JP2763551B2 - ピラノースオキシダーゼおよびその製造法 - Google Patents

ピラノースオキシダーゼおよびその製造法

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Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明はピラノースオキシダーゼおよびその製造法に
関する。
従来の技術 ピラノースオキシダーゼはグルコースをグルコソンに
酸化する反応を触媒する酵素であり、酸化の際に酸素を
吸収し、過酸化水素を生成する。そのためピラノースオ
キシダーゼは生体試料中、または食品中のグルコースの
量の迅速な測定用試薬として用いられる。また反応生成
物であるD−グルコソンはD−フラクトースや2−ケト
−グルコン酸合成の中間体として有用である。
ピラノースオキシダーゼ生産菌としては、ポリポラス
属微生物、(Methods in Enzymol vol XLI,p170.1975)
コリオラス属、ダエダレオプシス属、プロイロタス属、
またはグロエオフイルム属微生物(特開昭58−43785号
公報)、イルペックス属、オウリキュラリア属、コプリ
ナス属またはトラメテス属微生物(特開昭61−177986号
公報)、などが知られている。
発明が解決しようとする問題点 しかしながら上記の方法によって得られたピラノース
オキシダーゼは第1鉄イオン(Fe++)によって阻害作用
を受けるため、たとえば生体試料中のグルコースの定量
に用いる場合にはFe++を除去するために試料の前処理が
必要である。また従来より使用されているグルコースオ
キシダーゼは、10%濃度のNaClによってもかなり反応が
阻害されており、高濃度の食塩含有試料中のグルコース
の定量に用いる場合にも同様に試料の前処理が必要であ
った。また最高活性を示すpHの範囲が必ずしも広くなか
ったので、定量試薬としての用途、特に食品の分析用途
が制限されていた。
発明者らは上記の欠点を除き、定量試薬等に広範囲に
且つ、簡便に用いられるピラノースオキシダーゼを効率
よく生産する微生物を探索するため自然界よりスクリー
ニングを行った結果、ピラノースオキシダーゼ生産能を
有する公知の微生物とは異なる担子菌の菌株を分離する
ことに成功した。そしてこの菌株が生産するピラノース
オキシダーゼが従来公知のピラノースオキシダーゼとは
異なるものであることを見出し本発明に到達したもので
ある。
1次および2次スクリーニングの結果、京都地方の土
壌から分離された最も活性の高いピラノースオキシダー
ゼ生産能を有する真菌の菌株はBasidiomycetous fungi
No.52と命名され、昭和63年6月27日付工業技術院微生
物工業技術研究所に微工研菌寄第10106号として寄託さ
れた。(以下本菌株を単にNo.52株と呼ぶことがあ
る。) 本発明の真菌No.52株の菌学的性質は次のとおりであ
る。
(1)各培地における生育状況 麦芽エキス寒天培地 コロニーは円型、コロニーの表面は羊毛状、のち圧着
性を示し、白色を呈する。生育は良好である。
YPSS寒天培地 コロニーは円型、コロニーの表面は羊毛状、のち綿毛
状で白色を呈する。生育はきわめて旺盛である。
合成ムコール寒天培地 コロニーは円型、コロニーの表面は羊毛状、のち圧着
性を示し、白色を呈する。生育は良好である。
ツアペック寒天培地 コロニーは円型、コロニーの表面は薄層状に菌がのび
る。生育は遅い。
(2)形態 本発明の真菌No.52株の顕微鏡写真は第1図のとおり
であり、これを人工培地、天然培地(木片、麦わら、穀
物など)で培養したが分生子などの無性胞子、担子胞子
などの有性胞子は観察できなかった。
(3)生理的、生態的性質 最適生育条件 pH6で好気性を示す。最適生育温度は30℃である。
生育の範囲 pH3〜8で好気性で生育し、生育しうる温度は15℃〜3
9℃である。
ベノミル試験(参考文献Plant Disease Reporter Vo
l.58,No.10,p902,1974) 麦芽エキス・酵母エキス(MY)寒天培地、ジャガイ
モ、ブドウ糖(PDA)培地に農薬ベノミルを5ppm加えた
培地および無添加培地の両方について生育状況を調べ
た。第2図は両培地における生育状況を示す写真であ
り、左がベノミル添加、右が無添加培地であるが、両方
とも同等な生育を示した。
本発明の真菌No.52株は、以上述べたとおり、分生子
などの無性胞子、担子胞子などの有性胞子は見られなか
ったが、ベノミル試験においてベノミル添加培地でも生
育してくることから、担子菌であると判断される。
ピラノースオキシダーゼ生産菌として知られているも
のには、ポリポラス属、コリオラス属、ダエダレオプシ
ス属、プロイロタス属、グロエオフイルム属、イルペッ
クス属、オウリキュラリア属、コプリナス属またはトラ
メテス属などに属する担子菌がある。本発明者らは本発
明の担子菌No.52株とこれらの既知のピラノースオキシ
ダーゼ生産菌とを、その形態学、生理学および生態学的
性質について詳細に比較検討した。その結果を第1表に
示す。
−: 変色域なし(陰性) ±: 疑陽性 +、 陽性、変色域は0.1〜1cmφ ++ 陽性、変色域は 1〜3cmφ +++陽性、変色域は 3cmφ以上 3)タンニン酸含有培地生育 ラッカーゼ反応に使用し
たと同じ培地で培養 −:生育せず ±:若干生育 +:0.1〜1cm生育 ++: 1〜3cm生育 第1表の結果を考察してみると、本発明の担子菌No.5
2は第1図に示すとおり菌糸にかすがい連結(クランプ
コネクション)を持たないことから、Coriolus versico
lor IFO4937,Daedaleopsis styracina IFO4910,Gloeoph
yllum sepiarium NRRL12506,Pleurotus ostreatus NRRL
12507,Trametes cinnabarinus IFO6139及びPolyporus o
btusus ATCC26733とは明らかに異なるものである。また
Irpex lacteus ATCC20123,Auricularia polytricha IFO
30778及びCoprinus micaceus ATCC20122は菌糸にかすが
い連結を持たないが、タンニン酸含有培地に生育しない
点で本発明の担子菌No.52株と異なるものである。
次に本発明の担子菌No.52株と公知の担子菌とを免疫
学的測定法を用いて比較し、免疫学的な面から菌の同定
を行った。その結果本発明のNo.52株は先行技術に記載
の菌のうち、現在までに入手した6属の菌株とは免疫学
的にも異なるものであると判断された。
測定法 オクテルロニー(Ouchterlony)の免疫二重拡散法(O
uchterlony,O.Prog.Allergy,Vol.30,1962)を用い、寒
天ゲル内沈降反応で、2次元の平板内を抗原及び抗体が
拡散して反応し、最適比のところに沈降線がつくられる
のを観察した。
抗血清作成法 体重約3Kgのウサギを用い、No.52株の精製酵素3mgをF
reund's adjuvantを混合し、1週間おきに3回皮下注射
し、最後の注射より10日後に抗体があることを確認後、
採血することにより抗血清を調製した。
沈降線の生成 中央の穴に上記の方法で作成したNo.52株由来の精製
ピラノースオキシダーゼに対する抗血清を、その周囲に
各種の抗原を置き、抗原と抗体との間にできた沈降線を
第3図に示した。抗原として用いられた担子菌菌株は、
先行技術に開示され、入手可能の9種の担子菌菌株由来
の無細胞抽出液の他に、市販品ピラノースオキシダーゼ
二種(宝酒造(株)および協和醗酵工業(株))を加え
た次の11種の酵素である。
A;No.52株由来の精製ピラノースオキシダーゼ 第3図−1(1) 1;Trametes cinnabarinus IFO6139 2;Gloeophyllum sepiarium NRRL12506 3;Auricularia polytricha IFO30778 第3図−(2) 4;宝酒造(株)市販酵素 5;協和醗酵工業(株)市販酵素 6;Coriolus versicolor IFO4937 第3図−(3) 7;Pleurotus ostreatus NRRL12507 9;Daedaleopsis styracina IFO4910 第3図−(4a)及び第3図−(4b) 10;Irpex lacteus ATCC20123 11;Polyporus obtusus ATCC26733 12;Coprinus micaceus ATCC20122 但し第3図−(4a)は第3図−(1)〜(3)と同じ
く無細胞抽出液を用いた場合であり、第3図−(4b)は
酵素濃度を7〜9倍に上げた場合の沈降線である。
第3図から明らかなように、本発明のNo.52株由来の
酵素より作成した抗血清と公知の担子菌由来の無細胞抽
出液ならびに市販品酵素とは沈降線の融合、交差現象は
みられなかった。さらに上記の各酵素濃度を5〜10倍に
上げた酵素溶液を用いた場合でも、Irpex lacteus ATCC
20123以外は沈降線はみられなかった。Irpex lacteus A
TCC20123では低濃度では第3図−(4a)のとおり沈降線
はみられず、濃度を7倍に上げた場合、第3図−(4b)
に示すような微弱な沈降線の形成しか認められず、融合
現象は認められなかった。以上の結果および各種ピラノ
ースオキシダーゼ生産菌、市販酵素の比活性を第2表に
示した。
以上のことからも、本発明のNo.52株は公知の担子菌
および市販品酵素生産の担子菌とは全く異なる菌株であ
る。
また後で述べるごとく、本発明の担子菌No.52株が生
産するピラノースオキシダーゼは公知の微生物を用いて
生産されたピラノースオキシダーゼとは至適pH、耐熱
性、阻害剤特異性、分子量、等電点などの点において異
なる特異な性質を持っている。
以上の結果から本発明の担子菌菌株Basidiomycetous
fungi No.52株は既知のピラノースオキシダーゼ生産菌
のいずれとも明確に区別される新菌である。
土壌からのピラノースオキシダーゼ生産菌のスクリー
ニングは1次スクリーニング法として、L−ソルボース
を炭素源とし、クロラムフェニコールを加えたpH4の寒
天培地に土壌を塗布し20〜30℃で培養を行ない過酸化水
素指示薬ABTS−パーオキシダーゼ指示薬により、過酸化
水素の生成が検出された集落の菌株を分離した。次にこ
れを2次スクリーニングするために酵素生産培地で培養
し、培養液を瀘過または遠心分離して菌体を集め、摩砕
して粗酵素抽出後、酵素活性の測定および酵素反応生成
物であるD−グルコソンの定性分析を行ない、ピラノー
スオキシダーゼ生産菌であることを確認した。
D−グルコソンの定性分析は粗酵素液を含む下記の反
応組成液 2% D−グルコース 1 ml 0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.0) 0.45ml カタラーゼ(1300U) 0.05ml 粗酵素液 1 ml を30℃、12時間反応させ、薄層クロマトグラフィーによ
り分析する。展開溶媒はフェノール:水=4:1、発色剤
は硫酸またはジフェニル−アニリン−リン酸−酢酸エチ
ルを用いた。
酵素活性の測定は下記の組成 1M D−グルコース 0.1ml 24.6mM 4−アミノアンチピリン溶液 0.1ml 0.42M フェノール溶液 0.1ml ペルオキシダーゼ溶液(240単位/ml) 0.1ml 0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.0) 1.5ml 水 1.0ml 酵素液 0.1ml よりなる全量3.0mlの液を37℃で反応させ、D−グルコ
ース溶液の代わりに水を0.1ml加えた液を対照液とし、5
00nmの吸光度の増加を測定する。この条件下で1分間に
1μmolの過酸化水素を生成する酵素量を1単位とす
る。ピラノースオキシダーゼ活性は 但し、ΔOD500;1分間当りの500nmの吸光度増加量 5.33;上記条件下で生成するキノンイミン色素
の500nmにおけるミリモル分子吸光係数(cm3/マイクロ
モル) として表示される。
本発明によれば上記のBasidiomycetous fungi No.52
菌株を栄養培地に培養し、該培養物からピラノースオキ
シダーゼを採取することができるが、本発明に使用され
る栄養培地は炭素源、窒素源、無機物を含有するカビの
培地であれば合成培地、天然培地のいずれも使用できる
が特に液体培地を用いるのが好ましい。
炭素源としてはグルコース、ガラクトース、キシロー
ス、マルトース、L−ソルボースなどが用いられる。
窒素源としては塩化アンモニウム、硫酸アンモニウ
ム、ペプトン、カザミノ酸、麦芽エキス、酵母エキスな
どの無機または有機窒素が有効である。
無機物としてはカリウム、マグネシウム、鉄(II)な
どの塩が好適であり、特にこれらのリン酸塩が好まし
い。
培養は振盪培養または通気攪拌培養が望ましい。
培養温度は20〜37℃が好適であり、特に好ましい温度
は25〜30℃である。
培地のpHは3〜8、特に好ましいpHは5〜7である。
培養期間は2〜10日であるが、ピラノースオキシダー
ゼが培養物中に最高の活性を示す時期に培養を終了す
る。生成した酵素は培養物中の主として菌体中にあるの
で、菌体からピラノースオキシダーゼを精製する。精製
は通常下記の如き方法で行なわれる。
充分に活性を示す培養液を濾過して得た菌体を超音波
破砕などのような装置を用いて破砕した後、遠心分離機
などで上澄液を分離し、通常の酵素精製に用いられる方
法、例えば塩析分別法、有機溶媒沈殿法、限外瀘過透析
法、イオン交換樹脂法、ゲル瀘過法などの方法で精製す
ることができる。
かくして得られた酵素の性質は次のとおりである。
(1)基質特異性: 本発明酵素の基質として、第2表に示した各種の糖溶
液(300mM)0.1mlを使用し、活性測定法と同組成の反応
液を用いて活性を測定した。活性は相対活性で示した。
本発明のピラノースオキシダーゼはD−グルコースに
対する特異性が最も高いが、6−デオキシD−グルコー
ス、δ−D−グルコノラクトン、L−ソルボース、D−
キシロースにも作用する。L−ソルボース、D−キシロ
ースに対する基質特異性は、特開昭58−43785号公報に
開示されたコリオラス属微生物および特開昭61−239886
号公報に開示されたポリポラス属微生物など、これまで
に知られている微生物から得られたピラノースオキシダ
ーゼに比べて2〜3倍高い。
(2)至適pHおよびpH安定性: クエン酸、リン酸カリウム、ほう酸の各種緩衝液を用
い、酸素電極法による酸素吸収量により至適pHを測定し
た結果は第4図のとおりであり、本発明の至適pHは5.5
〜8.0であった。
また上記の各種緩衝液を50℃、30分保持し、残存活性
を測定した結果は第5図のとおりであり、本発明のピラ
ノースオキシダーゼは50℃、30分処理でpH5.5〜9.0の間
で安定である。
本発明のピラノースオキシダーゼは広いpH範囲で最高
活性を示し、またpH安定性も高い。このため公知のピラ
ノースオキシダーゼに比べてグルコースの定量試薬とし
ての用途の拡大が期待される。
(3)至適温度および熱安定性: 各温度での活性を測定した結果は第6図のとおりであ
り、至適温度が60℃である。
60℃、30分間処理後、残存活性を測定した結果は第7
図のとおりであり、本発明のピラノースオキシダーゼは
60℃、30分間処理後も90%以上、70℃、30分間処理後に
おいても、50%以上の残存活性を有するきわめて耐熱性
の高い酵素である。
(4)分子量: セルロファインGCL−2000,super fine(生化学工業株
式会社製)を用い分子量ゲル瀘過法により測定した分子
量は約30万である。
(5)等電点: アンフォライン(pH3.5〜10,LKB Bromma)を用いた焦
点電気泳動法により求めた等電点は6.2である。
(6)阻害剤特異性: 至適pH測定と同様に酸素電極法によって測定した。そ
の結果を第4表に示す。本発明酵素はAg+,Cu++,Hg++,Ni
++,PCMBによって阻害される。
しかし本発明のピラノースオキシダーゼはFe++イオン
添加による相対活性がきわめて特異的である。すなわち
硫酸第1鉄を添加した場合の相対活性は160%に上昇し
ている。特開昭61−239886号公報に開示されたポリポラ
ス属微生物の場合には硫酸第1鉄が阻害剤として働くの
に比べ活性増大の効果を示すことは驚くべきことであ
る。Fe++イオンが阻害剤として働くピラノースオキシダ
ーゼに対しては酵素活性を維持するために、予めFe++
オンの除去操作が必要とする場合もあるが、本発明によ
って得られたピラノースオキシダーゼはこのような特異
性により、Fe++イオンの除去を必要とせず、むしろFe++
の添加によって活性を増大せしめることができ、ピラノ
ースオキシダーゼを合成反応の触媒として用いる場合に
はきわめて有利である。
また比較的高濃度のNaCl存在下における相対活性も極
めて特異的である。すなわち本発明のNo.52株のNaCl存
在下における相対活性は第8図に示すとおりであり、20
%もの高濃度NaClによっても殆んど影響を受けない。従
来、比較的NaClに対する耐性が強いグルコースオキシダ
ーゼにおいても、4%のNaCl濃度において50%の相対活
性低下を示すという報告があるが(Agr.Biol.Chem.,Vol
39,No.9,p1803,1975)、これに比べて本発明のピラノ
ースオキシダーゼはNaClに対する耐性が極めて強い酵素
であり、食品分野での用途には非常に有利である。
(7)Km値: ラインウイーバー・バーク(Lineweaver−Burk)プロ
ットにより本酵素のD−グルコースに対するKm値を測定
したところ3.1mMであった。
本酵素を電気泳動後、PAS染色法をおこなったとこ
ろ、赤紫に染色されたので、本酵素は糖タンパク質であ
ることが判明した。
本発明のピラノースオキシダーゼが公知のピラノース
オキシダーゼに比べて特異性を有するのは本発明酵素が
糖タンパク質であることにも由来している。
本発明によって得られたピラノースオキシダーゼは上
記の如く公知の方法によって得られたピラノースオキシ
ダーゼに比べて特異な性質を有しており、新規、かつ有
用な酵素である。
発明の効果 本発明によって見出された担子菌Basidiomycetous fu
ngi No.52株はこれまでに知られているピラノースオキ
シダーゼ生産菌とは異なる新菌であり、その培養物より
ピラノースオキシダーゼを効率よく採取することがで
き、また得られたピラノースオキシダーゼは従来公知の
ものに比べて、広いpH範囲で最高活性を有するため、定
量試薬として広範囲な用途に使用することができ、耐熱
性にも優れ、また鉄や食塩による阻害効果がないのでグ
ルコースの定量の際に特別な前処理を必要としないなど
の優れた性質を有するものである。
以下に本発明を実施例によって説明する。
実施例 L−ソルボース2%、ポリペプトン1%、NaF0.0042
%,クロラムフェニコール0.002%の寒天培地(pH4.0)
(寒天2%添加)、のシャーレに土壌を塗布し、28℃、
3日間静置培養後、生じた集落に2.7%ABTS[2,2′−ア
ジノ−ビス(3−エチルベンゾチアゾリン)−6−スル
ホン酸アンモニウム]溶液2部、100U/ml西洋わさび製
パーオキシダーゼ溶液3部を混合した過酸化水素指示薬
を噴霧した。再びシャーレを28℃、12時間静置培養後、
集落の周囲が紫色に発色した菌株Basidiomycetous fung
i No.52(微工研菌寄第10106)を寒天培地より分離し
た。
本菌株を麦芽エキスを2%、ポリペプトン0.1%およ
び寒天2%(麦芽エキス寒天培地)の斜面培地に接種
し、28℃4日間静置培養して種菌とした。次にグルコー
ス0.5%、酵母エキス0.4%、麦芽エキス1.0%、塩化第
2鉄0.001%よりなる種培地(pH6.0)5mlを15mmφ×165
mmの試験管に入れ、120℃、20分間殺菌した。この培地
にBasidiomycetous fungi No.52株を1白金耳接種し、2
8℃、5日間振盪培養した。得られた種培養液5mlを前記
と同じ組成培地400mlを入れた容量21の培養フラスコに
接種し、28℃日間ロータリーシェーカーで振盪培養し
た。培養物中のピラノースオキシダーゼ活性は培養液1m
l当たり280mUであった。
培養終了後、培養液を吸引濾過し湿菌体15gを得た。
この菌体を50mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)30mlに
懸濁したのち、摩砕装置Dyno−millで菌体を破砕した。
遠心分離して得た上澄み35mlに酸を添加してpH7.0に調
節した後、あらかじめ0.05Mリン酸カリウム緩衝液(pH
7.0)で平衡化したHPA−75(三菱化成製)の20mlカラム
に流した。活性画分はカラムに吸着せず、溶出した。0.
05Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)で活性画分をカラム
中より押し出した後、活性画分を集め、限外瀘過で濃縮
し、脱塩後0.02Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)と平衡
化させ、0.02Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)で平衡化
したHPA−75の10mlに流し、同濃度のリン酸カリウム緩
衝液で洗浄し、酵素を0.05M硫酸アンモニウムを含む0.0
5Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)で溶出させ活性画分
を集めた。次にこの活性画分を15%飽和硫酸アンモニウ
ム液(pH7.0)になるように調整後、0.05M硫酸アンモニ
ウムを含む0.05Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)で平衡
化させたフェニルセファロースCL−4B(ファルマシア
製)の10mlに流し、同組成の緩衝液で洗浄後、0.05M硫
酸アンモニウムを含む0.05Mリン酸カリウム緩衝液(pH
7.0)から0.05Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.0)へのグ
ラジエント溶出法を行なった。
溶出された活性画分を集め、その酵素液を80%硫酸ア
ンモニウム飽和とし、一昼夜放置後遠心分離によって沈
殿物を得た。沈殿を0.5mlの0.05Mリン酸カリウム緩衝液
(pH7.0)に溶解し、セルロファインGCL−2000,super
fineの250mlのカラムに流し、同組成の緩衝液で溶出
し、活性画分を集めた。
活性画分を凍結乾燥し、精製酵素1.2mgを得た。この
粉末の比活性は21.0U/mgタンパク質であった。またこの
酵素粉末はポリアクリルアミドゲルデイスク電気泳動的
に単一であり、PAS(過ヨウ素−シッフ試薬)染色法に
よっても単一に赤紫色に染色された。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の担子菌No.52株の顕微鏡写真である。 第2図は本発明の担子菌No.52株のベノミル添加および
無添加培地での生育状態を示した写真である。 第3図は本発明のNo.52株由来の酵素より作成した抗血
清と、各種の担子菌由来の酵素および市販品酵素との沈
降線を示す。 第4図は本発明のピラノースオキシダーゼの作用pH曲線
を示したものである。 第5図は本発明のピラノースオキシダーゼのpH安定曲線
を示したものである。 第6図は本発明のピラノースオキシダーゼの作用温度曲
線を示したものである。 第7図は本発明のピラノースオキシダーゼの熱安定曲線
を示したものである。 第8図はNaCl存在下における本発明のピラノースオキシ
ダーゼの相対活性を示したものである。

Claims (2)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】次の理化学的性質を有し、糖タンパク質か
    らなるピラノースオキシダーゼ。 (1)基質特異性: D−グルコースに対し最高の特異性を示し、6−デオキ
    シD−グルコース、δ−D−グルコノラクトン、L−ソ
    ルボース、D−キシロースにも作用する。 (2)至適pHおよびpH安定性: pH5.5〜8.0の範囲で最高活性を有し、50℃、30分処理
    後、pH5.5〜9.0の間で安定である。 (3)至適温度および熱安定性: 至適温度が60℃であり50℃までは失活が認められず、60
    ℃、30分間処理後90%以上、70℃、30分間処理後50%以
    上の残存活性を有する。 (4)分子量 ゲル瀘過法により測定した分子量が約30万である。 (5)等電点6.2 (6)阻害剤特異性 Ag+,Cu++,Hg++,Ni++,PCMBによって阻害される。 Fe++によっては阻害されない。 高濃度NaClによって阻害されない。 (7)Km値:3.1mM
  2. 【請求項2】ピラノースオキシダーゼ生産能を有する担
    子菌に属するバシジオマイセタウス、フンギ(Basidiom
    ycetous fungi)No.52を培養し、その培養物よりピラノ
    ースオキシダーゼを採取することを特徴とする請求項1
    記載のピラノースオキシダーゼの製造法。
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