JP3694335B2 - Thermostable O-acetylserine sulfhydrylase and process for producing the same - Google Patents
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Description
【0001】
【産業上の利用分野】
本発明は、O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼ、該酵素の製造方法、該酵素を産生するバチルス属に属する新規細菌株、該酵素の製造法に関する。
【0002】
【従来の技術および発明が解決しようとする課題】
O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼ活性は、一部の植物および微生物由来のものが知られており、例えば、ホウレンソウ由来(エフ・イケガミ(F.Ikegami)ら,フィトケミストリー(Phytochemistry),第27巻,3385〜3389頁(1981年)、あるいはクロモバクテリウム(Chromobacterium)属細菌由来(エム・アン(M.Anne)およびジェー・ケイ・クリストファー(J.K.Christopher)、ビオキミア・エト・ビオフィジカ・アクタ(Biochimica et Biophysica Acta),第786巻,123〜132頁(1984年)のもの等が精製され、性質が調べられている。
【0003】
本酵素反応生成物β−シアノアラニンは、生物学的活性を有する種々のアミノ酸誘導体の合成中間体として有用であるが、これまで報告されてきたO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼはいずれも不安定で、特に熱安定性が低く、かかる有用物質の製造には適さなかった。従って、熱安定性の高いO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼの検索が急務とされていた。
【0004】
【課題を解決するための手段】
上記状況の下、本発明者らは、鋭意研究を重ねた結果、熱安定性が非常に高いO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼを産生する耐熱性のバチルス属に属する細菌を見いだし、該細菌から耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼを単離することに成功して本発明を完成するに至った。
【0005】
すなわち、本発明は、
(1) 次の性質を有する耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼ;
1.作用:O−アセチル−L−セリンとシアン化物からβ−シアノアラニンを生成する
2.至適pH:7.0〜9.0
3.安定pH:6.0〜10.0
4.至適温度:40〜50℃
5.熱安定性:pH7.5において30分保持した場合、70℃まで安定
6.分子量:ゲル濾過にて60,000〜80,000、
(2) 補酵素としてピリドリサルリン酸を要求する(1)記載の酵素、
(3) O−アセチル−L−セリン、L−システイン、L−セリン、O−メチル−L−セリン、O−ホスホリル−L−セリン、O−スクシニル−L−セリンまたはβ−クロロ−L−アラニンを基質とする(1)記載の酵素、特に、
(4) 好温性のバチルス(Bacillus)属に属する細菌から得られる(1)ないし(3)いずれかに記載の酵素、
(5) 該細菌がバチルス・ステアロサーモフィルス(B.stearothermophilus)である(4)記載の酵素、
(6) 該細菌が工業技術院生命工学技術研究所に受託番号FERM BP−4773の下に寄託されているバチルス・ステアロサーモフィルスCN3株である(4)記載の酵素
を提供するものである。
【0006】
また、本発明は、
(7) 請求項1記載のO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼの産生能を有する好温性のバチルス属に属する細菌をO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼ誘導培地で培養し、ついで、該菌体から該O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼを単離することを特徴とするO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼの製造法、特に、
(8) 該O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼ産生能を有する好温性のバチルス属に属する細菌がバチルス・ステアロサーモフィルスである(7)記載の方法、
(9) 該好温性のバチルス属に属する該O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼの産生能を有する細菌が、工業技術院生命工学技術研究所に受託番号FERMBP−4773の下に寄託されているバチルス・ステアロサーモフィルスCN3株である(7)記載の方法を提供するものである。
【0007】
さらに、本発明は、
(10) 工業技術院生命工学技術研究所に受託番号FERM BP−4773の下に寄託されているバチルス・ステアロサーモフィルスCN3株
を提供するものである。
【0008】
以下、さらに詳しく本発明を説明する。
本発明の耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼは、耐熱性のバチルス属に属するO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼ産生能を有する細菌を培養することによって得ることができるが、該菌株の具体例としては、バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacillus stearothermophilus)CN3株等が挙げられる。バチルス・ステアロサーモフィルスCN3株は、本発明者らが天然より単離したものであって、平成6年8月8日に工業技術院生命工学技術研究所に、受託番号FERM BP−4773として寄託されている。この細菌の菌学的性質は以下の通りである。
【0009】
(a)形態
1.細菌の形態:細い桿菌
2.運動性:−
3.胞子:+(楕円形)
4.グラム染色性:−
【0010】
(b)コロニー形態:72時間培養で5mm以下の円形で、不規則、淡黄色半透明、表面は滑らかで平坦
【0011】
(c)生理学的性質
1.生育:37℃では生育せず、45℃、55℃および67℃で生育
2.細胞内小球体:−
3.リトマスミルク:分解
4.3%NaClでの生育:−
5.5%NaClでの生育:−
6.7%NaClでの生育:−
7.pH5.7での生育:−
8.グルコースからの酸生成:+
9.グルコースからのガス生成:−
10.卵黄反応:試験条件下で生育せず
11.カゼイン分解:+
12.ゼラチン分解:−
13.チロシン分解:−
14.デンプン加水分解:+
15.NO3 -からNO2 -への変換:+
16.コーザー培地でのクエン酸利用:−
17.メラーのアルギニンジヒドロラーゼ:−
18.ONPG:+
19.酸キシロースPWS:+
20.DNase:−
21.カタラーゼ:+
22.オキシダーゼ:+
【0012】
以上の菌学的性質に基づいて、バージーの細菌分類書(Bargy's Manual of Systematic Bacteriology)によって分類し、CN3株をバチルス・ステアロサーモフィルスと同定した。
【0013】
上記菌株の培地としては、特別な培地を用いる必要はなく、通常の培地を用いればよい。炭素源としては、グルコース、マルトース、デンプン、デキストリン等の糖類、グルタミン酸等のアミノ酸類、あるいはフマル酸、リンゴ酸等の有機酸、もしくはグリセロール、窒素源としては、ポリペプトン、酵母エキス、大豆粉加水分解物等の天然窒素源、無機塩としてはNaCl、リン酸カリウム、硫酸マグネシウム等、また、微量金属成分としては塩化カルシウム、ホウ酸、硫酸銅、ヨウ化カルシウム、硫酸第一鉄、硫酸マンガン、硫酸亜鉛等を使用することができる。
【0014】
本発明の耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼを得るための好適な培地組成の一例を次に示す。ポリペプトン1%、酵母エキス0.25%、グリセロール0.1%、(NH4)2SO4 0.1%、MgSO4・7H2O 0.05%、K2HPO4 0.1%、およびL−セリン0.1%。
【0015】
培養のpHは6.5約〜約7.5、好ましくは7.2、培養温度は約40℃〜約70℃、好ましくは50〜60℃であり、12時間〜48時間、好ましくは24時間好気的または振盪しながら培養を行う。本発明の耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼは、このようにして培養した細菌から該酵素を単離することにより得ることができる。
【0016】
上記培養液から本発明の耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼを単離するには、既知の精製法を単独または併用して利用することができる。例えば、培養液を遠心分離にかけて菌体を集め、これを超音波処理またはダイノミル(Dyno-mill)処理により破砕した後、遠心分離により無細胞抽出液を得る。これを硫安分画し、透析等による脱塩処理等を行い、ついで、イオン交換クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィー、ヒドロキシルアパタイトクロマトグラフィー、ゲル濾過クロマトグラフィー等を行って本発明の耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼを単離することができる。また、本発明酵素が耐熱性酵素であるために、例えば70℃、30分の熱処理を行うことにより精製効率を高めることができる。
【0017】
また、本発明の耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼを用いてシステイン、L−セリン、O−アセチル−L−セリン、O−メチル−L−セリン、O−ホスホリル−L−セリン、O−スクシニル−L−セリンまたはβ−クロロ−L−アラニンと11Cまたは13Cあるいは14Cで標識したシアン化物とを、例えばリン酸カリウム緩衝液等の水性媒体中で接触させて反応せしめ、臨床診断や生化学的研究に使用する11Cまたは13Cあるいは14Cで標識されたβ−シアノアラニンまたはその誘導体あるいは塩を合成することができる。
【0018】
【実施例】
以下に実施例を示して本発明を具体的に説明するが、本発明はこの実施例に限定されるものではない。
バチルス・ステアロサーモフィルスCN3株の培養
ポリペプトン1%、酵母エキス0.25%,グリセロール0.1%、(NH4)2SO4 0.1%、MgSO4・7H2O 0.05%、K2HPO4 0.1%(pH7.2)からなる培地をそれぞれ8mlずつ試験管(2.5X20cm)2本に分注し、120℃、20分殺菌、冷却後、バチルス・ステアロサーモフィルスCN3株を一白金耳ずつ接種し、60℃、24時間振盪培養して、種培養液とした。前記と同じ組成の培地に消泡剤(旭電化社アデカノールKG−126)0.01%(v/v)を添加した培地1.6リットルを2リットル容のジャーファーメンターに入れ、120℃、20分殺菌、冷却後、これに上記の種培養液16ml(試験管2本分)を接種し、60℃、27時間、1.6リットル/分の通気量と300rpmの撹拌速度の条件で培養し、前培養液とした。次にポリペプトン1%、酵母エキス0.25%、グリセロール0.1%、(NH4)2SO4 0.1%、MgSO4・7H2O 0.05%、K2HPO4 0.1%、L−セリン 0.1%(pH7.2)からなる培地160リットルを200リットル容のジャーファーメンターに入れ、120℃、30分殺菌、冷却後、上記の前培養液1.6リットルを接種し、60℃、24時間、120リットル/分の通気量と200rpmの撹拌速度の条件で培養した。培養終了後、シャープレス(KS型超高速遠心分離機、(株)関西遠心分離機製作所製)による遠心分離により菌体を回収した。
得られた菌体を8等分し(20リットル分ずつ)、それぞれ適当量の10mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0、0.1mMジチオスレイトール含有)に懸濁して、−80℃で凍結保存した。これを解凍し、以後の酵素の製造に用いた。
【0019】
バチルス・ステアロサーモフィルスCN3株からの耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼの単離
凍結菌体60リットル分を全量が約2000mlになるように上記緩衝液に懸濁した後、ダイノミルにより菌体を破砕した。破砕液を遠心分離して菌体残渣を除き、無細胞抽出液2100mlを得た。
この無細胞抽出液に硫安を40%飽和になるように添加し、一晩放置後、析出した沈澱物を遠心分離により除き、得られた上澄液に再度硫安を90%飽和になるように添加して5時間放置し遠心分離により沈澱物を得た。この沈澱物を、0.1mMジチオスレイトールを含む10mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0)に溶解し透析膜を用いて同緩衝液にて脱塩した。脱塩液1065mlに終濃度70%になるようにあらかじめ−80℃に冷却したエタノールを添加し、遠心分離により沈澱物を得た。これを同緩衝液に懸濁し、70℃で30分の熱処理を行った。遠心分離で沈澱を除去した後、上澄液をあらかじめ同緩衝液で平衡化したDEAE−セルロファインA500カラム(直径6.0X高さ18cm)に通して酵素を吸着させ、同緩衝液で洗浄後、同緩衝液から0.1mMジチオスレイトールと0.5M NaClを含む100mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0)へのグラジエント溶出法で酵素を溶出して活性画分を集めた。
この活性画分に硫安を80%飽和になるように添加し、一晩放置後遠心分離により沈澱物を得た。この沈澱物を0.1mMジチオスレイトールを含む10mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0)に溶解し、調製電気泳動(7.5%ポリアクリルアミドゲル)にかけた。泳動後、ゲル中の活性のある部分を切り出し、これを磨砕して同緩衝液を用いて酵素を抽出した。
この活性画分に30%飽和になるように硫安を添加し、あらかじめ30%飽和硫安と0.1mMジチオスレイトールを含む10mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0)で平衡化したフェニルセファロースCL−4Bカラム(直径2.5X高さ12cm)に通し、酵素を吸着させ、この平衡化緩衝液で洗浄後、この緩衝液から0.1mMジチオスレイトールを含む10mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0)へのグラジエント溶出法で酵素を溶出して活性画分を集めた。
この活性画分に硫安を30%飽和になるように添加し、あらかじめ30%飽和硫安と0.1mMジチオスレイトールを含む10mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0)で平衡化したオクチルセファロースCL−4Bカラム(直径1.5X高さ10cm)に通し、酵素を吸着させ、この平衡化緩衝液で洗浄後、この緩衝液から0.1mMジチオスレイトールを含む10mMリン酸カリウム緩衝液(pH8.0)へのグラジエント溶出法で酵素を溶出して活性画分を集めた。ここで得られた酵素標品は電気泳動的に単一であることが確認された。上記精製結果を下記表1にまとめた。ステップ8において、当初の無細胞抽出液に比べて218倍に純化されていた。
【0020】
【表1】
【0021】
バチルス・ステアロサーモフィルスCN3株の耐熱性O−アセチルセリンスルフヒドリラーゼの諸性質
酵素活性測定:1Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)10μl(終濃度50mM)、水80μl、0.8mMピリドキサールリン酸20μl(終濃度0.08mM)、50mM O−アセチル−L−セリン20μl(終濃度5.0mM)、100mMシアン化カリウム20μl(終濃度10mM)および酵素液50μlからなる反応液(全量200μl)を45℃で10分インキュベートした後、沸騰水浴中に2分間置いて反応停止し、ついで、15000rpmで10分間遠心分離して上澄液をHPLCにかけ、酵素反応で生成したβ−シアノアラニンを定量することにより行った。かかる条件下で、1分間に1μmolのβ−シアノアラニンを生成する酵素活性を1ユニットと定義する。HPLCの条件は、カラム:Inertsil ODS−2(4.6X250mm)(ジーエルサイエンス株式会社製)、溶出液:10mMリン酸ナトリウム緩衝液(pH6.8)/CH3CN(85/15)、流速:1ml/min、検出:蛍光検出機(Ex:345nm、Em450nm)、カラム温度:40℃、サンプルボリューム:10μlであった。
【0022】
(1)至適pH
pH6.0から10.0の範囲の各pH下で、上記活性測定法により活性測定を行った(活性測定用反応液における緩衝液を以下のものに代えて反応を行った)。使用緩衝液は、20mM MES(pH6.0〜6.5)、20mM KPB(pH6.0〜8.0)、20mM MOPS(pH6.5〜7.5)、20mM Tris−HCl(pH7.5〜9.0)および20mM NH4Cl−NH4OH(pH8.5〜10.0)であった。結果を図1に示す。図1より、本酵素の至適pHは8.0であることがわかった。
【0023】
(2)安定pH
また、本酵素を20mM濃度の緩衝液に溶解し、60℃、30分保持した後、残存活性を測定した。使用緩衝液は、クエン酸/クエン酸ナトリウム(pH3.5〜5.5)、MES(pH6.0〜7.0)、KH2PO4−K2HPO4(pH6.0〜8.0)Tris−HCl(pH7.5〜9.0)、NH4Cl−NH4OH(pH8.5〜10.5)およびグリシン/KCl−KOH(pH10.0〜10.5)であった。結果を図2に示す。図2の結果より、本酵素の安定pHは6.0〜10.0であることがわっかった。
【0024】
(3)至適温度
20mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)に本酵素を溶解し、20℃から80℃までの範囲で上記酵素活性測定法により活性測定した。結果を図3に示す。図3より、本酵素の至適温度は45℃であることがわかった。
【0025】
(4)熱安定性
20mMリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)に本酵素を溶解し、40℃から95℃までの各温度で30分間酵素を処理し、残存活性を調べた。結果を図4に示す。図4より本酵素は熱安定性が非常に高く、70℃まで安定であることがわかった。
【0026】
(5)分子量およびサブユニット
液体クロマトグラフィーによるTSKgel G3000SW(20X300mm、東ソー株式会社製)カラムを用いたゲル濾過により、分子量は70,000と算出された。また、SDS−PAGEによる分子量は34,000と算出され、本酵素は同一サブユニットの2量体酵素であると考えられた。
【0027】
(6)基質特異性
前記活性測定用反応液において、O−アセチル−L−セリンに代えて種々の化合物を用いて活性を測定することにより、基質特異性を調べた。本酵素の基質特異性は高く、O−アセチル−L−セリン以外にはL−システインに対してわずかに作用した(O−アセチル−L−セリンを100%とした場合の相対活性は4.8%)。なお、以下のアミノ酸は基質にならなかった。DL−ホモセリン、L−シスチン、L−ホモセリン、L−セリン、L−ホモセリン、L−メチオニン、L−アスパラギン、L−アスパラギン酸。
【0028】
【発明の効果】
本発明によれば、熱安定性の非常に高いO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼ、該酵素を産生する細菌株、該酵素の製造法が提供される。
【図面の簡単な説明】
【図1】 バチルス・ステアロサーモフィルスCN3株のO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼの至適pHを示す図である。
【図2】 バチルス・ステアロサーモフィルスCN3株のO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼのpH安定性を示す図である。
【図3】 バチルス・ステアロサーモフィルスCN3株のO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼの至適温度を示す図である。
【図4】 バチルス・ステアロサーモフィルスCN3株のO−アセチルセリンスルフヒドリラーゼの熱安定性を示す図である。[0001]
[Industrial application fields]
The present invention relates to O-acetylserine sulfhydrylase, a method for producing the enzyme, a novel bacterial strain belonging to the genus Bacillus that produces the enzyme, and a method for producing the enzyme.
[0002]
[Background Art and Problems to be Solved by the Invention]
O-acetylserine sulfhydrylase activity is known to be derived from some plants and microorganisms, for example, from spinach (F. Ikegami et al., Phytochemistry, Vol. 27). , 3385-3389 (1981), or from the genus Chromobacterium (M.Anne and JKChristopher, Biochimica et Biophysica) Acta), 786, 123-132 (1984), etc. have been refined and their properties have been investigated.
[0003]
The enzyme reaction product β-cyanoalanine is useful as an intermediate for the synthesis of various amino acid derivatives having biological activity, but all of the O-acetylserine sulfhydrylases reported so far are unstable. In particular, the thermal stability is low and it is not suitable for the production of such useful substances. Therefore, there has been an urgent need to search for O-acetylserine sulfhydrylase having high thermostability.
[0004]
[Means for Solving the Problems]
Under the above circumstances, as a result of intensive research, the present inventors have found a thermostable bacterium belonging to the genus Bacillus that produces O-acetylserine sulfhydrylase having a very high thermal stability. The present invention was completed by succeeding in isolating thermostable O-acetylserine sulfhydrylase.
[0005]
That is, the present invention
(1) a thermostable O-acetylserine sulfhydrylase having the following properties;
1. Action: produces β-cyanoalanine from O-acetyl-L-serine and cyanide Optimum pH: 7.0-9.0
3. Stable pH: 6.0 to 10.0
4). Optimal temperature: 40-50 ° C
5. Thermal stability: stable to 70 ° C. when held at pH 7.5 for 30 minutes Molecular weight: 60,000-80,000 by gel filtration
(2) The enzyme according to (1), which requires pyridosarlic acid as a coenzyme,
(3) O-acetyl-L-serine, L-cysteine, L-serine, O-methyl-L-serine, O-phosphoryl-L-serine, O-succinyl-L-serine or β-chloro-L-alanine The enzyme according to (1), in particular,
(4) The enzyme according to any one of (1) to (3), which is obtained from a thermophilic bacterium belonging to the genus Bacillus,
(5) The enzyme according to (4), wherein the bacterium is B. stearothermophilus,
(6) The bacterium is Bacillus stearothermophilus CN3 strain deposited under the accession number FERM BP-4773 at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology. .
[0006]
The present invention also provides:
(7) A bacterium belonging to the genus thermophilic Bacillus having the ability to produce O-acetylserine sulfhydrylase according to claim 1 is cultured in an O-acetylserine sulfhydrylase-inducing medium; A method for producing O-acetylserine sulfhydrylase, characterized in that said O-acetylserine sulfhydrylase is isolated from
(8) The method according to (7), wherein the thermophilic bacterium belonging to the genus Bacillus having the ability to produce O-acetylserine sulfhydrylase is Bacillus stearothermophilus,
(9) Bacteria having the ability to produce the O-acetylserine sulfhydrylase belonging to the thermophilic Bacillus genus have been deposited at the Institute of Biotechnology, National Institute of Advanced Industrial Science and Technology under the accession number FERMBP-4773 The method according to (7), which is a Bacillus stearothermophilus CN3 strain.
[0007]
Furthermore, the present invention provides
(10) Provided with the Bacillus stearothermophilus CN3 strain deposited under the accession number FERM BP-4773 at the Institute of Biotechnology, AIST.
[0008]
Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
The thermostable O-acetylserine sulfhydrylase of the present invention can be obtained by culturing a bacterium having the ability to produce O-acetylserine sulfhydrylase belonging to the thermostable Bacillus genus. Examples include Bacillus stearothermophilus CN3 strain and the like. The Bacillus stearothermophilus CN3 strain was isolated from nature by the present inventors and was assigned to the National Institute of Biotechnology, August 8, 1994 under the accession number FERM BP-4773. It has been deposited. The bacteriological properties of this bacterium are as follows.
[0009]
(A) Form 1. 1. Bacterial morphology: fine gonococci Mobility:-
3. Spore: + (oval)
4). Gram staining:-
[0010]
(B) Colony morphology: circular shape of 5 mm or less after 72 hours of culture, irregular, pale yellow translucent, smooth and flat surface
(C) Physiological properties Growth: Not grown at 37 ° C, grown at 45 ° C, 55 ° C and 67 ° C Intracellular microspheres:-
3. Litmus milk:
Growth with 5.5% NaCl: −
Growth with 6.7% NaCl: −
7. Growth at pH 5.7:-
8). Acid production from glucose: +
9. Gas production from glucose:-
10. Egg yolk reaction: not growing under test conditions Casein degradation: +
12 Gelatin degradation:-
13. Tyrosine degradation: −
14 Starch hydrolysis: +
15. NO 3 - from NO 2 - Conversion to: +
16. Use of citric acid in Coser medium:-
17. Meller's arginine dihydrolase:-
18. ONPG: +
19. Acid xylose PWS: +
20. DNase:-
21. Catalase: +
22. Oxidase: +
[0012]
Based on the above bacteriological properties, classification was made according to Bargy's Manual of Systematic Bacteriology, and the CN3 strain was identified as Bacillus stearothermophilus.
[0013]
As the culture medium for the strain, it is not necessary to use a special culture medium, and a normal culture medium may be used. As carbon sources, sugars such as glucose, maltose, starch and dextrin, amino acids such as glutamic acid, organic acids such as fumaric acid and malic acid, or glycerol, nitrogen sources include polypeptone, yeast extract, soybean flour hydrolysis Natural nitrogen sources such as NaCl, inorganic salts such as NaCl, potassium phosphate, magnesium sulfate, and trace metal components such as calcium chloride, boric acid, copper sulfate, calcium iodide, ferrous sulfate, manganese sulfate, sulfuric acid Zinc or the like can be used.
[0014]
An example of a suitable medium composition for obtaining the thermostable O-acetylserine sulfhydrylase of the present invention is shown below. 1% polypeptone, 0.25% yeast extract, 0.1% glycerol, 0.1% (NH 4 ) 2 SO 4 , 0.05% MgSO 4 .7H 2 O, 0.1% K 2 HPO 4 , and L-serine 0.1%.
[0015]
The culture pH is about 6.5 to about 7.5, preferably 7.2, the culture temperature is about 40 ° C. to about 70 ° C., preferably 50 to 60 ° C., and 12 to 48 hours, preferably 24 hours. Cultivate aerobically or with shaking. The thermostable O-acetylserine sulfhydrylase of the present invention can be obtained by isolating the enzyme from the thus cultured bacteria.
[0016]
In order to isolate the thermostable O-acetylserine sulfhydrylase of the present invention from the culture solution, known purification methods can be used alone or in combination. For example, the cells are collected by centrifuging the culture solution, disrupted by sonication or Dyno-mill treatment, and then cell-free extract is obtained by centrifugation. This was subjected to ammonium sulfate fractionation, desalting treatment such as dialysis, etc., and then subjected to ion exchange chromatography, hydrophobic chromatography, hydroxylapatite chromatography, gel filtration chromatography, etc., and the heat-resistant O-acetylserine of the present invention. Sulfhydrylase can be isolated. Further, since the enzyme of the present invention is a thermostable enzyme, purification efficiency can be increased by performing a heat treatment at 70 ° C. for 30 minutes, for example.
[0017]
Further, using the heat-resistant O-acetylserine sulfhydrylase of the present invention, cysteine, L-serine, O-acetyl-L-serine, O-methyl-L-serine, O-phosphoryl-L-serine, O- Clinical diagnosis by contacting succinyl-L-serine or β-chloro-L-alanine with cyanide labeled with 11 C, 13 C, or 14 C in an aqueous medium such as potassium phosphate buffer. Alternatively, β-cyanoalanine or a derivative or salt thereof labeled with 11 C, 13 C, or 14 C used for biochemical research can be synthesized.
[0018]
【Example】
EXAMPLES The present invention will be specifically described below with reference to examples, but the present invention is not limited to these examples.
Bacillus stearothermophilus CN3 strain cultured polypeptone 1%, yeast extract 0.25%, glycerol 0.1%, (NH 4 ) 2 SO 4 0.1%, MgSO 4 .7H 2 O 0.05%, Dispense 8 ml each of K 2 HPO 4 0.1% (pH 7.2) medium into two test tubes (2.5 × 20 cm), sterilize at 120 ° C. for 20 minutes, cool, and then Bacillus stearothermophilus The CN3 strain was inoculated one platinum ear at a time, and cultured with shaking at 60 ° C. for 24 hours to obtain a seed culture solution. 1.6 liters of a medium prepared by adding 0.01% (v / v) antifoaming agent (Asahi Denka Co., Ltd. Adecanol KG-126) to a medium having the same composition as described above was placed in a 2 liter jar fermenter, 120 ° C., After sterilization for 20 minutes and cooling, inoculate 16 ml of the above seed culture solution (for 2 test tubes) and culture under conditions of 60 ° C., 27 hours, aeration rate of 1.6 liters / minute and stirring speed of 300 rpm. And used as a preculture. Next, polypeptone 1%, yeast extract 0.25%, glycerol 0.1%, (NH 4 ) 2 SO 4 0.1%, MgSO 4 .7H 2 O 0.05%, K 2 HPO 4 0.1% , 160 liters of medium consisting of 0.1% L-serine (pH 7.2) was placed in a 200 liter jar fermenter, sterilized at 120 ° C. for 30 minutes, cooled, and inoculated with 1.6 liters of the above preculture Then, the cells were cultured at 60 ° C. for 24 hours under the conditions of an aeration rate of 120 liters / minute and a stirring speed of 200 rpm. After completion of the culture, the cells were collected by centrifugation with a sharp press (KS ultra-high speed centrifuge, manufactured by Kansai Centrifuge Co., Ltd.).
The obtained cells are divided into 8 equal parts (each 20 liters), suspended in appropriate amounts of 10 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0, containing 0.1 mM dithiothreitol), and frozen at −80 ° C. saved. This was thawed and used for subsequent enzyme production.
[0019]
Isolation of thermostable O-acetylserine sulfhydrylase from Bacillus stearothermophilus CN3 strain 60 liters of frozen cells were suspended in the above buffer solution to a total volume of about 2000 ml, and then sterilized by dynomill. The body was crushed. The disrupted solution was centrifuged to remove the cell residue, and 2100 ml of cell-free extract was obtained.
To this cell-free extract, ammonium sulfate was added to 40% saturation, and after standing overnight, the deposited precipitate was removed by centrifugation, and the resulting supernatant was again saturated with ammonium sulfate to 90%. The mixture was added and allowed to stand for 5 hours, and a precipitate was obtained by centrifugation. This precipitate was dissolved in 10 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing 0.1 mM dithiothreitol and desalted with the same buffer using a dialysis membrane. Ethanol that had been cooled to -80 ° C. in advance to a final concentration of 70% was added to 1065 ml of the desalted solution, and a precipitate was obtained by centrifugation. This was suspended in the same buffer and heat-treated at 70 ° C. for 30 minutes. After removing the precipitate by centrifugation, the supernatant was passed through a DEAE-Cellulofine A500 column (diameter 6.0 × height 18 cm) previously equilibrated with the same buffer, and washed with the same buffer. The active fractions were collected by elution of the enzyme from the same buffer by a gradient elution method into 100 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing 0.1 mM dithiothreitol and 0.5 M NaCl.
Ammonium sulfate was added to this active fraction so as to be 80% saturated, and the mixture was left overnight and then centrifuged to obtain a precipitate. This precipitate was dissolved in 10 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing 0.1 mM dithiothreitol and subjected to preparative electrophoresis (7.5% polyacrylamide gel). After the electrophoresis, the active portion in the gel was cut out, ground, and the enzyme was extracted using the same buffer.
Phenyl Sepharose CL- was added to this active fraction to 30% saturation and equilibrated in advance with 10 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing 30% saturated ammonium sulfate and 0.1 mM dithiothreitol. The enzyme was adsorbed through a 4B column (diameter 2.5 ×
Octyl Sepharose CL- was added to this active fraction to 30% saturation, and equilibrated with 10 mM potassium phosphate buffer (pH 8.0) containing 30% saturated ammonium sulfate and 0.1 mM dithiothreitol in advance. The enzyme was adsorbed through a 4B column (diameter 1.5 ×
[0020]
[Table 1]
[0021]
Various properties of thermostable O-acetylserine sulfhydrylase of Bacillus stearothermophilus CN3 strain Enzyme activity measurement: 1 μL potassium phosphate buffer (pH 7.5) 10 μl (
[0022]
(1) Optimum pH
Activity was measured by the above activity measurement method under each pH in the range of pH 6.0 to 10.0 (reaction was performed by replacing the buffer in the reaction solution for activity measurement with the following). The buffer used was 20 mM MES (pH 6.0 to 6.5), 20 mM KPB (pH 6.0 to 8.0), 20 mM MOPS (pH 6.5 to 7.5), 20 mM Tris-HCl (pH 7.5 to 7.5). 9.0) and was 20mM NH 4 Cl-NH 4 OH (pH8.5~10.0). The results are shown in FIG. From FIG. 1, it was found that the optimum pH of the enzyme was 8.0.
[0023]
(2) Stable pH
Moreover, this enzyme was melt | dissolved in the buffer solution of a 20 mM density | concentration, The residual activity was measured after hold | maintaining for 30 minutes at 60 degreeC. The buffer used was citric acid / sodium citrate (pH 3.5 to 5.5), MES (pH 6.0 to 7.0), KH 2 PO 4 -K 2 HPO 4 (pH 6.0 to 8.0). Tris-HCl (pH 7.5 to 9.0), NH 4 Cl—NH 4 OH (pH 8.5 to 10.5) and glycine / KCl—KOH (pH 10.0 to 10.5). The results are shown in FIG. From the results of FIG. 2, it was found that the stable pH of this enzyme is 6.0 to 10.0.
[0024]
(3) Optimum temperature The enzyme was dissolved in 20 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), and the activity was measured in the range from 20 ° C. to 80 ° C. by the above enzyme activity measurement method. The results are shown in FIG. From FIG. 3, it was found that the optimum temperature of this enzyme was 45 ° C.
[0025]
(4) Thermostability This enzyme was dissolved in 20 mM potassium phosphate buffer (pH 7.5), and the enzyme was treated at each temperature from 40 ° C. to 95 ° C. for 30 minutes, and the residual activity was examined. The results are shown in FIG. From FIG. 4, it was found that this enzyme has very high thermostability and is stable up to 70 ° C.
[0026]
(5) Molecular weight The molecular weight was calculated to be 70,000 by gel filtration using a TSKgel G3000SW (20 × 300 mm, manufactured by Tosoh Corporation) column by subunit liquid chromatography. Moreover, the molecular weight by SDS-PAGE was calculated to be 34,000, and this enzyme was considered to be a dimeric enzyme of the same subunit.
[0027]
(6) Substrate specificity In the reaction liquid for activity measurement, the substrate specificity was examined by measuring the activity using various compounds instead of O-acetyl-L-serine. The enzyme has a high substrate specificity and acted slightly on L-cysteine other than O-acetyl-L-serine (relative activity is 4.8 when O-acetyl-L-serine is taken as 100%). %). The following amino acids did not become substrates. DL-homoserine, L-cystine, L-homoserine, L-serine, L-homoserine, L-methionine, L-asparagine, L-aspartic acid.
[0028]
【The invention's effect】
According to the present invention, O-acetylserine sulfhydrylase having very high thermal stability, a bacterial strain producing the enzyme, and a method for producing the enzyme are provided.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a graph showing the optimum pH of O-acetylserine sulfhydrylase of Bacillus stearothermophilus CN3 strain.
FIG. 2 is a graph showing the pH stability of O-acetylserine sulfhydrylase of Bacillus stearothermophilus CN3 strain.
FIG. 3 is a graph showing the optimum temperature of O-acetylserine sulfhydrylase of Bacillus stearothermophilus CN3 strain.
FIG. 4 is a diagram showing the thermal stability of O-acetylserine sulfhydrylase of Bacillus stearothermophilus CN3 strain.
Claims (7)
1.作用:O−アセチル−L−セリンとシアン化物からβ−シアノアラニンを生成する
2.至適pH:7.0〜9.0
3.安定pH:6.0〜10.0
4.至適温度:40〜50℃
5.熱安定性:pH7.5において30分保持した場合、70℃まで安定
6.分子量:SDS−PAGEにて分子量34,000のサブユニットの二量体。 Produced by Bacillus stearothermophilus (B. stearothermophilus) bacteria, heat-resistant O- acetyl sulfhydrylase having the following properties;
1. Action: produces β-cyanoalanine from O-acetyl-L-serine and cyanide Optimum pH: 7.0-9.0
3. Stable pH: 6.0 to 10.0
4). Optimal temperature: 40-50 ° C
5. Thermal stability: stable to 70 ° C. when held at pH 7.5 for 30 minutes Molecular weight: A dimer of subunits having a molecular weight of 34,000 by SDS-PAGE .
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