JP2716477B2 - S‐カルボキシメチル‐l‐システインの製造方法 - Google Patents

S‐カルボキシメチル‐l‐システインの製造方法

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【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、トリプトファンシンターゼの存在下に、L
−セリンと一般式HS−CH2−COOR(ただし、Rはアルキ
ル基を示す)で表されるチオグリコール酸エステルとを
反応させ、一般式(I)で表されるS−カルボキシメチ
ル−L−システイン誘導体を生成させ、該S−カルボキ
シメチル−L−システイン誘導体を加水分解して、S−
カルボキシメチル−L−システインを生成させるS−カ
ルボキシメチル−L−システインの製造方法に関する。
(ただし、RはHS−CH2−COORのRと同じアルキル基を
示す) S−カルボキシメチル−L−システインは、去痰剤な
どの医薬品原料として有用な物質である。
〔従来の技術〕
S−カルボキシメチル−L−システインは、人毛の加
水分解物から得られるL−シスチンを還元して得たL−
システインにモノクロル酢酸を反応させる方法で製造さ
れている。
一方、トリプトファンシンターゼは、種々の反応を触
媒する多機能酵素としてよく知られている(例えば、Ad
vances in Enzymology and Related Areas of Molecula
r Biology,Vol.49,p.127〜185(1979))。また、トリ
プトファンシンターゼが、β−クロロアラニンまたはセ
リンとチオグリコール酸からS−カルボキシメチル−L
−システインを合成する反応を触媒することが知られて
いる(特開昭58−187198)。
〔発明が解決しようとする課題〕
しかし、L−シスチンを原料とする方法では、原料の
供給量に限度があり、更に、S−カルボキシメチル−L
−システインにL−シスチンが混入するなどの問題があ
る。
一方、トリプトファンシンターゼを用いる方法では、
反応速度が著しく小さいのが問題である。
本発明の課題は、上記の問題点を解消したS−カルボ
キシメチル−L−システインの製造方法を提供すること
である。
〔課題を解決するための手段〕
本発明者らは、トリプトファンシンターゼの新しい酵
素機能の開発を目的として研究を重ねた結果、トリプト
ファンシンターゼの存在下に、L−セリンと一般式HS−
CH2−COOR(ただし、Rはアルキル基を示す)で表され
るチオグリコール酸エステルとを反応させると一般式
(I)で表されるS−カルボキシメチル−L−システイ
ン誘導体が生成し、驚くべき事には、このトリプトファ
ンシンターゼによるセリンとチオグリコール酸エステル
からのS−カルボキシメチル−L−システイン誘導体合
成の酵素反応速度は、従来公知のトリプトファンシンタ
ーゼによるセリンとチオグリコール酸からのS−カルボ
キシメチル−L−システイン合成の酵素反応速度に比べ
て著しく大きく、更に、このようにして得たS−カルボ
キシメチル−L−システイン誘導体のエステル部分を加
水分解することにより高収率でS−カルボキシメチル−
L−システインが得られることを見い出した。本発明
は、このような知見に基づいて完成したものである。
トリプトファンシンターゼは、微生物、高等植物など
に広く存在していることが知られており(例えば、Bact
eriological Reviews,Vol.39,No.2,p.87〜120(197
5))、本発明においても酵素源は特に限定されない
が、通常は微生物起源のものが用いられる。トリプトフ
ァンシンターゼを生産する菌株としては、例えば、エシ
ェリヒア・コリ(Escherichia coli)MT−10232(FERM
BP−19)、エシェリヒア・コリ MT−10242(FERM BP−2
0)、ノイロスポラ・クラッサ(Neurospora crassa)AT
CC−14692、サッカロミセス・セレビシエ(Saccharomyc
es cerevisiae)ATCC−26787などがある。
エシェリヒア・コリの培養菌体からのトリプトファン
シンターゼの抽出法については、The Journal of Biolo
gical Chemistry,Vol.249,NO.24,p.7756〜7763(1974
年)、ノイロスポラ・クラッサの培養菌体からの抽出法
については、同Vol.250,No.8,p.2941〜2946(1975
年)、サッカロミセス・セレビシエの培養菌体からの抽
出法については、European Journal of Biochemistry,V
ol.102,p.159〜165(1979年)に記載され知られてい
る。
しかし、本発明に使用されるトリプトファンシンター
ゼは、必ずしも抽出された純粋な物である必要はない。
すなわち、トリプトファンシンターゼ生産菌の培養物、
培養物から遠心分離などの方法によって採取した生菌
体、その乾燥菌体あるいは菌体を摩砕、自己消化、超音
波処理などをすることによって得られる菌体処理物、更
には、これらの菌体よりの抽出物並びに該抽出物より得
られる酵素の粗製物であっても利用できる。もちろん、
これらの固定化物でもよい。
トリプトファンシンターゼ生産菌を培養するための培
地としては、炭素源、窒素源、無機物および必要に応じ
て少量の微量栄養素を含むものであれば、合成培地また
は天然培地の何れも使用可能である。培地へ微量のトリ
プトファンまたはインドールを添加することが有効なこ
ともある。また、培地へ微量のインドールアクリル酸を
添加することによりトリプトファンシンターゼ生産量が
高まることもある。
培養は、振盪培養あるいは通気撹拌培養などの好気的
条件下で行う。
培養温度は20〜40℃、通常は25〜37℃の範囲である。
また、培養液のpHは5〜8である。
トリプトファンシンターゼは、インドール−3−グリ
セロ燐酸とL−セリンからL−トリプトファンを合成す
る反応の他の種々の反応を触媒する多機能酵素であるこ
とは良く知られている(例えばAdvances in Enzymology
and Related Areas of Molecular Biology,Vol.49,p.1
27〜185(1979))。しかしながら、トリプトファンシ
ンターゼによる本発明の反応は、本発明者らが初めて見
出したものである。
本発明の方法で反応基質であるセリンとしては、通常
はL体が用いられる。DL−セリンも用いることができる
が、この場合はL体のみが反応の基質となる。
もう一方の基質であるチオグリコール酸アルキルエス
テルのエステル部分の炭素数は、特に制限はないが、通
常は1から8程度のものが用いられる。
本発明の方法においては、トリプトファンシンターゼ
の存在下、通常pH6〜10の水性媒質中で、L−セリンと
チオグリコール酸エステルとを反応させる。
反応温度は、20〜60℃が適当である。
反応時間は、酵素力価、基質濃度、その他の条件によ
り異なるが、回分反応では通常1〜100時間である。
反応は、静置または撹拌下に行われる。特に、チオグ
リコール酸アルキルエステルはエステル部分の炭素数が
多くなると水に対する溶解度が小さくなるので、反応は
撹拌下で行なうことが望ましい。基質であるL−セリン
とチオグリコール酸エステルの濃度は特に制限はない
が、通常は0.1〜30重量%程度である。基質は反応開始
時に全量を反応液に添加しても良いし、反応の進行にと
もない分割添加することも可能である。反応に際して
は、基質の他に補酵素であるピリドキサール燐酸を微量
添加することが望ましい。
このようにして反応を行うと、反応液中にはS−カル
ボキシメチル−L−システイン誘導体が生成する。
反応液からS−カルボキシメチル−L−システイン誘
導体を回収するには、通常の方法を用いることができ
る。特に、反応基質のチオグリコール酸アルキルエステ
ルしてエステル部分の炭素数の多いものを用いた場合
は、生成するS−カルボキシメチル−L−システイン誘
導体は水に対する溶解度が小さいので反応液から、濾過
などにより容易に回収できる。しかし、反応液からS−
カルボキシメチル−L−システイン誘導体を回収せず、
反応液のままエステルの加水分解に供する事もできる。
このようにして得られたS−カルボキシメチル−L−
システイン誘導体は、エステル部分を常法により加水分
解すれば、S−カルボキシメチル−L−システインを得
ることができる。
エステルの加水分解方法としては、酸加水分解、アル
カリ加水分解、酵素加水分解などを用いることができる
が、工業的には酸またはアルカリによる加水分解が好ま
しい。使用する酸またはアルカリは水に溶解するものが
好ましく、酸としては、特に塩酸、硫酸、硝酸、燐酸な
どの無機酸が好ましい。また、使用するアルカリとして
は、特に水酸化ナトリウム、水酸化カリウムなどが好ま
しい。
酸は、酸加水分解時のpHが2以下、好ましくは、1.5
以下となる量を用いるのが好ましい。アルカリは、アル
カリ加水分解時のpHが11以上、好ましくは、12以上とな
る量を用いるのが好ましい。
加水分解反応温度は、酸加水分解では、40から90℃程
度、アルカリ加水分解では、20℃から60℃程度が好まし
い。
反応時間は、S−カルボキシメチル−L−システイン
誘導体や酸またはアルカリの濃度、反応温度にもよる
が、通常は、30分から5時間程度である。
エステル加水分解終了後の反応液から、S−カルボキ
シメチル−L−システインを回収するには、公知の方法
を用いることができる。例えば、反応液のpHをS−カル
ボキシメチル−L−システインの等電点である2.5から
3付近に調整することとにより、容易に結晶化すること
ができる。
〔実施例〕
以下、実施例により本発明を詳細に説明する。
なお、S−カルボキシメチル−L−システインとS−
カルボキシメチル−L−システイン誘導体の定量は、液
体クロマトグラフィーで行った。生成したS−カルボキ
シメチル−L−システインとS−カルボキシメチル−L
−システイン誘導体がL体であることは、光学異性体分
離用カラムを用いた液体クロマトグラフィーにより確認
した。
実施例1 肉エキス1%、ペプトン0.5%、酵母エキス0.1%、KH
2PO4 0.2%、pH7.0の液体培地にエシェリヒア・コリ MT
−10242(FERM BP−20)を接種し、30℃にて20時間振盪
培養した。培養終了後、遠心分離して菌体を集め、O.Ad
achiらの方法(The Jouranl of Biological Chemistry,
Vol.249,NO.24,p.7756〜7763(1974年))に従って精製
操作を行い、比活性が9.2単位/mgの力価のトリプトファ
ンシンターゼを取得し、この酵素を用いて以下の反応を
行った。
トリプトファンシンターゼの活性は、C.Yanofskyらの
方法(Methods in Enzymology,Vol.5,p.801〜807(196
2))により測定し、pH7.8、37℃において1μmol/min
のトリプトファンをL−セリンとインドールから合成す
る酵素量を1単位とした。L−セリン100μmol、第1表
に示したチオグリコール酸エステル100μmol、ピリドキ
サール燐酸0.1μmol、トリプトファンシンターゼ0.9単
位を含みpH8.5に調整した反応液1mlを、35℃で30分間マ
グネチックスターラーを用いて撹拌した。
生成したS−カルボキシメチル−L−システイン誘導
体(SCMCエステル)の量を第1表に示した。
次いで、1規定の水酸化ナトリウム0.5mlを加え、室
温で2時間放置した。生成したS−カルボキシメチル−
L−システイン(SCMC)の量を第1表に示した。
参考例1. 実施例1におけるチオグリコール酸エステルの代り
に、チオグリコール酸を用いる他は、実施例1と同様に
反応を行なった。反応液中に生成したS−カルボキシメ
チル−L−システインは、僅か0.17μmolであった。
実施例2 ノイロスポラ・クラッサ ATCC−14692を用い、W.H.Ma
tchettらの方法(The Journal of Biological Chemistr
y,Vol.250,No.8,p.2941〜1946(1975年))に従い、培
養および酵素精製を行い、比活性が1.3単位/mgの力価の
トリプトファンシンターゼを取得し、この酵素液を用い
て以下の反応を行った。
L−セリン50μmol、チオグリコール酸ブチル50μmo
l、ピリドキサール燐酸0.1μmol、ピロリン酸カリウム
緩衝液50μmol、トリプトファンシンターゼ0.2単位を含
む反応液(pH8.5)1mlを、40℃で5時間振盪した。
反応液中には、44μmolのS−ブトキシカルボニルメ
チル−L−システインが生成した。
次いで、2規定の水酸化ナトリウム0.2mlを加え、室
温で4時間放置したところ、S−カルボキシメチル−L
−システインが42μmol生成した。
実施例3 ペプトン1%、酵母エキス0.5%、グルコース2%、
インドールアクリル酸0.01%、pH6.0の液体培地にサッ
カロミセス・セレビシエATCC−26787を接種し、30℃に
て20時間振盪培養した。培養終了後、遠心分離して菌体
を集め、M.Dettwilerらの方法(European Journal of B
iochemistry,Vol.102,p.159〜165(1979年))に従い酵
素精製を行い、比活性が1.2単位/mgの力価のトリプトフ
ァンシンターゼを取得し、この酵素液を用いて以下の反
応を行った。
L−セリン50μmol、チオグリコール酸エチル50μmo
l、ピリドキサール燐酸0.1μmol、ピロリン酸カリウム
緩衝液50μmol、トリプトファンシンターゼ0.2単位を含
む反応液(pH8.5)1mlを、30℃で5時間振盪した。
反応液中には、16μmolのS−エトキシカルボニルメ
チル−L−システインが生成した。
次いで、2規定の水酸化ナトリウム0.5mlを加え、40
℃で2時間放置したところ、S−カルボキシメチル−L
−システインが15μmol生成した。
実施例4 肉エキス1%、ペプトン0.5%、酵母エキス0.1%、KH
2PO4 0.2%、pH7.0の液体培地にエシェリヒア・コリMT
−10242(FERM BP−20)を接種し、35℃にて15時間振盪
培養した。培養終了後、遠心分離して菌体を集め、これ
をトリプトファンシンターゼの酵素源として用いた。こ
の湿菌体1g当たりのトリプトファンシンターゼ活性は、
230単位であった。
L−セリン300mM、チオグリコール酸2−エチルヘキ
シル300mM、ピリドキサール燐酸0.5mM、ピロリン酸カリ
ウム100mMを含む水溶液に2gの湿度体を添加した100mlの
反応液(pH8.0)を、600rpmで撹拌しながら、40℃で4
時間反応した。
反応液中には、274mMのS(2−エチルヘキシルオキ
シカルボニルメチル)−L−システインと3mMのS−カ
ルボキシメチル−L−システインが生成した。
反応液から濾過により、S−(2−エチルヘキシルオ
キシカルボニルメチル)−L−システインを回収し、こ
れを3規定の塩酸300ml中で70℃、1時間加熱した。
次いで、濾過により菌体を除去したのち、水酸化ナト
リウムにより、溶液のpHを2.5に調整し、生じた結晶を
濾別、乾燥することにより、3.6gのS−カルボキシメチ
ル−L−システインを得た。
実施例5 実施例4におけるL−セリンの代りに、DL−セリン60
0mMを用い、他は実施例4と同様に反応を行なった。
反応液中には、268mMのS−(2−エチルヘキシルオ
キシカルボニルメチル)−L−システインと3mMのS−
カルボキシメチル−L−システインが生成した。
反応液に6規定の水酸化ナトリウムを30ml添加したの
ち、50℃で30分間加熱した。次いで、濾過により菌体を
除去したのち、塩酸により、溶液のpHを2.5に調整し、
生じた結晶を濾別、乾燥することにより3.9gのS−カル
ボキシメチル−L−システインを得た。
実施例6 L−セリン50mM、チオグリコール酸2−エチルヘキシ
ル50mM、ピリドキサール燐酸0.1mM、ピロリン酸カリウ
ム50mM、実施例1に示したトリプトファンシンターゼ9
単位に含む10mlの反応液(pH8.0)を、600rpmで撹拌し
ながら、40℃で1時間反応した。
反応液中には、12.5mMのS(2−エチルヘキシルオキ
シカルボニルメチル)−L−システインが生成してい
た。
この反応液1mlに第2表に示す酸またはアルカリ1mlを
加え、酸加水分解については、60℃、2時間、アルカリ
加水分解については、40℃、1時間加熱した。生じたS
−カルボキシメチル−L−システインの量を第2表に示
した。
参考例2 S−(2−エチルヘキシルオキシカルボニルメチル)
−L−システイン2.9gを0.06規定から1規定の塩酸1
にそれぞれ溶解し、80℃、4時間加熱したのち、生じた
S−カルボキシメチル−L−システインを定量した。
加水分解時のpHとS−カルボキシメチル−L−システ
インの収率との関係を第1図に示した。
参考例3 S−(2−エチルヘキシルオキシカルボニルメチル)
−L−システイン2.9gを0.03規定から0.5規定の水酸化
ナトリウム1にそれぞれ溶解し、40℃、2時間加熱し
たのち、生じたS−カルボキシメチル−L−システイン
を定量した。
加水分解時のpHとS−カルボキシメチル−L−システ
インの収率との関係を第2図に示した。
【図面の簡単な説明】
図面第1図は、S−(2−エチルヘキシルオキシカルボ
ニルメチル)−L−システインの酸加水分解時のpHとS
−カルボキシメチル−L−システインの収率との関係を
示す図である。また、第2図はS−(2−エチルヘキシ
ルオキシカルボニルメチル)−L−システインのアルカ
リ加水分解時のpHとS−カルボキシメチル−L−システ
インの収率との関係を第2図に示した。

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】トリプトファンシンターゼの存在下に、L
    −セリンと一般式HS−CH2−COOR(ただし、Rはアルキ
    ル基を示す)で表されるチオグリコール酸エステルとを
    反応させ、一般式(I)で表されるS−カルボキシメチ
    ル−L−システイン誘導体を生成させ、該S−カルボキ
    シメチル−L−システイン誘導体を加水分解してS−カ
    ルボキシメチル−L−システインを生成させることを特
    徴とするS−カルボキシメチル−L−システインの製造
    方法。 (ただし、RはHS−CH2−COORのRと同じアルキル基を
    示す)
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