.1分 b.実施例aと同じ条件下に基質としてイソラボテン1μ
molを用いて行った結果、0.16μmolのバニリンを認め
た。また3,5−ジヒドロキシベンズアルデヒドも認めら
れた。
実施例(3) バニリンの製法 a.5−[2′−(4″−ヒドロキシ−3″−メトキシフ
エニル)ビニル]フエルラ酸1.2μmolを含む950μlの
リン酸ナトリウム緩衝液(pH7.5)に酵素液(15.4mg/m
l)50μl加え27℃で30分間インキユベートした。酵素
1μmolが消費された時点で反応を止めた。この反応生
成物を1000μlの酢酸エチルで抽出し、HPLCで定量分析
した結果、1μmolのバニリンと1μmolの5−ホルミル
フエルラ酸を認めた。HPLCの測定条件は、実施例(2)
のaと同条件で測定。
b.実施例(2)のaと同じ条件下に1,2−ビス−(4−
ヒドロキシ−3−メトキシフエニル)エチレン1μmol
を用いて反応し、酸素0.54μmolが消費された時点で反
応を止めた。この反応生成物を1000μlの酢酸エチルで
抽出し、HPLCで定量分析した結果、1.1μmolのバニリン
を認めた。
実施例(4) p−ヒドロキシベンズアルデヒドの製造 実施例(2)のaと同じ条件下に基質としてピソイド
1μmolを用いて行つた。HPLCで定量分析した結果、0.1
6μmolのp−ヒドロキシベンズアルデヒドを認めた。
HPLCの測定条件は、実施例(2)のaと同じ条件で行
つた。
実施例(5)ジヒドロキシベンズアルデヒドの製造 実施例(2)のaと同じ条件下に基質としてアストリ
ジン1μmolを用いて行つた。HPLCで定量分析した結
果、0.026μmolのジヒドロキシベンズアルデヒドを認め
た。HPLCの測定条件は、実施例(2)のaと同じ条件で
行つた。
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:38)

Claims (3)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】シユードモナス属に属する細菌により産生
    され且つスチレン誘導体中のベンゼン環に共役したエチ
    レン結合の切断作用を有するジオキシゲナーゼであっ
    て、以下に示す理化学的性質を有することを特徴とする
    ジオキシゲナーゼ。 (a) 作用および基質特異性 下記一般式[I] 式中、 R1は炭素数1〜10の直鎖もしくは分岐状アルキル基、
    炭素数6〜10のアリール基、炭素数5〜15のシクロアル
    キル基、基−COOR1(ここでR1は水素原子または炭素数
    1〜10のアルキル基を示す)、ホルミル基または基 を示し、 但し、上記アルキル基、シクロアルキル基およびアリー
    ル基は置換基を有していてもよく、 R2、R3、R4、R5およびR6は同一もしくは異なり、
    それぞれ水素原子、水酸基もしくはその配糖体、炭素数
    1〜10の直鎖もしくは分岐状アルキル基または炭素数1
    〜10のアルコキシ基を示すか、或いはこれらのうちの互
    いに隣接する2つの基は一緒になって−(CH2n−、−
    O−(CH2n−または−O−(CH2n−O−(ここでn
    は1〜4の整数を示す)を形成していてもよい、 で表わされるスチレン誘導体中のベンゼン環に共役した
    エチレン結合に選択的に作用しアルデヒド類に転換せし
    める作用を有する (b) 至適pHおよび安定pHの範囲 至適pH:6〜10 安定pHの範囲:6.5〜9.5 (c) 作用適温の範囲 pH8.0で20〜50℃ (d) 失活条件 pH5以下または12以上で失活 温度60℃以上で失活 (e) 分子量 SDS−PAGE電気泳動法によって測定された分子量は52,00
    0であり、また、ゲル濾過法で求められた分子量は94,00
    0である (f) 阻害、活性化および安定化 酵素反応液に各阻害剤を加えてpH8.0、50℃で10分間反
    応させた後の酵素活性を、阻害剤を加えない場合の酵素
    活性を100とした相対活性で示すと次のとおりである
  2. 【請求項2】シユードモナス属に属し且つスチレン誘導
    体中のベンゼン環に共役したエチレン結合の切断作用を
    有するジオキシゲナーゼを生産する能力を有する菌株
    を、それが生育し得る培地中で培養し、得られる培養物
    からジオキシゲナーゼを採取することを特徴とする特許
    請求の範囲第1項記載のジオキシゲナーゼの製造方法。
  3. 【請求項3】該菌株がシユードモナス属に属する細菌菌
    株TMY1009株である特許請求の範囲第2項記載の方法。
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