JP4590981B2 - Method for producing optically active cyclic amino acid - Google Patents

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Description

本発明は、産業的に有用である光学活性環状アミノ酸の製造方法に関するものである。   The present invention relates to a process for producing optically active cyclic amino acids that are industrially useful.

環状アミノ酸の化学的製造方法としては、L-アゼチディン-2-カルボン酸(L-azetidine-2-carboxylic acid)の製法(非特許文献1、特許文献1)、ピペコリン酸(pipecolic acid)の製法(非特許文献2) 、4−および5−ヒドロキシピペコリン酸(hydroxypipecolic acid)の製法(非特許文献3)、 チアザンカルボン酸(1,4-thiazane-3-carboxylic acid)の製法(非特許文献4、5)、L−モルフォリンカルボン酸(L-3-Morpholine carboxylic acid)の製法(非特許文献6)、 S−アゼパン−2−カルボン酸((S)-azepane-2-carboxylic acid)の製法 (非特許文献7)などが知られていた。
生物化学的に環状アミノ酸をつくる方法としては、ピロリン−5−カルボン酸レダクターゼ(EC 1.5.1.2)を利用したL−リジン(L-lysine)からのL-ピペコリン酸(L-pipecolic acid)の製法(非特許文献8)、ピロリン−5−カルボン酸レダクターゼ(EC 1.5.1.2)を利用したL-オルニチン(L-ornithine)からのL-プロリン(L-Proline) の製法(非特許
文献9、10)、オルニチンシクロデアミナーゼによるL-オルニチンからのL-プロリンの製法(非特許文献11)、オルニチンシクロデアミナーゼによる各種ジアミノ酸(diamino
acid)からの各種環状アミノ酸の製法(特許文献2)などが知られていた。
As chemical methods for producing cyclic amino acids, a method for producing L-azetidine-2-carboxylic acid (L-azetidine-2-carboxylic acid) (Non-patent document 1, Patent document 1), a method for producing pipecolic acid (pipecolic acid) ( Non-patent document 2), 4- and 5-hydroxypipecolic acid (non-patent document 3), thiazancarboxylic acid (1,4-thiazane-3-carboxylic acid) process (non-patent document) 4, 5), production method of L-morpholine carboxylic acid (L-3-Morpholine carboxylic acid) (non-patent document 6), S-azepane-2-carboxylic acid ((S) -azepane-2-carboxylic acid) The manufacturing method (Non-Patent Document 7) was known.
As a method for producing a cyclic amino acid biochemically, a method for producing L-pipecolic acid from L-lysine using pyrroline-5-carboxylic acid reductase (EC 1.5.1.2) (Non-Patent Document 8), a method for producing L-Proline from L-ornithine using pyrroline-5-carboxylic acid reductase (EC 1.5.1.2) (Non-Patent Documents 9 and 10) ), Production of L-proline from L-ornithine by ornithine cyclodeaminase (Non-patent Document 11), various diamino acids (diamino) by ornithine cyclodeaminase
acid)) for producing various cyclic amino acids (Patent Document 2).

一方、1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を還元する酵素としては、たとえば動物由来またはカビ由来のピロリン−2−カルボン酸還元酵素(pyrroline-2-carboxylate reductase : EC 1.5.1.1)がΔ-1-ピロリン-2-カルボン酸(Δ-1-pyrroline-2-carboxylic acid)、およびΔ-1-ピペリジン-2-カルボン酸(Δ-1-piperidine-2-carboxylic acid)を
還元しそれぞれプロリン、およびピペコリン酸が生成する事が知られていた(非特許文献12)。
On the other hand, as an enzyme that reduces a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position, for example, pyrroline-2-carboxylate reductase (EC 1.5.1.1) derived from animals or fungi is Δ- 1-pyrroline-2-carboxylic acid (Δ-1-pyrroline-2-carboxylic acid) and Δ-1-piperidine-2-carboxylic acid are reduced to proline, And pipecolic acid was known to be produced (Non-patent Document 12).

また、D―リジンからΔ-1-ピペリジン-2-カルボン酸(Δ-1-piperidine-2-carboxylic acid)を中間体としてL−ピペコリン酸を生成するというシュードモナス(Pseudomonas)属細菌の代謝の報告があり、その中でピペリデイン-2-カルボン酸還元酵素(piperideine-2-carboxylate reductase : EC 1.5.1.21)が還元反応を行っているとの報告もある(非特許文献13)。   Also, a report on the metabolism of Pseudomonas bacteria that L-pipecolic acid is produced from D-lysine using Δ-1-piperidine-2-carboxylic acid as an intermediate. Among them, there is also a report that piperideine-2-carboxylate reductase (EC 1.5.1.21) is performing a reduction reaction (Non-patent Document 13).

また、豚肝臓由来のケチミン還元酵素(ketimine-reducing enzyme : EC 1.5.1.25)が、S-アミノエチルシステイン ケチミン(S-aminoethylcysteine ketimine)、ランチオニ
ン ケチミン(lanthionine ketimine)、シスタチオニン ケチミン(cystathionine ketimine)を還元することが見いだされている(非特許文献14)。
しかしながら、Fujiiら(非特許文献8)により報告されていた方法はL-リジン(L-lysine)にL-lysine 6-aminotransferaseを用い中間体としてΔ-1-piperidine-6-carboxylic acidを生成せしめ、さらにそれに還元酵素を作用させL−ピペコリン酸(L-pipecolic acid)を得るものである。この方法は原料がL−リジンの場合しか対応できず、他の環状
アミノ酸の製造には適応できない。
Ketimine-reducing enzyme (EC 1.5.1.25) derived from pig liver reduces S-aminoethylcysteine ketimine, lanthionine ketimine, and cystathionine ketimine. It has been found (Non-Patent Document 14).
However, the method reported by Fujii et al. (Non-Patent Document 8) uses L-lysine 6-aminotransferase to L-lysine to produce Δ-1-piperidine-6-carboxylic acid as an intermediate. Further, L-pipecolic acid is obtained by allowing a reductase to act on it. This method can be applied only when the raw material is L-lysine and cannot be applied to the production of other cyclic amino acids.

また、Costilowら(非特許文献11)の報告はL-オルニチン(L-ornithine)にOrnithine Cyclaseを用いL−プロリン(L-Proline)を得るものであるが、これもプロリン以外の
生成物に関しては記載が無い。またDenisら(特許文献2)はOrnithine Cyclaseを用いL-ピペコリン酸(L-pipecolic acid)、L-チオモルフォリン-2-カルボン酸(L-Thiomorpholine-2-carboxylic acid)、5-ヒドロキシ−L−ピペコリン酸(5-hydroxy-L-pipecolic aci
d)等を得る方法を報告しているが収率や光学純度などの記載はない。
Furthermore, Costilow et al. (Non-patent Document 11) reported that L-proline was obtained using L-ornithine using Ornithine Cyclase, but this also relates to products other than proline. There is no description. Denis et al. (Patent Document 2) uses Ornithine Cyclase to produce L-pipecolic acid, L-thiomorpholine-2-carboxylic acid, 5-hydroxy-L. -Pipecolic acid (5-hydroxy-L-pipecolic aci
d) etc. have been reported, but there is no description of yield and optical purity.

上記いずれの方法も、生成物の環状アミノ酸の光学純度は原料のアミノ酸の光学純度によるものであり、全くラセミ体の原料から高効率で光学活性環状アミノ酸は得られない。
一方、中間体として1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を経る方法は、原料にラセミ
体の環状アミノ酸や、ジアミノ酸を用いることが出来、工業的に有利である。
L−プロリン(L-Proline)およびL−ピペコリン酸(L-pipecolic acid)、L−チオモル
フィン(L-Thiomorphine)等に対応する酵素反応がそれぞれ確認されているが、いずれも酵素反応を生化学的に確認されているのみで、工業的な生産の例は知られていなかった。また、動物由来の酵素は非常に不安定だとの記載もありこれらの酵素を用いての実用化は困難であった。
US 5942630 WO 02/101003 Stephen Hanessian et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters (1999) vol.9, pp.1437-1442 Concepcion F Garcia et al., Tetrahydron Asymmetry (1995) vol.6, pp.2905-2906 Roland E.A. Callens, et al, Bull. Soc. Chim. Belg. (1982) vol.91, pp.713-723 T. Shiraiwa, et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., vol62, pp2382-2387 U. Larsson et al., Acta Chemica Scandinavica (1994) vol.48 pp517-525 Y. Kogami et al., Bull. Chem. Soc. Jpn (1987) vol.60, pp2963-2965 D. Seebach et al., Liebigs. Ann. Chem. (1989) pp.1215-1232 Tadashi Fujii et al., Bioscience Biotechnology Biochem (2002) vol.66, pp.1981-1984 Janet Kenklies et al., Microbiology (1999), vol.145, pp.819-826 Ralph N Costilow et al., Journal of Bacteriology (1969) vol.100, pp.662 Ralph N Costilow et al., Journal of Biological Chemistry (1971) vol.246, pp.6655-6660 Alton Meister et al., Journal of Biological Chemistry (1957) vol.229, pp.789-800 Cecil W Payton et al., Journal of Bacteriology (1982) vol.149, pp.864-871 Mirella Nardini et al., European Journal of Biochemistry (1988) vol.173, pp.689-694
In any of the above methods, the optical purity of the product cyclic amino acid depends on the optical purity of the raw amino acid, and no optically active cyclic amino acid can be obtained from the racemic raw material at high efficiency.
On the other hand, the method using a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position as an intermediate is industrially advantageous because a racemic cyclic amino acid or diamino acid can be used as a raw material.
Enzymatic reactions corresponding to L-proline, L-pipecolic acid, L-thiomorphine, etc. have been confirmed, respectively. It has only been confirmed, and examples of industrial production have not been known. In addition, there is a description that animal-derived enzymes are very unstable, and it has been difficult to put these enzymes into practical use.
US 5942630 WO 02/101003 Stephen Hanessian et al., Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters (1999) vol.9, pp.1437-1442 Concepcion F Garcia et al., Tetrahydron Asymmetry (1995) vol.6, pp.2905-2906 Roland EA Callens, et al, Bull. Soc. Chim. Belg. (1982) vol.91, pp.713-723 T. Shiraiwa, et al., Biosci. Biotechnol. Biochem., Vol62, pp2382-2387 U. Larsson et al., Acta Chemica Scandinavica (1994) vol.48 pp517-525 Y. Kogami et al., Bull. Chem. Soc. Jpn (1987) vol.60, pp2963-2965 D. Seebach et al., Liebigs. Ann. Chem. (1989) pp.1215-1232 Tadashi Fujii et al., Bioscience Biotechnology Biochem (2002) vol.66, pp.1981-1984 Janet Kenklies et al., Microbiology (1999), vol.145, pp.819-826 Ralph N Costilow et al., Journal of Bacteriology (1969) vol.100, pp.662 Ralph N Costilow et al., Journal of Biological Chemistry (1971) vol.246, pp.6655-6660 Alton Meister et al., Journal of Biological Chemistry (1957) vol.229, pp.789-800 Cecil W Payton et al., Journal of Bacteriology (1982) vol.149, pp.864-871 Mirella Nardini et al., European Journal of Biochemistry (1988) vol.173, pp.689-694

酵素学的に安定な、1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を還元する酵素で、各種の基質に広く反応する酵素を単離し、その固定化酵素を用いるか、あるいは当該遺伝子を組み込んだ組み替え微生物を用いれば、上記問題は解決され、工業的に安価に光学活性環状アミノ酸を収率よく製造すると考えられる。
さらに、本発明は工業的に安価なジアミノ酸やラセミ体の環状アミノ酸から中間体として1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を得て、これを還元する酵素を用いることにより工業的に安価な各種光学活性環状アミノ酸の製造方法を提供する事を目的とした。
Enzymatically stable enzyme that reduces a cyclic amino acid with a double bond at the 1-position. An enzyme that reacts widely with various substrates is isolated, and its immobilized enzyme is used, or a recombinant is incorporated. If microorganisms are used, the above problem is solved, and it is considered that an optically active cyclic amino acid can be produced in good yield at an industrially low cost.
Further, the present invention provides a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position as an intermediate from an industrially inexpensive diamino acid or a racemic cyclic amino acid, and is industrially inexpensive by using an enzyme that reduces this. An object of the present invention is to provide a method for producing various optically active cyclic amino acids.

本発明者らは、上記課題を解決するために鋭意検討した結果、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼが1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を還元し効率よく光学活性環状アミノ酸を生成する事を見いだした。また、1位に二重結合をもつ環状アミノ酸は、ラセミ体の環状アミノ酸、或いはジアミノ酸から対応する既知の酵素を用いて効率的に製造することができ、化学的に得ることもできる。よってこの1位に二重結合をもつ環状アミノ酸生成反応および立体選択的還元反応の組み合わせにより工業的に安価な光学活性環状アミノ酸を製造することができる。本発明はこれらの知見に基づいて成し遂げられたものである。   As a result of intensive studies to solve the above problems, the present inventors have found that N-methyl-L-amino acid dehydrogenase reduces a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position and efficiently generates an optically active cyclic amino acid. I found. In addition, a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position can be efficiently produced from a racemic cyclic amino acid or a diamino acid using a corresponding known enzyme, and can also be obtained chemically. Therefore, an industrially inexpensive optically active cyclic amino acid can be produced by a combination of the cyclic amino acid generation reaction having a double bond at the 1-position and the stereoselective reduction reaction. The present invention has been accomplished based on these findings.

即ち、本発明によれば、以下のL体環状アミノ酸の製造法が提供される。
(1) 下記一般式(I)
That is, according to the present invention, the following method for producing an L-form cyclic amino acid is provided.
(1) The following general formula (I)

Figure 0004590981
Figure 0004590981

(式中、Aは、炭素数1〜4の直鎖状のアルキル鎖、又は-CHOHCH 2 -、-CH 2 CHOHCH 2 -、-SCH 2 -、-SC 2 4 -、-SC 3 6 -、-OCH 2 -、-OC 2 4 -、-OC 3 6 -よりなる群から選ばれるヘテロ原子を含むアルキル鎖を示す)で表される1位に二重結合をもつ環状アミノ酸に、シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼまたはそれを含む細胞、同細胞の調製物もしくは同細胞を培養して得られた培養液を作用させて、下記一般式(II)
(In the formula, A, a linear alkyl chain of 1 to 4 carbon atoms, or -CHOHCH 2 -, - CH 2 CHOHCH 2 -, - SCH 2 -, - SC 2 H 4 -, - SC 3 H 6 -, - OCH 2 -, - OC 2 H 4 -, - OC 3 H 6 - to cyclic amino acid having a double bond at position 1, represented by alkyl chains showing a) containing a heteroatom selected from the group consisting of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from Pseudomonas bacteria or cells containing the same, a preparation of the cells or a culture solution obtained by culturing the cells, and the following general formula (II)

Figure 0004590981
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表されるL体環状アミノ酸を生成させることを特徴とする、L体環状アミノ酸の製造方法。
(2)シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼが、以下の(A)、(B)、または(C)に示すポリペプチドである、(1)に記載の製造方法:
(A)配列番号1で表されるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(B)配列番号1で表されるアミノ酸配列において、1から10個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列を有し、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチド;又は
(C)配列番号1で表されるアミノ酸配列と95%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつ、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチド;
(3)N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを含む細胞が、シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAで形質転換された細胞である、(1)に記載の製造方法。
(4)シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAが以下の(A)、(B)または(C)に示すタンパク質をコードするDNAである、(3)に記載の製造方法:
(A)配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するタンパク質、または
(B)配列番号1に記載のアミノ酸配列と95%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつ、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質。
(C)配列番号1に記載のアミノ酸配列において、1から10個のアミノ酸が置換、欠失もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質。
(Wherein A has the same meaning as described above), to produce an L-form cyclic amino acid.
(2) The production method according to (1), wherein the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from Pseudomonas is a polypeptide shown in the following (A), (B), or (C):
(A) a polypeptide having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) a polypeptide having an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids are deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity Or (C) a polypeptide having an amino acid sequence having 95 % or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity;
(3) The production method according to (1), wherein the cell containing N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is a cell transformed with DNA encoding N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from Pseudomonas bacteria. .
(4) Pseudomonas bacterium derived from N- methyl -L- amino acid dehydrogenase encoding DNA is less than (A), a DNA encoding the protein shown in (B) or (C), according to (3) Production method:
(A) a protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, or (B) an amino acid sequence having 95 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, and N-methyl-L- A protein having amino acid dehydrogenase activity.
(C) A protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids are substituted, deleted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity.

シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAが以下の(D)または(E)に示すDNAである、請求項に記載の製造方法:
(D)配列番号2に記載の塩基配列を有するDNA、または
)配列番号2に記載の塩基配列において1から30個の塩基が置換、欠失もしくは付加された塩基配列及びその相補鎖からなり、かつN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。
The production method according to claim 3 , wherein the DNA encoding N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from a genus Pseudomonas is a DNA shown in the following (D) or (E) :
(D) a DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 2; or ( E ) a base sequence in which 1 to 30 bases are substituted, deleted or added in the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 and its complementary strand And a DNA encoding a protein having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity.

(6)下記一般式(III)

Figure 0004590981

(6) The following general formula (III)
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表される鎖状のα,ω−ジアミノ酸に、D−アミノ酸オキシダーゼ、L−アミノ酸オキシダーゼ、D−アミノ酸デヒドロゲナーゼ、L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ、D−アミノ酸トランスフェラーゼ、および、L−アミノ酸トランスフェラーゼよりなる群から選ばれる酵素を反応させ、上記一般式(I)で表される1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を生成させた後、得られた1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を、請求項(1)〜(5)のいずれか一項に記載の方法により、上記一般式(II)で表されるL体環状アミノ酸を生成させることを特徴とする、L体環状アミノ酸の製造方法。
(7)下記一般式(IV)
(Wherein, A is as defined above), a chain α, ω-diamino acid represented by D-amino acid oxidase, L-amino acid oxidase, D-amino acid dehydrogenase, L-amino acid dehydrogenase, D-amino acid 1-position obtained after reacting an enzyme selected from the group consisting of transferase and L-amino acid transferase to produce a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position represented by the above general formula (I) A cyclic amino acid having a double bond in the L-form cyclic amino acid represented by the general formula (II) is produced by the method according to any one of claims (1) to (5). And a method for producing an L-form cyclic amino acid.
(7) The following general formula (IV)

Figure 0004590981
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表される環状アミノ酸に、D−アミノ酸オキシダーゼを作用させ、上記一般式(I)で表される1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を生成させた後、得られた1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を、(1)〜(5)のいずれか一項に記載の方法により、上記一般式(II)で表されるL体環状アミノ酸を生成させることを特徴とする、L体環状アミノ酸の製造方法。
(Wherein A is as defined above), D-amino acid oxidase is allowed to act on the cyclic amino acid to produce a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position represented by the above general formula (I) Then, the obtained cyclic amino acid having a double bond at the 1-position is converted to the L-form cyclic ring represented by the general formula (II) by the method according to any one of (1) to (5). A method for producing an L-form cyclic amino acid, comprising generating an amino acid.

本発明は、工業的に安価なジアミノ酸やラセミ体の環状アミノ酸から、中間体として1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を得て、これをN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを用いて還元することにより工業的に安価で、高純度な各種光学活性環状アミノ酸製造方法を提供することができる。   The present invention obtains a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position as an intermediate from an industrially inexpensive diamino acid or a racemic cyclic amino acid, which is reduced using N-methyl-L-amino acid dehydrogenase. By doing this, it is possible to provide various optically active cyclic amino acid production methods that are industrially inexpensive and have high purity.

以下に、本発明を詳細に説明する。
前記一般式(I)、(II)、(III)および(IV)において、Aの定義中の原子及び基を具体的に説明する。
本発明において、アルキル鎖としては、例えば、−CH2−、−C24−、−C36
、−C23CH3−、−C48−、−C35CH3−、−CH2CHCH3CH2−、−C510−、−C47CH3−、−C24CHCH3CH2−、−CH2CHCH324−、−C
2C(CH3) 2CH2−、−C612−等の炭素数1〜6の直鎖、分岐鎖アルキル鎖が挙げられる。これらの中で、5員環〜7員環の環状アミノ酸を形成することができる炭素数2〜4の直鎖状のアルキル鎖が好ましく、特に炭素数2の場合はL−プロリン(Proline)、
などの5員環アミノ酸、炭素数3の場合はL−ピペコリン酸(pipecolic acid)などの6員環アミノ酸を形成し、炭素数4の場合はアゼパン−2−カルボン酸(azepane-2-carboxylic acid)などの7員環アミノ酸を形成し、特に好ましい。これら化合物の化学式を次に
示す。
The present invention is described in detail below.
In the general formulas (I), (II), (III) and (IV), atoms and groups in the definition of A will be specifically described.
In the present invention, examples of the alkyl chain include —CH 2 —, —C 2 H 4 —, —C 3 H 6 —.
, -C 2 H 3 CH 3 - , - C 4 H 8 -, - C 3 H 5 CH 3 -, - CH 2 CHCH 3 CH 2 -, - C 5 H 10 -, - C 4 H 7 CH 3 - , -C 2 H 4 CHCH 3 CH 2 -, - CH 2 CHCH 3 C 2 H 4 -, - C
Examples thereof include straight-chain and branched alkyl chains having 1 to 6 carbon atoms such as H 2 C (CH 3 ) 2 CH 2 — and —C 6 H 12 —. Among these, a linear alkyl chain having 2 to 4 carbon atoms capable of forming a 5-membered to 7-membered cyclic amino acid is preferable. In particular, in the case of 2 carbon atoms, L-proline (Proline),
In the case of 3 carbon atoms, a 6-membered ring amino acid such as L-pipecolic acid is formed. In the case of 4 carbon atoms, azepane-2-carboxylic acid is used. Are particularly preferred. The chemical formulas of these compounds are shown below.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

また、上記のアルキル鎖中には硫黄原子、酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子を鎖中又は末端に含んでいてもよく、これらへテロ原子を含むアルキル鎖により複素環を形成することができる。アルキル鎖中に含まれる硫黄原子、酸素原子、窒素原子等のヘテロ原子は複数種または複数個含まれていてもよく、含まれるヘテロ原子の数としては、1〜3個が好ましい。ヘテロ原子を含むアルキル鎖としては、例えば−CHOHCH2−、−CH2CHOHCH2−、−SCH2−、−SC24−、−SC36−、−OCH2−、−OC24
−、−OC36−、−NHCH2−、−NHC24−、−NHC36−、−NHCH2CHCOOH−、−C24NHCO−、−C24NHCN−、−C24CHCOOH−、−SCH2CHCOOH−、−SC24CHCOOH−、−C36NHCH2CHCOOH−、−NHCHCOOHCH2−、および−CH2NHCHCOOHC24−などが挙げられる。
Further, the above alkyl chain may contain a hetero atom such as a sulfur atom, oxygen atom or nitrogen atom in the chain or at the terminal, and a heterocycle can be formed by the alkyl chain containing these hetero atoms. . A hetero atom such as a sulfur atom, an oxygen atom, or a nitrogen atom contained in the alkyl chain may be contained in plural or plural, and the number of hetero atoms contained is preferably 1 to 3. The alkyl chain containing heteroatoms such -CHOHCH 2 -, - CH 2 CHOHCH 2 -, - SCH 2 -, - SC 2 H 4 -, - SC 3 H 6 -, - OCH 2 -, - OC 2 H Four
-, - OC 3 H 6 - , - NHCH 2 -, - NHC 2 H 4 -, - NHC 3 H 6 -, - NHCH 2 CHCOOH -, - C 2 H 4 NHCO -, - C 2 H 4 NHCN-, -C 2 H 4 CHCOOH -, - SCH 2 CHCOOH -, - SC 2 H 4 CHCOOH -, - C 3 H 6 NHCH 2 CHCOOH -, - NHCHCOOHCH 2 -, and -CH 2 NHCHCOOHC 2 H 4 -, and the like .

Aが、硫黄原子を含むアルキル鎖の場合、光学活性環状アミノ酸としては、チオプロリン、3−チオモルフォリンカルボン酸、[1,4] チアゼパン−3−カルボン酸([1,4]thiazepane-3-carboxylic acid)等が挙げられる。Aが、酸素原子を含むアルキル鎖の場合、
光学活性アミノ酸としては、4−オキザゾリジンカルボン酸、3−モルフォリンカルボン酸等が挙げられる。Aが、窒素原子を複数含むアルキル鎖の場合、光学活性環状アミノ酸としては、ピペラジン−2−カルボン酸、が挙げられる。これら化合物の化学式を次に示す。
When A is an alkyl chain containing a sulfur atom, optically active cyclic amino acids include thioproline, 3-thiomorpholine carboxylic acid, [1,4] thiazepan-3-carboxylic acid ([1,4] thiazepane-3- carboxylic acid) and the like. When A is an alkyl chain containing an oxygen atom,
Examples of the optically active amino acid include 4-oxazolidine carboxylic acid, 3-morpholine carboxylic acid and the like. When A is an alkyl chain containing a plurality of nitrogen atoms, examples of the optically active cyclic amino acid include piperazine-2-carboxylic acid. The chemical formulas of these compounds are shown below.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

また、上記アルキル鎖または、へテロ原子を含むアルキル鎖の置換基としては、 反応に悪影響を与えない基であれば特に限定はないが、具体的には、アルキル基、 アリール基、アルコキシ基、カルボキシル基、ハロゲン基、シアノ基、アミノ基、 ニトロ基及びヒドロキシル基等が挙げられる。置換基を含む環状アミノ酸としては 例えばヒドロキシプロリン(hydroxyproline)、ヒドロキシピペコリン酸等があげら れる。これらの化学式を次に示す。     Further, the substituent of the alkyl chain or the alkyl chain containing a hetero atom is not particularly limited as long as it is a group that does not adversely influence the reaction. Specifically, an alkyl group, an aryl group, an alkoxy group, Examples include a carboxyl group, a halogen group, a cyano group, an amino group, a nitro group, and a hydroxyl group. Examples of the cyclic amino acid containing a substituent include hydroxyproline and hydroxypipecolic acid. These chemical formulas are shown below.

Figure 0004590981
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次に、本発明でいうN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼとは、例えばシュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)ATCC12633株由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼに代表される様に還元型ニコチンアミドアデニンヌクレオチド(NADH)または還元型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADPH)(以下、両者をまとめて「NAD(P)H」と略記することがある)を補酵素としてピルビン酸、フェニルピルビン酸等のαケト酸にメチルアミンを付加させてN−メチル−L−アラニン、N−メチル−L−フェニルアラニン等のN−メチル−L−アミノ酸を生成する酵素である(下記反応式参照)。   Next, the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase referred to in the present invention is, for example, reduced nicotinamide adenine nucleotide as represented by N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from Pseudomonas putida ATCC12633 strain. (NADH) or reduced nicotinamide adenine dinucleotide phosphate (NADPH) (hereinafter, both may be abbreviated as “NAD (P) H”) as a coenzyme, such as pyruvate, phenylpyruvate, and the like It is an enzyme that produces N-methyl-L-amino acids such as N-methyl-L-alanine and N-methyl-L-phenylalanine by adding methylamine to keto acid (see the following reaction formula).

Figure 0004590981
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本発明で用いるN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼとしては以下の理化学的性質を有するものを挙げることができる。
(A)作用:NADPHおよび/又はNADHを補酵素としてピルビン酸とアルキルアミン又はジアルキルアミンからN−アルキル−L−アラニンを生成する;
(B)基質特異性:アルキルアミン又はジアルキルアミンに対して活性を示すがアンモニアには活性を示さない;
(C)フェニルピルビン酸とメチルアミンとを基質とした場合の至適pHが10付近;及び、
(D)30℃で30分処理したときの酵素が安定であるpHが5〜10.5付近:
本発明のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼは、例えば、フェニルピルビン酸のようなジカルボニル基含有化合物と、NADPHおよび/又はNADHの存在下で、アンモニア、アルキルアミン及びジアルキルアミンを反応させ、反応性生物を解析して、デヒドロゲナーゼ活性の有無とその程度を検出するスクリーニングを行うことにより、取得することができる。
Examples of the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase used in the present invention include those having the following physicochemical properties.
(A) Action: N-alkyl-L-alanine is produced from pyruvate and alkylamine or dialkylamine using NADPH and / or NADH as a coenzyme;
(B) Substrate specificity: active against alkylamines or dialkylamines but not ammonia.
(C) the optimum pH when phenylpyruvic acid and methylamine are used as substrates is around 10; and
(D) The pH at which the enzyme is stable when treated at 30 ° C. for 30 minutes is around 5 to 10.5:
The N-methyl-L-amino acid dehydrogenase of the present invention reacts by reacting a compound containing a dicarbonyl group such as phenylpyruvic acid with ammonia, alkylamine and dialkylamine in the presence of NADPH and / or NADH. It can be obtained by analyzing sex organisms and performing screening to detect the presence and degree of dehydrogenase activity.

スクリーニングに当たっては、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有する微生物の培養物から増殖菌体、該菌体破砕物、又はこれから通常の操作により単離した粗酵素又は精製酵素を用いることができる。
加えて、酵素の安定なpHが5〜10.5付近である上で、至適pHが10付近となるといった特性を有することが上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの特性である。
In the screening, a proliferating microbial cell from the culture of a microorganism having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity, a crushed cell of the microbial cell, or a crude enzyme or a purified enzyme isolated therefrom by a normal operation can be used.
In addition, the characteristic of the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is that the enzyme has a stable pH of about 5 to 10.5 and an optimum pH of about 10.

上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼは、例えば、シュードモナス・プチダに属する微生物、特に好ましくは、シュードモナス・プチダATCC12633株より単離することができる。
上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの具体例としては、配列番号1に記載のアミノ酸配列で表されるポリペプチド、並びにそのホモログであってN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するものが挙げられる。
The above N-methyl-L-amino acid dehydrogenase can be isolated from, for example, a microorganism belonging to Pseudomonas putida, particularly preferably Pseudomonas putida ATCC12633.
Specific examples of the above-mentioned N-methyl-L-amino acid dehydrogenase include a polypeptide represented by the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and a homologue thereof having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity. Can be mentioned.

配列番号1に記載のアミノ酸配列で示されるN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの性質としては、上記(A)〜(D)で示される性質の他に以下のような特性も示す。
(E)Superose 12HR10/30(アマシャムバイオサイエンス社製)を用いたゲル濾過法分析により測定される分子量が約80〜93キロダルトンであり、SDS−ポリアクリルアミド電気泳動において、少なくとも約36キロダルトンと推定されるポリペプチドのバンドを示す。
As properties of the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase represented by the amino acid sequence described in SEQ ID NO: 1, in addition to the properties shown in the above (A) to (D), the following properties are also shown.
(E) The molecular weight measured by gel filtration analysis using Superose 12HR10 / 30 (manufactured by Amersham Biosciences) is about 80 to 93 kilodaltons, and at least about 36 kilodaltons in SDS-polyacrylamide electrophoresis. The estimated polypeptide band is shown.

(F)フェニルピルビン酸とメチルアミンを基質とした場合の活性測定による至適温度は35℃付近である。
(G)至適pH(フェニルピルビン酸とメチルアミンとを基質とした場合=pH10)において30分処理したときの熱安定性は、約30℃未満である。
(H)ピルビン酸だけでなく、少なくとも2−ケトヘキサン酸、フェニルピルビン酸、2−オキソ酪酸、β―フルオロピルビン酸、2−ケト−n−吉草酸にも活性を示す。
(F) The optimum temperature by activity measurement when phenylpyruvic acid and methylamine are used as substrates is around 35 ° C.
(G) The thermal stability when treated for 30 minutes at an optimum pH (when phenylpyruvic acid and methylamine are used as substrates = pH 10) is less than about 30 ° C.
(H) Not only pyruvic acid but also at least 2-ketohexanoic acid, phenylpyruvic acid, 2-oxobutyric acid, β-fluoropyruvic acid, 2-keto-n-valeric acid.

(I)0.01mMの塩化水銀(HgCl2)及び0.01mMの塩化銅(CuCl2)といった2価の重金属によって活性が阻害される。
上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼのホモログとしては、 配列番号1 で表されるアミノ酸配列において1から複数個(好ましくは1〜20個、より好ましくは1〜15個、さらに好ましくは1〜10個、さらに好ましくは1〜7個、特に好ましくは1〜5個程度)のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列を有し、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチド;又は
配列番号1で表されるアミノ酸配列と50%以上、好ましくは60%以上、より好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、さらに好ましくは90%以上、さらに好ましくは95%以上、特に好ましくは97%以上の相同性を有し、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチド;が挙げられる。
(I) The activity is inhibited by divalent heavy metals such as 0.01 mM mercury chloride (HgCl 2 ) and 0.01 mM copper chloride (CuCl 2 ).
As a homologue of the above N-methyl-L-amino acid dehydrogenase, one to plural (preferably 1 to 20, more preferably 1 to 15, more preferably 1 to 1) in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 (10, more preferably 1 to 7, particularly preferably about 1 to 5 amino acids) are deleted, substituted and / or added and have N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity. Polypeptide; or the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and 50% or more, preferably 60% or more, more preferably 70% or more, more preferably 80% or more, still more preferably 90% or more, more preferably 95% Or more, particularly preferably a polypeptide having 97% or more homology and having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity; Can be mentioned.

尚、上記ポリペプチドのホモロジー検索は、例えば、DNA Databank of JAPAN(DDBJ)を
対象に、FASTA programやBLAST programなどを用いて行うことができる。
また、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性とは、NAD(P)H等を酸化還元反応に関する補酵素として、ピルビン酸、フェニルピルビン酸等のαケト酸にメチルアミンを付加させて、N−メチル−L−アラニン、N−メチル−L−フェニルアラニン等のN−メチル−L−アミノ酸を合成する活性をいう。
The homology search for the above polypeptide can be performed using, for example, the FASTA program, BLAST program, etc. for DNA Databank of JAPAN (DDBJ).
Further, N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity means that NAD (P) H or the like is used as a coenzyme for redox reaction, methylamine is added to α-keto acid such as pyruvic acid, phenylpyruvic acid, etc. The activity of synthesizing N-methyl-L-amino acids such as methyl-L-alanine and N-methyl-L-phenylalanine.

上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの取得方法としては、上述したようN−メチル−L−アミノ酸にデヒドロゲナーゼ活性を有する微生物の培養物から単離・精製する方法のほか、後述するように上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼのアミノ酸配列の一部又は全部をコードする塩基配列を元にして作成したプローブを用いることにより、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有する任意の微生物からN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAを単離した後、それを元に遺伝子工学的手法を用いて得ることができる。   As a method for obtaining the above-mentioned N-methyl-L-amino acid dehydrogenase, as described above, in addition to the method of isolating and purifying from a culture of a microorganism having dehydrogenase activity in N-methyl-L-amino acid, N-methyl-L-amino acid dehydrogenase from any microorganism having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity by using a probe prepared based on a base sequence encoding part or all of the amino acid sequence of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase -After isolating DNA encoding methyl-L-amino acid dehydrogenase, it can be obtained using genetic engineering techniques.

あるいは、上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼは、Fmoc法(フルオレニ
ルメチルオキシカルボニル法)、tBoc法(t−ブチルオキシカルボニル法)等の化学合成法によっても製造することができる。また、桑和貿易(米国Advanced Chem Tech社製)、パーキンエルマージャバン(米国Perkin Elmer社製)、アマシャムファルマシアバイオテク(Amersham Pharmacia Biotech社製)、アロカ(米国Protein Technology Instrument社製)、クラ
ボウ(米国Synthecell-Vega社製)、日本パーセプティブ・リミテッド(米国PerSeptive社製)、島津製作所等のペプチド合成機を利用して化学合成することもできる。
Alternatively, the above N-methyl-L-amino acid dehydrogenase can also be produced by a chemical synthesis method such as the Fmoc method (fluorenylmethyloxycarbonyl method) or the tBoc method (t-butyloxycarbonyl method). Also, Kuwawa Trading (US Advanced Chem Tech), Perkin Elmer Jaban (US Perkin Elmer), Amersham Pharmacia Biotech (Amersham Pharmacia Biotech), Aloka (US Protein Technology Instrument), Kurabo (US Synthecell) -Vega), Nippon Perceptive Limited (US PerSeptive), Shimadzu Corporation and other peptide synthesizers can be used for chemical synthesis.

本発明の製造方法において、1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を還元する際に用いる細胞としては、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを持つ微生物であればいずれを用いても構わない。望ましくはN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAで形質転換した微生物がよい。
上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAとしては、例えば、配列番号2で表される塩基配列を含むものが挙げられる。
In the production method of the present invention, any microorganism can be used as a cell used for reducing a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position as long as it is a microorganism having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase. A microorganism transformed with DNA encoding N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is desirable.
As DNA which codes said N-methyl-L-amino acid dehydrogenase, what contains the base sequence represented by sequence number 2 is mentioned, for example.

上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAのホモログとしては、配列番号2で表される塩基配列において1から複数個(好ましくは1〜60個、より好ましくは1〜30個、さらに好ましくは1〜20個、さらに好ましくは1〜10個、特に好ましくは1〜5個程度)の塩基が欠失、置換及び/又は付加された塩基配列を有し、デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNA、又は、配列番号2で表される塩基配列を有するDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするDNAが
挙げられる。
As a homologue of DNA encoding the above-mentioned N-methyl-L-amino acid dehydrogenase, one to plural (preferably 1 to 60, more preferably 1 to 30, more preferably 1) in the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 A polypeptide having a dehydrogenase activity, preferably having 1-20 bases, more preferably 1-10 bases, particularly preferably about 1-5 bases deleted or substituted and / or added. Examples include DNA that encodes or encodes a polypeptide that hybridizes with a DNA having the base sequence represented by SEQ ID NO: 2 under stringent conditions and has N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity.

当業者であれば、配列番号2に記載のDNAに部位特異的変異導入法(Nucleic
Acid Res.10,pp.6487(1982)、Methods in Enzymol.100,pp.448(1983)、Molecular Cloning
2nd Edt.、Cold Spring Harbor Laboratory Press(1989)(以下、"モレキュラークローニング第2版" と略す)、PCR − A Practical Approach IRL Press pp.200(1991))等を用いて適宜置換、欠失、挿入及び/または付加変異を導入することにより所望のホモログを得ることが可能である。
Those skilled in the art will be able to introduce site-directed mutagenesis (Nucleic) into the DNA described in SEQ ID NO: 2.
Acid Res. 10, pp. 6487 (1982), Methods in Enzymol. 100, pp. 448 (1983), Molecular Cloning
2nd Edt. Cold Spring Harbor Laboratory Press (1989) (hereinafter abbreviated as “Molecular Cloning Second Edition”), PCR-A Practical Approch IRL Press pp. 200 (1991)) or the like, and a desired homolog can be obtained by appropriately introducing substitution, deletion, insertion and / or addition mutation.

本明細書において「ストリンジェントな条件下でハイブリダイズするDNA」とは、DNAをプローブとして使用し、コロニーハイブリダイゼーション法、プラークハイブリダイゼーション法、あるいはサザンブロットハイブリダイゼーション法等を用いることにより得られるDNAの塩基配列を意味し、例えば、コロニーあるいはプラーク由来のDNAまたは該DNAの断片を固定化したフィルターを用いて、0.7〜1.0MのNaCl存在下65℃でハイブリダイゼーションを行った後、0.1〜2×SSC溶液(1×SSCの組成は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウム)を用い、65℃条件下でフィルターを洗浄することにより同定できるDNA等を挙げることができる。   In the present specification, “DNA that hybridizes under stringent conditions” means DNA obtained by using a DNA as a probe and using a colony hybridization method, a plaque hybridization method, a Southern blot hybridization method, or the like. After performing hybridization at 65 ° C. in the presence of 0.7 to 1.0 M NaCl using, for example, a colony or plaque-derived DNA or a filter on which the DNA fragment is immobilized, Examples include DNA that can be identified by washing the filter under a condition of 65 ° C. using a 0.1 to 2 × SSC solution (the composition of 1 × SSC is 150 mM sodium chloride, 15 mM sodium citrate).

ハイブリダイゼーションは、モレキュラークローニング第2版等に記載されている方法に準じて行うことができる。
上記したDNAのホモログとしては、配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するポリペプチドと60%以上、好ましくは70%以上、より好ましくは80%以上、特に好ましくは90%以上の相同性を有し、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチドをコードするものが挙げられる。
Hybridization can be performed according to the method described in Molecular Cloning 2nd edition.
The DNA homolog described above has 60% or more, preferably 70% or more, more preferably 80% or more, particularly preferably 90% or more homology with the polypeptide having the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1. And those encoding a polypeptide having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity.

上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAは、例えば、以下のような方法によって単離することができる。
まず、上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを精製後、N末端アミノ酸配列を解析し、さらに、染色体DNAからPCR法を用いたクローニング等の通常の遺伝子工学的解析手法を用いて、目的とするN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードする遺伝子を単離し、その塩基配列を解析することができる。また、本発明により、その塩基配列が明らかになったため、当該塩基配列を元にプライマーを設定し、目的とする遺伝子をクローニングすることもできるし、DNA合成装置により合成することもできる。
The DNA encoding the above N-methyl-L-amino acid dehydrogenase can be isolated by, for example, the following method.
First, after purifying the above-mentioned N-methyl-L-amino acid dehydrogenase, the N-terminal amino acid sequence is analyzed, and further, using ordinary genetic engineering analysis techniques such as cloning from chromosomal DNA using the PCR method, A gene encoding N-methyl-L-amino acid dehydrogenase can be isolated and the base sequence thereof can be analyzed. Moreover, since the base sequence has been clarified by the present invention, a primer can be set based on the base sequence, and the target gene can be cloned, or can be synthesized by a DNA synthesizer.

上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAは、後述するとおり、公知の発現ベクターに挿入することにより、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ発現ベクターを提供することができる。また、この発現ベクターで形質転換した形質転換体を培養することにより、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを該形質転換体から得ることができる。   As described later, the DNA encoding the above-mentioned N-methyl-L-amino acid dehydrogenase can be inserted into a known expression vector to provide an N-methyl-L-amino acid dehydrogenase expression vector. Further, N-methyl-L-amino acid dehydrogenase can be obtained from the transformant by culturing the transformant transformed with the expression vector.

上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAを発現させるための形質転換の対象となる微生物としては、宿主自体が本反応に悪影響を与えない限り特に限定されることはなく、具体的には以下に示すような微生物を挙げることができる。
エシェリヒア(Escherichia)属、バチルス(Bacillus)属、シュードモナス(Pseudomonas)属、セラチア(Serratia)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属、ストレプトコッカス(Streptococcus)属、ラクトバチルス(Lactobacillus)属など宿主ベクター系の開発されている細菌;
ロドコッカス(Rhodococcus)属、ストレプトマイセス(Streptomyces)属など宿主ベクタ
ー系の開発されている放線菌;
サッカロマイセス(Saccharomyces)属、クライベロマイセス(Kluyveromyces)属、シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属、チゴサッカロマイセス(Zygosaccharomyces)属、ヤロウイア(Yarrowia)属、トリコスポロン(Trichosporon)属、ロドスポリジウム(Rhodosporidium)属、ハンゼヌラ(Hansenula)属、ピキア(Pichia)属、キャンディダ(Candida)属などの宿主ベクター系の開発されている酵母;
ノイロスポラ(Neurospora)属、アスペルギルス(Aspergillus)属、セファロスポリウム(Cephalosporium)属、トリコデルマ(Trichoderma)属などの宿主ベクター系の開発されているカビ。
The microorganism to be transformed for expressing the DNA encoding the above N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is not particularly limited as long as the host itself does not adversely affect this reaction. Examples of the microorganism include the following microorganisms.
Escherichia, Bacillus, Pseudomonas, Serratia, Brevibacterium, Corynebacterium, Streptococcus, Lactobacillus Bacteria for which host vector systems have been developed, such as genera;
Actinomycetes for which host vector systems have been developed, such as the genus Rhodococcus and the genus Streptomyces;
The genus Saccharomyces, the genus Kluyveromyces, the genus Schizosaccharomyces, the genus Zygosaccharomyces, the genus Yarrowia, the genus Trichosporon, the genus Yeasts for which host vector systems such as Hansenula, Pichia, and Candida have been developed;
Molds for which host vector systems such as Neurospora genus, Aspergillus genus, Cephalosporium genus and Trichoderma genus have been developed.

上記微生物の中で宿主として好ましくは、エシェリヒア(Escherichia)属、バチルス(Bacillus)属、ブレビバクテリウム(Brevibacterium)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属であり、特に好ましくは、エシェリヒア(Escherichia)属、コリネバクテリウム(Corynebacterium)属である。
形質転換体の作製のための手順および宿主に適合した組み換えベクターの構築は、分子生物学、生物工学、遺伝子工学の分野において慣用されている技術に準じて行うことができる(例えば、モレキュラークローニング第2版などを参照)。
Among the microorganisms, the host is preferably the genus Escherichia, the genus Bacillus, the genus Brevibacterium, the genus Corynebacterium, particularly preferably the genus Escherichia, It belongs to the genus Corynebacterium.
The procedure for producing a transformant and the construction of a recombinant vector suitable for the host can be carried out according to techniques commonly used in the fields of molecular biology, biotechnology, and genetic engineering (for example, molecular cloning procedures). (See 2nd edition).

具体的には、微生物等の細胞中において安定に存在するプラスミドベクターやファージベクター中に上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAを導入するか、もしくは、上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAを染色体上に組み込むことによって直接宿主ゲノム中に導入することにより細胞に形質転換し、そのDNAを細胞中で発現させることができる。   Specifically, DNA encoding the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is introduced into a plasmid vector or phage vector that is stably present in a cell such as a microorganism, or the above N-methyl-L A DNA encoding an amino acid dehydrogenase can be transformed into a cell by introducing it directly into the host genome by integrating it into the chromosome, and the DNA can be expressed in the cell.

このとき、プロモーターを本発明のDNA鎖の5'−側上流に、より好ましくはターミ
ネーターを3'−側下流にそれぞれ組み込むことが好ましい。本発明で用いることができ
るプロモーター及びターミネーターとしては、宿主として利用する微生物中において機能することが知られているプロモーター及びターミネーターであれば特に限定されず、これら各種微生物において利用可能なベクター、プロモーター及びターミネーターなどに関しては、例えば「微生物学基礎講座8遺伝子工学・共立出版」、特に酵母に関しては、Adv.
Biochem. Eng. 43, 75-102 (1990)、Yeast 8, 423-488(1992)、などに詳細に記述されている。
At this time, it is preferable to incorporate a promoter upstream of the 5′-side of the DNA strand of the present invention, and more preferably a terminator downstream of the 3′-side. The promoter and terminator that can be used in the present invention are not particularly limited as long as the promoter and terminator are known to function in microorganisms used as hosts, and vectors, promoters, and promoters that can be used in these various microorganisms. Regarding terminators and the like, for example, “Basic Course of Microbiology 8 Genetic Engineering / Kyoritsu Publishing”, especially regarding yeast, Adv.
Biochem. Eng. 43, 75-102 (1990), Yeast 8, 423-488 (1992), and the like.

具体的には、例えばエシェリヒア属、特に大腸菌エシェリヒア・コリ(Escherichia coli)においては、プラスミドベクターとしては、pBR、pUC系プラスミドが挙げられ、lac(β-ガラクトシダーゼ)、trp(トリプトファンオペロン)、tac、 trc (lac、trpの融合)、λ ファージ PL、PRなどに由来するプロモーターなどが挙げられる。また、ターミネータ
ーとしては、trpA由来、ファージ由来、rrnBリボソーマルRNA由来のターミネーターなどが挙げられる。
Specifically, for example, in the genus Escherichia, particularly Escherichia coli, plasmid vectors include pBR and pUC plasmids, such as lac (β-galactosidase), trp (tryptophan operon), tac, Examples include promoters derived from trc (lac and trp fusion), λ phage PL, PR and the like. Examples of the terminator include trpA-derived, phage-derived, and rrnB ribosomal RNA-derived terminators.

バチルス属においては、ベクターとしては、pUB110系プラスミド、pC194系プラスミド
などを挙げることができ、また、染色体にインテグレートすることもできる。プロモーター及びターミネーターとしては、アルカリプロテアーゼ、中性プロテアーゼ、α−アミラーゼ等の酵素遺伝子のプロモーターやターミネーターなどが利用できる。
シュードモナス属においては、ベクターとしては、シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)、シュードモナス・セパシア(Pseudomonas cepacia)などで開発されている一
般的な宿主ベクター系や、トルエン化合物の分解に関与するプラスミドTOLプラスミドを
基本にした広宿主域ベクター(RSF1010などに由来する自律的複製に必要な遺伝子を含む
)pKT240を挙げることができる。
In the genus Bacillus, examples of the vector include a pUB110 series plasmid, a pC194 series plasmid, and the like, and they can be integrated into a chromosome. As the promoter and terminator, promoters and terminators of enzyme genes such as alkaline protease, neutral protease, α-amylase and the like can be used.
In the genus Pseudomonas, the vector is based on the general host vector system developed by Pseudomonas putida, Pseudomonas cepacia, etc., or the plasmid TOL plasmid involved in the degradation of toluene compounds. And a broad host range vector (including genes necessary for autonomous replication derived from RSF1010) pKT240.

ブレビバクテリウム属、特にブレビバクテリウム・ラクトファーメンタム(Brevibacterium lactofermentum)においては、ベクターとしては、pAJ43(Gene 39, 281 (1985))など
のプラスミドベクターを挙げることができる。プロモーター及びターミネーターとしては、大腸菌で使用されている各種プロモーター及びターミネーターが利用可能である。
コリネバクテリウム属、特にコリネバクテリウム・グルタミカム(Corynebacterium glutamicum)においては、ベクターとしては、pCS11(特開昭57-183799号公報)、pCB101(Mol. Gen. Genet. 196, 175 (1984)などのプラスミドベクターが挙げられる。
In the genus Brevibacterium, particularly Brevibacterium lactofermentum, examples of the vector include plasmid vectors such as pAJ43 (Gene 39, 281 (1985)). As the promoter and terminator, various promoters and terminators used in E. coli can be used.
In the genus Corynebacterium, particularly Corynebacterium glutamicum, vectors include pCS11 (Japanese Patent Laid-Open No. 57-183799), pCB101 (Mol. Gen. Genet. 196, 175 (1984), etc. A plasmid vector is mentioned.

サッカロマイセス(Saccharomyces)属、特にサッカロマイセス・セレビシエ(Saccharomyces cerevisiae) においては、ベクターとしては、YRp系、YEp系、YCp系、YIp系プラス
ミドが挙げられる。また、アルコール脱水素酵素、グリセルアルデヒド−3−リン酸脱水素酵素、酸性フォスファターゼ、β−ガラクトシダーゼ、ホスホグリセレートキナーゼ、エノラーゼといった各種酵素遺伝子のプロモーター、ターミネーターが利用可能である。
In the genus Saccharomyces, particularly Saccharomyces cerevisiae, vectors include YRp, YEp, YCp, and YIp plasmids. In addition, promoters and terminators of various enzyme genes such as alcohol dehydrogenase, glyceraldehyde-3-phosphate dehydrogenase, acid phosphatase, β-galactosidase, phosphoglycerate kinase, and enolase can be used.

シゾサッカロマイセス(Schizosaccharomyces)属においては、ベクターとしては、Mol. Cell. Biol. 6, 80 (1986)に記載のシゾサッカロマイセス・ポンベ由来のプラスミドベクターを挙げることができる。特に、pAUR224は、宝酒造から市販されており容易に利用で
きる。
アスペルギルス(Aspergillus)属においては、アスペルギルス・ニガー(Aspergillus niger) 、アスペルギルス・オリジー (Aspergillus oryzae) などがカビの中で最もよく研
究されており、プラスミドや染色体へのインテグレーションが利用可能であり、菌体外プロテアーゼやアミラーゼ由来のプロモーターが利用可能である(Trends in Biotechnology 7, 283-287 (1989))。
In the genus Schizosaccharomyces, examples of the vector include a plasmid vector derived from Schizosaccharomyces pombe described in Mol. Cell. Biol. 6, 80 (1986). In particular, pAUR224 is commercially available from Takara Shuzo and can be easily used.
In the genus Aspergillus, Aspergillus niger and Aspergillus oryzae are the most studied among molds, and integration into plasmids and chromosomes is available. Promoters derived from external proteases or amylases are available (Trends in Biotechnology 7, 283-287 (1989)).

また、上記以外でも、各種微生物に応じた宿主ベクター系が開発されており、それらを適宜使用することができる。
また、微生物以外でも、植物、動物において様々な宿主・ベクター系が開発されており、特に蚕を用いた昆虫(Nature 315, 592-594 (1985))や菜種、トウモロコシ、ジャガイモなどの植物中に大量に異種タンパク質を発現させる系及び大腸菌無細胞抽出液や小麦胚芽などの無細胞タンパク質合成系を用いた系が開発されており、好適に利用できる。
In addition to the above, host vector systems corresponding to various microorganisms have been developed and can be used as appropriate.
In addition to microorganisms, various host and vector systems have been developed in plants and animals, especially in insects using moths (Nature 315, 592-594 (1985)), rapeseed, corn, potatoes and other plants. A system that expresses a heterogeneous protein in large quantities and a system that uses a cell-free protein synthesis system such as an E. coli cell-free extract or wheat germ have been developed and can be suitably used.

上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAを有する形質転換体を培養し、培養物から公知の方法で上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを単離精製することができる。
上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAを有する形質転換体を培養する方法は、宿主の培養に用いられる通常の方法に従って行うことができる。
A transformant having a DNA encoding the above N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is cultured, and the above N-methyl-L-amino acid dehydrogenase can be isolated and purified from the culture by a known method.
The method for culturing a transformant having a DNA encoding the above N-methyl-L-amino acid dehydrogenase can be performed according to a usual method used for culturing a host.

本発明で用いる形質転換体が大腸菌等の原核生物、酵母菌等の真核生物である場合、これら微生物を培養する培地は、該微生物が資化し得る炭素源、窒素源、無機塩類等を含有し、形質転換体の培養を効率的に行える培地であれば天然培地、合成培地のいずれでもよい。培養は、振盪培養または深部通気撹拌培養などの好気的条件下で行うことが好ましく、培養温度は通常15〜40℃であり、培養時間は、通常16時間〜7日間である。培養中pHは、3.0〜9.0に保持する。pHの調整は、無機あるいは有機の酸、アルカリ溶液、尿素、炭酸カルシウム、アンモニアなどを用いて行う。また培養中必要に応じて、アンピシリンやテトラサイクリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。   When the transformant used in the present invention is a prokaryote such as Escherichia coli or a eukaryote such as yeast, the medium for culturing these microorganisms contains a carbon source, a nitrogen source, inorganic salts and the like that can be assimilated by the microorganism. As long as the medium can efficiently culture the transformant, either a natural medium or a synthetic medium may be used. The culture is preferably performed under aerobic conditions such as shaking culture or deep aeration and agitation culture, the culture temperature is usually 15 to 40 ° C., and the culture time is usually 16 hours to 7 days. During the culture, the pH is maintained at 3.0 to 9.0. The pH is adjusted using an inorganic or organic acid, an alkaline solution, urea, calcium carbonate, ammonia or the like. Moreover, you may add antibiotics, such as an ampicillin and tetracycline, to a culture medium as needed during culture | cultivation.

動物細胞を宿主細胞として得られた形質転換体を培養する培地としては、一般に使用されているRPM11640培地〔The Journal of the American Medical Association,199,519(1967)〕、EagleのMEM培地〔Science, 122, 501(1952)〕、DMEM培地〔Virology, 8, 396(195
9)〕、199培地〔Proceeding of the Society for the Biological Medicine, 73, 1(1950)〕またはこれら培地に牛胎児血清等を添加した培地等が用いられる。培養は、通常pH
6〜8、30〜40℃、5%CO2存在下等の条件下で1〜7日間行う。また、培養中必
要に応じて、カナマイシン、ペニシリン等の抗生物質を培地に添加してもよい。
As a medium for culturing a transformant obtained using an animal cell as a host cell, a commonly used RPM11640 medium (The Journal of the American Medical Association, 199, 519 (1967)), Eagle's MEM medium (Science, 122, 501 (1952)), DMEM medium (Virology, 8, 396 (195
9)], 199 medium [Proceeding of the Society for the Biological Medicine, 73, 1 (1950)] or a medium obtained by adding fetal calf serum or the like to these mediums. Culture is usually at pH
It is performed for 1 to 7 days under conditions such as 6 to 8, 30 to 40 ° C. and 5% CO 2 . Moreover, you may add antibiotics, such as kanamycin and penicillin, to a culture medium as needed during culture | cultivation.

形質転換体の培養物から、上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを単離精製するには、通常のタンパク質の単離、精製法を用いればよい。
例えば、上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼが、細胞内に溶解状態で発現した場合には、培養終了後、細胞を遠心分離により回収し水系緩衝液に懸濁後、超音波破砕機、フレンチプレス、マントンガウリンホモゲナイザー、ダイノミル等により細胞を破砕し、無細胞抽出液を得る。該無細胞抽出液を遠心分離することにより得られた上清から、通常のタンパク質の単離精製法、即ち、溶媒抽出法、硫安等による塩析法、脱塩法、有機溶媒による沈殿法、ジエチルアミノエチル(DEAE)セファロース、DIAION HPA-75(三菱化学社製)等レジンを用いた陰イオン交換クロマトグラフィー法、S-Sepharose FF(ファルマシア社製)等のレジンを用いた陽イオン交換クロマトグラフィー法、ブチルセファロー
ス、フェニルセファロース等のレジンを用いた疎水性クロマトグラフィー法、分子篩を用いたゲルろ過法、アフィニティークロマトグラフィ一法、クロマトフォーカシング法、等電点電気泳動等の電気泳動法等の手法を単独あるいは組み合わせて用い、精製標品を得ることができる。
In order to isolate and purify the above-mentioned N-methyl-L-amino acid dehydrogenase from the transformant culture, ordinary protein isolation and purification methods may be used.
For example, when the above-mentioned N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is expressed in a dissolved state in the cells, after completion of the culture, the cells are collected by centrifugation and suspended in an aqueous buffer, A cell-free extract is obtained by crushing cells with a French press, a Menton Gaurin homogenizer, Dynomill or the like. From the supernatant obtained by centrifuging the cell-free extract, an ordinary protein isolation and purification method, that is, a solvent extraction method, a salting-out method using ammonium sulfate, a desalting method, a precipitation method using an organic solvent, Anion exchange chromatography using resin such as diethylaminoethyl (DEAE) Sepharose, DIAION HPA-75 (manufactured by Mitsubishi Chemical), Cation exchange chromatography using resin such as S-Sepharose FF (Pharmacia) Hydrophobic chromatography using resins such as butyl sepharose and phenyl sepharose, gel filtration using molecular sieve, affinity chromatography, chromatofocusing, electrophoresis methods such as isoelectric focusing etc. Alternatively, it can be used in combination to obtain a purified preparation.

また、上記のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼが細胞内に不溶体を形成して発現した場合は、同様に細胞を回収後破砕し、遠心分離を行うことにより得られた沈殿画分より、通常の方法により該N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを回収後、該N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの不溶体をタンパク質変性剤で可溶化する。該可溶化液を、タンパク質変性剤を含まないあるいはタンパク質変性剤の濃度がN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼが変性しない程度に希薄な溶液に希釈、あるいは透析し、該N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを正常な立体構造に構成させた後、上記と同様の単離精製法により精製標品を得ることができる。   In addition, when the above N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is expressed by forming an insoluble substance in the cell, similarly, the cell is recovered and then crushed, and from the precipitate fraction obtained by centrifugation, After recovering the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase by an ordinary method, the insoluble form of the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is solubilized with a protein denaturant. The solubilized solution is diluted or dialyzed into a dilute solution that does not contain a protein denaturant or does not denature N-methyl-L-amino acid dehydrogenase at the concentration of the protein denaturant, and the N-methyl-L-amino acid. After dehydrogenase is configured in a normal three-dimensional structure, a purified sample can be obtained by the same isolation and purification method as described above.

形質転換体を作用させるに当たっては、該形質転換体をそのまま、該形質転換体をアセトン、DMSO、トルエン等の有機溶媒や界面活性剤により処理したもの、凍結乾燥処理したもの、物理的または酵素的に破砕したもの等の菌体処理物、該形質転換体中の本発明の酵素画分を粗製物あるいは精製物として取り出したもの、さらには、これらをポリアクリルアミドゲル、カラギーナンゲル等に代表される担体に固定化したものを用いることができる。 When the transformant is allowed to act, the transformant is treated as it is with an organic solvent such as acetone, DMSO, toluene or a surfactant, freeze-dried, physical or enzymatic. Treated with bacterial cells such as those crushed into pieces, those obtained by removing the enzyme fraction of the present invention in the transformant as a crude product or a purified product, and further represented by polyacrylamide gel, carrageenan gel, etc. Those immobilized on a carrier can be used.

N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを用いて還元すべき、環状アミノ酸生成反応の基質である下記一般式(I)   The following general formula (I), which is a substrate for cyclic amino acid production reaction to be reduced using N-methyl-L-amino acid dehydrogenase

Figure 0004590981
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表される1位に二重結合をもつ環状アミノ酸は、いかなる手段によって製造されたものも使用することが出来る。
たとえば対応するジアミノ酸やラセミ体の環状アミノ酸から生物学的、あるいは化学的
に導くことが出来る。
ジアミノ酸から導く場合、下記反応式のとおり、ジアミノ酸のα位のアミノ基をケト基に変換しαケト酸が生成させれば、該αケト酸は非酵素的脱水閉環が起こり1位に二重結合をもつ環状アミノ酸となる。なお、下記反応式中、Aは前記と同義である。
As the cyclic amino acid having a double bond at the 1-position represented by the formula (wherein A is as defined above), those produced by any means can be used.
For example, it can be derived biologically or chemically from the corresponding diamino acid or racemic cyclic amino acid.
When derived from a diamino acid, as shown in the following reaction formula, if the α-position amino group of the diamino acid is converted to a keto group to form an α-keto acid, the α-keto acid undergoes non-enzymatic dehydration and ring closure at the 1-position. It becomes a cyclic amino acid having a double bond. In the following reaction formula, A has the same meaning as described above.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

通常、該αケト酸と1位に二重結合をもつ環状アミノ酸は水溶液中で平衡混合物として存在するので、これらのものは等価のものと見なされる。すなわち、本発明の反応系中には1位に二重結合をもつ環状アミノ酸そのもの、あるいは該αケト酸と1位に二重結合をもつ環状アミノ酸の混合物、あるいは該αケト酸を添加、あるいは含有することが出来、これらいずれの態様も本発明に包含される。   Usually, the α-keto acid and a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position are present as an equilibrated mixture in an aqueous solution, and therefore these are regarded as equivalent. That is, in the reaction system of the present invention, a cyclic amino acid itself having a double bond at the 1-position, a mixture of the α-keto acid and a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position, or the α-keto acid is added, or Any of these embodiments is included in the present invention.

上記反応を触媒するものとしては、ジアミノ酸のα位のアミノ基をケト基に変換しαケト酸が生成する事の出来る触媒であれば特に限られないが、具体的にはアミノ酸オキシダーゼ(D-amino acid oxidase, L-amino acid oxidase)、アミノ酸デヒドロゲナーゼ(D-amino acid dehydrogenase, L-amino acid dehydrogenase)やアミノ酸トランスフェラーゼ(D-amino acid aminotransferase, L-amino acid aminotransferase)などの酵素があげられる。   The catalyst for the above reaction is not particularly limited as long as it is a catalyst capable of converting the amino group at the α-position of the diamino acid into a keto group to produce α-keto acid. Specifically, the amino acid oxidase (D Examples include enzymes such as -amino acid oxidase, L-amino acid oxidase), amino acid dehydrogenase (D-amino acid dehydrogenase), and amino acid transferase (D-amino acid aminotransferase, L-amino acid aminotransferase).

これらの中で、基質特異性の広い酵素が好ましい。具体的にはEnzyme and Microbial Technology vol.31(2002) p77-87に記載されているL−アミノ酸オキシダーゼ、シグマ社
製のD−アミノ酸オキシダーゼなどがあげられる。
用いられるアミノ酸オキシダーゼ、アミノ酸デヒドロゲナーゼやアミノ酸トランスフェラーゼは、ジアミノ酸にのみ反応するものであり、かつ本反応で用いられる補酵素に対応するものを使用できると補酵素の再生システムの代替ともなり好ましい。すなわち、本反応の還元反応において、補酵素としてNAD(P)Hを用いた場合、NAD(P)Hは本反応の還元化に伴い酸化型ニコチンアミドアデニンヌクレオチド(NAD+)または酸化
型ニコチンアミドアデニンジヌクレオチドリン酸(NADP+)(両者をまとめて「NA
D(P)+」と略記することがある)となるが、一方で、ジアミノ酸類から1位に二重結
合をもつ環状アミノ酸を製造するに当たり、このNAD(P)+を利用してNAD(P)
Hへ変換することとなる。
Of these, enzymes with wide substrate specificity are preferred. Specific examples include L-amino acid oxidase described in Enzyme and Microbial Technology vol.31 (2002) p77-87, and D-amino acid oxidase manufactured by Sigma.
The amino acid oxidase, amino acid dehydrogenase and amino acid transferase used are those that react only with diamino acids, and those corresponding to the coenzyme used in this reaction can be used as an alternative to the coenzyme regeneration system. That is, when NAD (P) H is used as a coenzyme in the reduction reaction of this reaction, NAD (P) H is converted to oxidized nicotinamide adenine nucleotide (NAD + ) or oxidized nicotinamide in accordance with the reduction of this reaction. Adenine dinucleotide phosphate (NADP + )
D (P) + ”, which is sometimes abbreviated as“ (D (P) + ”). On the other hand, in producing a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position from diamino acids, NAD (P) + is used to produce NAD (P P)
It will be converted to H.

またラセミ体の環状アミノ酸化合物から1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を導く場合、最終的に生成する光学活性環状アミノ酸と光学活性が異なる環状アミノ酸を選択的に酸化し1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を生成する反応を用いるか、あるいは全てを1位に二重結合をもつ環状アミノ酸に導く反応を用いる事ができる。
すなわち下記反応式に説明されるように所望の光学活性環状アミノ酸すなわちL体の環状アミノ酸はそのままに残し、所望とは反対の光学活性体すなわちD体を1位に二重結合をもつ環状アミノ酸に変換しこれを本発明のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを用いて還元する方法、あるいは全てを1位に二重結合をもつ環状アミノ酸に変換させた後にそれを単離して次の還元反応に用いることも出来る。なお、下記反応中、Aは前記と同義である。
In addition, when a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position is derived from a racemic cyclic amino acid compound, a cyclic amino acid having a different optical activity from the optically active cyclic amino acid that is finally produced is selectively oxidized to form a double bond at the 1-position. It is possible to use a reaction that generates a cyclic amino acid having or a reaction that leads all to a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position.
That is, as described in the following reaction formula, the desired optically active cyclic amino acid, that is, the L-form cyclic amino acid is left as it is, and the opposite optically active form, that is, the D-form, is converted into a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position. A method of converting and reducing this using the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase of the present invention, or by converting all of them to a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position and isolating it for the next reduction reaction. It can also be used. In the following reaction, A has the same meaning as described above.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

D体の光学活性体を1位に二重結合をもつ環状アミノ酸に変換する触媒としては、その活性を有するものであれば特に限定はされないが、酵素が好ましく用いられる。酵素としては、例えばD−アミノ酸オキシダーゼ(D-amino acid oxidase)、 D−アミノ酸デヒ
ドロゲナーゼ(D-amino acid dehydrogenase)、D−アミノ酸アミノトランスフェラーゼ(D-amino acid aminotransferase)などが挙げられる。
The catalyst for converting the optically active form of D form into a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position is not particularly limited as long as it has the activity, but an enzyme is preferably used. Examples of the enzyme include D-amino acid oxidase, D-amino acid dehydrogenase, and D-amino acid aminotransferase.

これらの中で、は基質特異性の広い酵素が好ましい。具体的にはシグマ社製のD−アミノ酸オキシダーゼなどがあげられる。
用いられるアミノ酸オキシダーゼ、アミノ酸デヒドロゲナーゼやアミノ酸トランスフェラーゼは、D体の光学活性体を1位に二重結合をもつ環状アミノ酸にのみ反応するものであり、かつ本反応で用いられる補酵素に対応するものを使用できると補酵素の再生システムの代替ともなり好ましい。すなわち、本反応の還元反応において、補酵素としてNAD(P)Hを用いた場合、NAD(P)Hは本反応の還元化に伴いNAD(P)+となるが
、一方で、所望とは反対の光学活性体を1位に二重結合をもつ環状アミノ酸から1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を製造するに当たり、このNAD(P)+を利用してNAD(
P)Hへ変換することとなる。
Among these, an enzyme having a wide substrate specificity is preferable. Specific examples include D-amino acid oxidase manufactured by Sigma.
The amino acid oxidase, amino acid dehydrogenase and amino acid transferase used are those that react only with a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position of the D-form optically active substance, and corresponding to the coenzyme used in this reaction. When it can be used, it can be used as an alternative to the coenzyme regeneration system. That is, in the reduction reaction of this reaction, when NAD (P) H is used as a coenzyme, NAD (P) H becomes NAD (P) + with the reduction of this reaction. In the production of a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position from a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position using the opposite optically active substance, NAD (P) + is used to produce NAD (P
P) will be converted to H.

また1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を得るために各種アミノ酸オキシダーゼを用いる場合、該反応に伴い過酸化水素が生成され、それが酵素活性の低下など反応に悪影響を及ぼすことが考えられるので、過酸化水素を除去するために別の酵素を組み合わせることも望ましい。過酸化水素を除去する酵素としては、過酸化水素に反応する酵素であれば特に限定はされないが、具体的にはカタラーゼやパーオキシダーゼが好ましい。添加量としては生成する過酸化水素が効率よく除去される範囲であれば限定はされないが、具体的には該オキシダーゼに対し0.1〜100万倍活性、好ましくは1〜10万倍活性の範囲で用いられる。   In addition, when various amino acid oxidases are used to obtain a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position, hydrogen peroxide is generated with the reaction, which may adversely affect the reaction, such as a decrease in enzyme activity. It is also desirable to combine another enzyme to remove hydrogen peroxide. The enzyme that removes hydrogen peroxide is not particularly limited as long as it is an enzyme that reacts with hydrogen peroxide. Specifically, catalase and peroxidase are preferable. The addition amount is not limited as long as the generated hydrogen peroxide is efficiently removed, but specifically, it is 0.1 to 1 million times active, preferably 1 to 100,000 times active against the oxidase. Used in a range.

さらにオキシダーゼを用いる場合、補酵素のフラビンアデニンジヌクレチド(FAD)をさらに追加することにより活性を高めることも出来る。添加濃度は反応液中に0.00001〜100ミリモル濃度、好ましくは0.001〜10ミリモル濃度の範囲で用いられる。
本発明の製造方法において、反応基質となる1位に二重結合をもつ環状アミノ酸の反応液中の濃度は、通常、0.0001〜90%w/v、好ましくは0.01〜30%w/vの範囲である。これらは、反応開始時に一括して添加してもよいが、酵素の基質阻害があった場合の影響を減らすと言う点や生成物の蓄積濃度を向上させるという観点からすると、連続的もしくは間欠的に添加することが望ましい。
Further, when oxidase is used, the activity can be increased by further adding a coenzyme flavin adenine dinucleotide (FAD). The addition concentration is 0.00001 to 100 mmol concentration, preferably 0.001 to 10 mmol concentration in the reaction solution.
In the production method of the present invention, the concentration of the cyclic amino acid having a double bond at the 1-position as a reaction substrate in the reaction solution is usually 0.0001 to 90% w / v, preferably 0.01 to 30% w. / V range. These may be added all at once at the start of the reaction. However, from the viewpoint of reducing the effects of enzyme substrate inhibition and improving the accumulated concentration of the product, these may be added continuously or intermittently. It is desirable to add to.

反応基質をジアミノ酸類とする場合は、通常、基質濃度が0.01〜90%w/v、好ましくは0.1〜30%w/vの範囲である。
反応基質をラセミ体の環状アミノ酸とする場合は通常、基質濃度が0.01〜90%w/v、好ましくは0.1〜30%w/vの範囲で用いられる。
また、本反応においては、補酵素NAD(P)+もしくはNAD(P)Hを添加するの
が好ましく、通常、0.001mM〜100mM、好ましくは0.01〜10mM添加する。
When the reaction substrate is a diamino acid, the substrate concentration is usually in the range of 0.01 to 90% w / v, preferably 0.1 to 30% w / v.
When the reaction substrate is a racemic cyclic amino acid, the substrate concentration is usually 0.01 to 90% w / v, preferably 0.1 to 30% w / v.
In this reaction, it is preferable to add coenzyme NAD (P) + or NAD (P) H, and usually 0.001 mM to 100 mM, preferably 0.01 to 10 mM.

上記補酵素を添加する場合には、NAD(P)Hから生成するNAD(P)+をNAD
(P)Hへの再生させることが生産効率向上のため好ましく、上記再生方法としては、1)宿主微生物自体のNAD(P)+還元能を利用する方法、2)NAD(P)+からNAD(P)Hを生成する能力を有する微生物やその処理物、あるいは、グルコース脱水素酵素、ギ酸脱水素酵素、アルコール脱水素酵素、アミノ酸脱水素酵素、有機酸脱水素酵素(リンゴ酸脱水素酵素など)などのNAD(P)Hの再生に利用可能な酵素(再生酵素)を反応系内に添加する方法、3)形質転換体を製造するに当たり、NAD(P)Hの再生に利用可能な酵素である上記再生酵素類の遺伝子を本発明のDNAと同時に宿主に導入する方法が挙げられる。
When the above coenzyme is added, NAD (P) + produced from NAD (P) H is converted to NAD
(P) Regeneration to H is preferable for improving production efficiency, and the above regeneration methods include 1) a method using the NAD (P) + reducing ability of the host microorganism itself, 2) NAD (P) + to NAD (P) Microorganisms having the ability to produce H and processed products thereof, or glucose dehydrogenase, formate dehydrogenase, alcohol dehydrogenase, amino acid dehydrogenase, organic acid dehydrogenase (malate dehydrogenase, etc. 3) a method of adding an enzyme (regenerative enzyme) that can be used for the regeneration of NAD (P) H to the reaction system, and 3) an enzyme that can be used for the regeneration of NAD (P) H when producing a transformant. And a method for introducing the gene for the above regenerative enzymes into the host simultaneously with the DNA of the present invention.

このうち、上記1)の方法においては、反応系にグルコースやエタノール、ギ酸などを添加するのが好ましい。
また、上記2)の方法においては、上記再生酵素類を含む微生物、上記再生酵素類をコードするDNAで形質転換された微生物、該微生物菌体をアセトン処理したもの、凍結乾燥処理したもの、物理的または酵素的に破砕したもの等の菌体処理物、該酵素画分を粗製物あるいは精製物として取り出したもの、さらには、これらをポリアクリルアミドゲル、カラギーナンゲル等に代表される担体に固定化したもの等を用いてもよく、また市販の酵素を用いてもよい。
Among these, in the method 1), it is preferable to add glucose, ethanol, formic acid or the like to the reaction system.
In the above method 2), microorganisms containing the regenerated enzymes, microorganisms transformed with DNA encoding the regenerated enzymes, microorganisms treated with acetone, freeze-dried, Treated with bacterial cells such as those crushed by the target or enzymatically, those obtained by removing the enzyme fraction as a crude product or purified product, and further immobilized on a carrier represented by polyacrylamide gel, carrageenan gel, etc. A commercially available enzyme may be used.

この場合、上記再生酵素の使用量としては、具体的には、N−メチル-L-アミノ酸デヒドロゲナーゼに比較して、酵素活性で0.01〜100倍、好ましくは0.5〜20倍程度となるよう添加する。
また、上記再生酵素の基質となる化合物、例えば、グルコース脱水素酵素を利用する場合のグルコース、ギ酸脱水素酵素を利用する場合のギ酸、アルコール脱水素酵素を利用する場合のエタノールもしくはイソプロパノールなど、の添加も必要となるが、その添加量としては、反応原料であるジカルボニル基含有化合物に対して、通常0.1〜100モル倍量、好ましくは0.5〜20モル倍量添加する。
In this case, the amount of the regenerative enzyme used is specifically about 0.01 to 100 times, preferably about 0.5 to 20 times the enzyme activity as compared to N-methyl-L-amino acid dehydrogenase. Add to
In addition, a compound serving as a substrate for the regenerative enzyme, for example, glucose when using glucose dehydrogenase, formic acid when using formate dehydrogenase, ethanol or isopropanol when using alcohol dehydrogenase, etc. Although addition is also required, the addition amount is usually 0.1 to 100 mol times, preferably 0.5 to 20 mol times the amount of the dicarbonyl group-containing compound as the reaction raw material.

また、上記3)の方法においては、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼのDNAと上記再生酵素類のDNAを染色体に組み込む方法、単一のベクター中に両DNAを導入し、宿主を形質転換する方法及び両DNAをそれぞれ別個にベクターに導入した後に宿主を形質転換する方法を用いることができるが、両DNAをそれぞれ別個にベクターに導入した後に宿主を形質転換する方法の場合、両ベクター同士の不和合性を考慮してベクターを選択する必要がある。   In the above method 3), N-methyl-L-amino acid dehydrogenase DNA and regenerative enzyme DNA are integrated into the chromosome, and both DNAs are introduced into a single vector to transform the host. The method and a method of transforming a host after both DNAs are separately introduced into a vector can be used, but in the case of a method of transforming a host after both DNAs are separately introduced into a vector, It is necessary to select a vector in consideration of incompatibility.

単一のベクター中に複数の遺伝子を導入する場合には、プロモーター及びターミネーターなど発現制御に関わる領域をそれぞれの遺伝子に連結する方法やラクトースオペロンのような複数のシストロンを含むオペロンとして発現させることも可能である。
本反応は、反応基質及び形質転換体並びに必要に応じて添加された各種補酵素及びその再生システムを含有する水性媒体中もしくは該水性媒体と有機溶媒との混合物中で行われる。
When introducing multiple genes into a single vector, methods such as linking promoter-terminator-related regions such as promoters and terminators to each gene, or expressing them as an operon containing multiple cistrons such as the lactose operon. Is possible.
This reaction is performed in an aqueous medium containing a reaction substrate and a transformant, various coenzymes added as necessary, and a regeneration system thereof, or in a mixture of the aqueous medium and an organic solvent.

上記、水性媒体としては、水又は緩衝液が挙げられ、また、有機溶媒としては、エタノール、プロパノール、テトラヒドロフラン、ジメチルスルホキシド等の水溶性有機溶媒や酢酸エチル、酢酸ブチル、トルエン、クロロホルム、n−ヘキサン等の非水溶性有機溶媒などから適宜反応基質の溶解度が高い物を使用することができる。
本反応は、通常、4〜60℃、好ましくは10〜50℃の反応温度で、通常pH4〜1
1、好ましくはpH5〜10で行われる。
Examples of the aqueous medium include water or a buffer solution, and examples of the organic solvent include water-soluble organic solvents such as ethanol, propanol, tetrahydrofuran, and dimethyl sulfoxide, and ethyl acetate, butyl acetate, toluene, chloroform, and n-hexane. Those having a high solubility of the reaction substrate can be used as appropriate from water-insoluble organic solvents such as the above.
This reaction is usually at a reaction temperature of 4 to 60 ° C, preferably 10 to 50 ° C, and usually pH 4 to 1
1, preferably at pH 5-10.

また、膜リアクターなどを利用して行うことも可能である。
本反応により生成する環状アミノ酸は、反応終了後、反応液中の菌体やタンパク質を遠心分離、膜処理などにより分離した後に、酢酸エチル、トルエンなどの有機溶媒による抽出、蒸留、カラムクロマトグラフィー、晶析等のなどを適宜組み合わせることにより行うことができる。
It is also possible to use a membrane reactor or the like.
After the reaction, the cyclic amino acid produced by this reaction is separated by centrifuging, membrane treatment, etc. after the reaction, and then extracted with an organic solvent such as ethyl acetate and toluene, distillation, column chromatography, It can be performed by appropriately combining crystallization and the like.

以下、実施例により本発明を更に詳しく説明するが、本発明はこれに限定されるものではない。   EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention in more detail, this invention is not limited to this.

<シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)ATCC12633株由来N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの酵素精製>
N−メチル-L-アミノ酸デヒドロゲナーゼの酵素活性は下記のような方法で測定した。
測定対象となる粗酵素液にフェニルピルビン酸ナトリウム(最終濃度15mM)、メチルアミン−硫酸緩衝液(pH10)(最終濃度400mM)、NADPH(最終濃度10mM)を加え全量50μLとした。37℃で1時間反応させた。反応終了後、5μLの10%トリクロロ酢酸液を加え13000rpm、5分間遠心を行った。遠心上清10μLを40μLの高速液体クロマトグラフィー(以下、HPLCと略記する)溶離液で希釈し0.45μmのフィルターで濾過後高速液体クロマトグラフィー(以下、HPLCと略記する)にて分析した。
<Enzymatic purification of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from Pseudomonas putida ATCC 12633 strain>
The enzyme activity of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase was measured by the following method.
Sodium phenylpyruvate (final concentration 15 mM), methylamine-sulfuric acid buffer (pH 10) (final concentration 400 mM) and NADPH (final concentration 10 mM) were added to the crude enzyme solution to be measured to make a total volume of 50 μL. The reaction was carried out at 37 ° C. for 1 hour. After completion of the reaction, 5 μL of 10% trichloroacetic acid solution was added and centrifuged at 13000 rpm for 5 minutes. 10 μL of the centrifugal supernatant was diluted with 40 μL of high-performance liquid chromatography (hereinafter abbreviated as HPLC) eluent, filtered through a 0.45 μm filter, and analyzed by high-performance liquid chromatography (hereinafter abbreviated as HPLC).

HPLCの条件は、次のとおりである。
カラム:Ultron ESPh−CD(信和化工株式会社)
温度:40℃
溶離液:20%アセトニトリル、80% 20mM KH2PO4、H3PO4 0.
4ml/L(pH3)
流速:0.85ml/min.
検出器:UV検出器(210nm)
標準サンプルとしてSigma社の試薬を用い、酵素の活性単位1unitを一分間に1μモルのN−メチル−フェニルアラニンを生成する酵素量と規定した。
(1−1)粗酵素液の調製
滅菌した液体培地100ml(メチルアミン塩酸塩 5g/L, グルコース 1g/L, 酵母エキス 5g/L, リン酸水素二カリウム 7g/L, リン酸二水素カリウム 3g/L, 硫酸マグネシウム七水和物 0.1g/Lを含む)×2本(500ml坂口フラスコ)に、シュードモナス・プチダ ATCC12633株を接種し、28℃で18時間、好気的に振とう培養した(前々培養)。次に、同じ組成の滅菌した液体培地500ml×4本(2L坂口フラスコ)に、前々培養で得られた培養液を各2L坂口フラスコに50mlずつ接種した。28℃で8時間、好気的条件で振とう培養した(前培養)。1%ポリペプトン(ナカライテスク社製)、0.5%酵母エキス(ナカライテスク社製)、1%塩化ナトリウム(ナカライテスク社製)を添加した培地(以下、LB培地と略す)200Lを滅菌して、前培養で得られた培養液2200mlをすべて接種し、28℃で好気的に16時間培養した(本培養)。培養後得られた培養液を遠心分離し、2.5kgの湿菌体を得た。この菌体を、5Lの20mMトリス−塩酸バッファー(pH7.0)に懸濁し、超音波破砕によって5.9Lの粗酵素液を得た。
The HPLC conditions are as follows.
Column: Ultron ESPh-CD (Shinwa Chemical Co., Ltd.)
Temperature: 40 ° C
Eluent: 20% acetonitrile, 80% 20 mM KH 2 PO 4 , H 3 PO 4 0.
4 ml / L (pH 3)
Flow rate: 0.85 ml / min.
Detector: UV detector (210 nm)
Using a reagent from Sigma as a standard sample, 1 unit of enzyme activity was defined as the amount of enzyme that produced 1 μmol of N-methyl-phenylalanine per minute.
(1-1) Preparation of crude enzyme solution 100 ml of sterilized liquid medium (methylamine hydrochloride 5 g / L, glucose 1 g / L, yeast extract 5 g / L, dipotassium hydrogen phosphate 7 g / L, potassium dihydrogen phosphate 3 g / L, containing magnesium sulfate heptahydrate 0.1g / L) x 2 (500ml Sakaguchi flask) was inoculated with Pseudomonas putida ATCC 12633 and cultured with aerobic shaking at 28 ° C for 18 hours. (Pre-culture). Next, 500 ml × 4 sterilized liquid media (2 L Sakaguchi flask) having the same composition were inoculated with 50 ml of each 2 L Sakaguchi flask of the culture solution obtained in the previous culture. The culture was performed with shaking at 28 ° C. for 8 hours under aerobic conditions (pre-culture). Sterilize 200 L of medium (hereinafter abbreviated as LB medium) supplemented with 1% polypeptone (manufactured by Nacalai Tesque), 0.5% yeast extract (manufactured by Nacalai Tesque), and 1% sodium chloride (manufactured by Nacalai Tesque). All of the 2200 ml of the culture solution obtained in the preculture was inoculated and aerobically cultured at 28 ° C. for 16 hours (main culture). The culture solution obtained after the culture was centrifuged to obtain 2.5 kg of wet cells. The cells were suspended in 5 L of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0), and 5.9 L of a crude enzyme solution was obtained by ultrasonic disruption.

粗酵素に対し硫安分画を行ったところ、硫安濃度20〜60%画分に活性があった。この画分を集めて15Lの20mMトリス−塩酸バッファー(pH7.0)で5回透析した
。酵素液の量は3100mlになった。
(1−2)SuperQ-TOYOPEARL(TOSOH社製)による精製
20mMトリス−塩酸バッファー (pH 7.0)で平衡化したSuperQ-TOYOPEARL(TOSO
H社製)700mLに、硫安分画20〜60%飽和の画分3100mLを供した。その後20mMトリス−塩酸バッファー (pH 7.0) 4900mLで洗浄を行った。洗浄画分には活
性が検出されなかった。
When ammonium sulfate fractionation was performed on the crude enzyme, the fraction with ammonium sulfate concentration of 20 to 60% was active. This fraction was collected and dialyzed 5 times against 15 L of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). The amount of enzyme solution was 3100 ml.
(1-2) Purification by SuperQ-TOYOPEARL (TOSOH) SuperQ-TOYOPEARL (TOSO) equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0)
700 mL of H) was supplied with 3100 mL of an ammonium sulfate fraction 20-60% saturated fraction. Thereafter, washing was performed with 4900 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). No activity was detected in the washed fraction.

上記洗浄後、0.2M 塩化ナトリウムを含有する20mMトリス−塩酸バッファー3
500mLで溶出した。この条件で、活性を持つタンパク質が溶出された。さらに、0.5M 塩化ナトリウムを含有する20mMトリス−塩酸バッファー3500mLで溶出し
たが、この画分では活性が検出されなかった。
上記0.2M 塩化ナトリウムを含有する20mMトリス−塩酸バッファーで溶出した
画分を回収し、タンパク量及び酵素活性を測定した。活性を示した溶液3900mLを、20%飽和の硫安含有20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0) に12Lで3回透析し
た。透析後の酵素液は3000mLであった。
(1−3)Butyl-TOYOPEARL(TOSOH社製)による精製
上記(1−2)で得た酵素液3000mLを、20%飽和の硫安含有20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)で平衡化したButyl-TOYOPEARL(TOSOH社製)500mLに
流した。その20%飽和の硫安含有20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)2800mLで洗浄を行った。洗浄画分のタンパク量及び酵素活性を測定したところ、この画分に活性が検出された。洗浄で得た酵素液に直接硫安を加えて、硫安濃度が5〜20%飽和の画分を取得し再びButyl-TOYOPEARLに流すことにした。
(1−4)Butyl-TOYOPEARL(TOSOH社製)による2回目の精製
得られた硫安画分の酵素液5700mLを、30%飽和の硫安含有20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)で平衡化したButyl-TOYOPEARL(TOSOH社製)500mLに流
した。その後、30%飽和の硫安含有20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)2300mLで洗浄を行った。洗浄画分のタンパク量及び酵素活性を測定したところ、この画分に活性が検出された。続いて、このカラムを15%飽和の硫安含有20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)で溶出した。その結果、溶出液にも活性が検出された。活性を示した上記両方の画分を回収し、60%飽和濃度になるように3070gの硫安を加えて撹拌し、濃縮した。その結果、酵素液は600mLとなった。これを20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)14Lで3回透析を行い、得られた酵素液は1000mLになった。
(1−5)DEAE-TOYOPEARL(TOSOH社製)による精製
上記(1−4)において透析して得た酵素液1000mLを、20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0) で平衡化したDEAE-TOYOPEARL(TOSOH社製)600mLに供した
。その後、20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)4000mLで洗浄を行った。洗浄画分には活性がみられなかった。続いて0.1Mの塩化ナトリウムを含有する20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)2500mLで溶出した。その結果、この画分にほとんど活性が検出されなかった。次に、塩化ナトリウム濃度が0.1〜0.3Mとなるようにグラジェントをかけてタンパクを溶出した。酵素活性を有する画分を回収したところ、1700mLの酵素液が得られた。この酵素液に760gの硫安を加えて撹拌し、濃縮した。その結果、酵素液は60mLになった。これを20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)8Lで2回透析を行った。透析後、酵素液は100mLになった。
(1−6)Green-sepharose CL-4Bによる精製
市販の膨潤Sepharose CL-4Bゲル150mlをガラスフィルター上にとり、1Lの蒸留水を用
いて吸引洗浄した。これを2L坂口フラスコに移した。これに、150mLの水に溶かしたReactive Green 19(Sigma社製) 0.75g(7.5mg色素/mLゲルの割合)を加えた。さらに22%塩化ナトリウム水溶液15mL(最終濃度:約2%)を加え、ゲルと色素がよく混ざり合う程度で、約30分間振とう撹拌した。1.5gの結晶炭酸ナトリウムを加えて、50℃で一晩振とう撹拌した。反応終了後、ゲル懸濁液をガラスフィルターに移し、水(約1.5L)、1M塩化ナトリウム水溶液(約1.5L)、水(約3L)の順序で、ろ液の着色が
見られなくなるまで色素ゲルを洗浄し、Green-sepharose CL-4Bを調製した。
After the washing, 20 mM Tris-HCl buffer 3 containing 0.2 M sodium chloride
Elute with 500 mL. Under these conditions, the active protein was eluted. Further, elution was performed with 3500 mL of 20 mM Tris-HCl buffer containing 0.5 M sodium chloride, but no activity was detected in this fraction.
The fraction eluted with 20 mM Tris-HCl buffer containing 0.2 M sodium chloride was collected, and the amount of protein and enzyme activity were measured. 3900 mL of the solution that showed activity was dialyzed 3 times with 12 L against 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing 20% saturated ammonium sulfate. The enzyme solution after dialysis was 3000 mL.
(1-3) Purification by Butyl-TOYOPEARL (manufactured by TOSOH) Butyl- equilibrated with 20% tris-hydrochloric acid buffer (pH 7.0) containing 20% saturated ammonium sulfate from 3000 mL of the enzyme solution obtained in (1-2) above. The solution was poured into 500 mL of TOYOPEARL (manufactured by TOSOH). The 20% saturated ammonium sulfate-containing 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) was washed with 2800 mL. When the protein amount and enzyme activity of the washed fraction were measured, the activity was detected in this fraction. Ammonium sulfate was directly added to the enzyme solution obtained by washing, and a fraction having an ammonium sulfate concentration of 5 to 20% saturation was obtained and flowed again into Butyl-TOYOPEARL.
(1-4) Second purification with Butyl-TOYOPEARL (manufactured by TOSOH) Butyl obtained by equilibrating 5700 mL of the enzyme solution of the obtained ammonium sulfate fraction with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing 30% saturated ammonium sulfate -It flowed in 500 mL of TOYOPEARL (made by TOSOH). Thereafter, washing was performed with 2300 mL of 30 mM saturated ammonium sulfate-containing 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). When the protein amount and enzyme activity of the washed fraction were measured, the activity was detected in this fraction. Subsequently, this column was eluted with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing 15% saturated ammonium sulfate. As a result, activity was also detected in the eluate. Both fractions showing activity were collected, 3070 g of ammonium sulfate was added to a saturation concentration of 60%, and the mixture was stirred and concentrated. As a result, the enzyme solution became 600 mL. This was dialyzed 3 times with 14 L of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0), and the resulting enzyme solution was 1000 mL.
(1-5) Purification by DEAE-TOYOPEARL (TOSOH) DEAE-TOYOPEARL (TOSOH) equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) from 1000 mL of the enzyme solution obtained by dialysis in (1-4) above. 600 mL). Thereafter, washing was performed with 4000 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). No activity was observed in the washed fraction. Subsequently, elution was performed with 2500 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing 0.1 M sodium chloride. As a result, almost no activity was detected in this fraction. Next, the protein was eluted by applying a gradient so that the sodium chloride concentration was 0.1 to 0.3M. When the fraction having enzyme activity was collected, 1700 mL of enzyme solution was obtained. To this enzyme solution, 760 g of ammonium sulfate was added, stirred and concentrated. As a result, the enzyme solution became 60 mL. This was dialyzed twice with 8 L of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). After dialysis, the enzyme solution became 100 mL.
(1-6) Purification by Green-sepharose CL-4B 150 ml of a commercially available swollen Sepharose CL-4B gel was placed on a glass filter and washed with suction using 1 L of distilled water. This was transferred to a 2 L Sakaguchi flask. To this, 0.75 g of Reactive Green 19 (manufactured by Sigma) dissolved in 150 mL of water (ratio of 7.5 mg dye / mL gel) was added. Further, 15 mL of a 22% aqueous sodium chloride solution (final concentration: about 2%) was added, and the mixture was shaken and stirred for about 30 minutes until the gel and the pigment were well mixed. 1.5 g of crystalline sodium carbonate was added and stirred overnight at 50 ° C. After completion of the reaction, the gel suspension is transferred to a glass filter, and coloring of the filtrate is not observed in the order of water (about 1.5 L), 1M sodium chloride aqueous solution (about 1.5 L), and water (about 3 L). The dye gel was washed until Green-sepharose CL-4B was prepared.

上記方法で調製したGreen-sepharose CL-4B 450mLを20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0) で平衡化した後に上記(1−5)で得た酵素液100mLを流した。
その後、20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)3000mLで洗浄を行った。洗浄画分には、上記(1−5)で得られた酵素液のトータル活性の15%ほどの活性が検出された。次に、塩化ナトリウム濃度が0〜3Mになるようにグラジェントをかけてタンパクを溶出した。酵素活性を有する画分を回収したところ、231mLの酵素液が得られた。これに、70%飽和濃度になるように硫安を109g加えてタンパクを沈殿させた。沈殿を20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)3mLに懸濁し、20%飽和の硫安含有20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)9Lで8時間透析した。透析後、チューブ内に沈殿物が見られたため、透析と同じバッファー8.5mLを加えて懸濁した。この操作でも沈殿物が溶解しなかったため、遠心して沈殿物と上清を分離した。活性がほとんど上清の方にみられたため、上清13mLをRESOURCE PHE(アマシャムバイオサイエンス社製)で精製した。20 mLの20%飽和の硫安含有20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)と20 mLの20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)でグラジェントをかけてタンパクを溶出した。
After 450 mL of Green-sepharose CL-4B prepared by the above method was equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0), 100 mL of the enzyme solution obtained in (1-5) above was allowed to flow.
Thereafter, washing was performed with 3000 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). In the washed fraction, an activity of about 15% of the total activity of the enzyme solution obtained in (1-5) above was detected. Next, the protein was eluted by applying a gradient so that the sodium chloride concentration was 0 to 3M. When fractions having enzyme activity were collected, 231 mL of enzyme solution was obtained. To this, 109 g of ammonium sulfate was added to a 70% saturation concentration to precipitate the protein. The precipitate was suspended in 3 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0), and dialyzed against 9 L of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing 20% saturated ammonium sulfate for 8 hours. Since a precipitate was observed in the tube after dialysis, 8.5 mL of the same buffer as in dialysis was added and suspended. Since the precipitate was not dissolved by this operation, the precipitate was separated from the supernatant by centrifugation. Since most of the activity was observed in the supernatant, 13 mL of the supernatant was purified with RESOURCE PHE (Amersham Bioscience). The protein was eluted by applying a gradient with 20 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing 20% saturated ammonium sulfate and 20 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0).

回収した酵素液19mLを限外濾過で5mLまで濃縮した後に、20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)で透析したところ、酵素液は6.5mLになった。
(1−7)Blue-sepharose 4B(アマシャムバイオサイエンス社製)による精製
Blue-sepharose 4B(アマシャムバイオサイエンス社製)5mLを20mMトリス−塩
酸バッファー(pH 7.0) で平衡化した後に上記(1−6)で得られた酵素液6.5mLを
流した。その後、20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)50mLで洗浄を行った。さらに、50 mLの1M塩化ナトリウム水溶液と50 mLの20mM トリス−塩酸バッファー(pH 7.0)で、塩化ナトリウム濃度が0〜1Mとなるようにグラジエントをかけ活性画分を溶出させた。
The collected enzyme solution (19 mL) was concentrated to 5 mL by ultrafiltration, and then dialyzed with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). As a result, the enzyme solution became 6.5 mL.
(1-7) Purification by Blue-sepharose 4B (Amersham Biosciences)
After equilibrating 5 mL of Blue-sepharose 4B (Amersham Biosciences) with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0), 6.5 mL of the enzyme solution obtained in (1-6) above was passed. Thereafter, washing was performed with 50 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). Further, the active fraction was eluted by applying a gradient with 50 mL of 1 M aqueous sodium chloride solution and 50 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) so that the sodium chloride concentration was 0 to 1 M.

上記(1−1)〜(1−7)の各精製ステップにおける酵素画分の比活性等を表1にまとめる。   Table 1 summarizes the specific activities of the enzyme fractions in the purification steps (1-1) to (1-7) above.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

<SDS−PAGEおよび部分アミノ酸配列の解析>
各酵素精製ステップのサンプルをすべてSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動した。
精製と共に量の増加が見られる約35〜40kDaを通常の方法で切り出し、プロテインシーケンサーにより、エドマン法によるアミノ酸配列の解析を行い、N末端のアミノ酸配列を決定した。該配列を配列表の配列番号3で示す。
<Analysis of SDS-PAGE and partial amino acid sequence>
All samples of each enzyme purification step were subjected to SDS-polyacrylamide gel electrophoresis.
About 35-40 kDa, which increases in quantity with purification, was cut out by a conventional method, and the amino acid sequence was analyzed by Edman method using a protein sequencer to determine the N-terminal amino acid sequence. This sequence is represented by SEQ ID NO: 3 in the sequence listing.

BLASTサーチにより、リンゴ酸デヒドロゲナーゼ(Accession No. AE004091)と相同性が高い蛋白であることが示唆された。   The BLAST search suggested that the protein had high homology with malate dehydrogenase (Accession No. AE004091).

<N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ遺伝子のクローニング>
シュードモナス・プチダ(Pseudomonas putida)ATCC12633株をLB培地で培養し得られた菌体よりDNeasy Tissue Kit (Qiagen社製)を用いて、染色体DNAを調製した

実施例2で決定されたN末端アミノ酸配列及びBLASTサーチで見出されたリンゴ酸
デヒドロゲナーゼ(Accession No. AE004091)のアミノ酸配列をコードする塩基配列を元にプライマーを合成した。それぞれの塩基配列を、配列表の配列番号4(NMPDHf)及び5 (NMPDHr1) に示す。
<Cloning of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase gene>
Chromosomal DNA was prepared from cells obtained by culturing Pseudomonas putida ATCC12633 strain in LB medium using DNeasy Tissue Kit (Qiagen).
Primers were synthesized based on the N-terminal amino acid sequence determined in Example 2 and the base sequence encoding the amino acid sequence of malate dehydrogenase (Accession No. AE004091) found by BLAST search. The respective nucleotide sequences are shown in SEQ ID NO: 4 (NMPDHf) and 5 (NMPDHr1) in the sequence listing.

シュードモナス・プチダATCC12633株の染色体DNAを鋳型とし、NMPDHf、NMPDHr1をプライマーとして、PCR(98℃,20秒、68℃,3分)を30サイクル行い、特異的な増幅サンプルを得た。
上記で得られたDNA断片を常法に従い、クローニングベクターpET21a(宝酒造社製))に導入した。以下、このプラスミドをpENMadh株とする。
Pseudomonas putida ATCC12633 chromosomal DNA was used as a template, NMPDHf and NMPDHr1 were used as primers, and PCR (98 ° C., 20 seconds, 68 ° C., 3 minutes) was performed for 30 cycles to obtain specific amplification samples.
The DNA fragment obtained above was introduced into a cloning vector pET21a (Takara Shuzo Co., Ltd.) according to a conventional method. Hereinafter, this plasmid is referred to as pENMadh strain.

次に大腸菌(Escherichia coli)BL21(DE3)(Novagen社)を形質転換した。
形質転換株をアンピシリン(100μg/mL)を含むLB培地プレート(LB培地+2%寒天)上で37℃で生育させた。出現したいくつかの白いコロニーを培養しプラスミドの抽出を通常の条件で行った。とれたプラスミドを制限酵素NdeIおよびHindIIIで切
断後(37℃で3時間)、目的DNA断片がプラスミドに挿入されているかアガロース電気泳動で確認した。
Next, Escherichia coli BL21 (DE3) (Novagen) was transformed.
The transformed strain was grown at 37 ° C. on an LB medium plate (LB medium + 2% agar) containing ampicillin (100 μg / mL). Several white colonies that appeared were cultured and plasmids were extracted under normal conditions. The obtained plasmid was cleaved with restriction enzymes NdeI and HindIII (3 hours at 37 ° C.), and it was confirmed by agarose electrophoresis whether the target DNA fragment was inserted into the plasmid.

目的とするDNA断片が挿入されていると考えられるコロニーをアンピシリンを含む液体LB培地で培養し、培養14時間目にIPTGを0.1mMとなるように添加しさらに培養を3時間続けて、集菌した。菌体を超音波破砕し粗酵素を得た。
得られた粗酵素の活性測定を行って目的蛋白の発現を確認した。
目的断片が入ったコロニーから得られた粗酵素を用いるとN−メチル−L−フェニルアラニンの生成が確認され、プラスミドのみで形質転換した菌体破砕物ではN−メチル−L−フェニルアラニン生成が見られなかった。
A colony that is considered to have the target DNA fragment inserted is cultured in a liquid LB medium containing ampicillin, IPTG is added to 0.1 mM at 14 hours of culture, and further cultured for 3 hours. Fungus. The bacterial cells were sonicated to obtain a crude enzyme.
The activity of the obtained crude enzyme was measured to confirm the expression of the target protein.
When the crude enzyme obtained from the colony containing the target fragment was used, the production of N-methyl-L-phenylalanine was confirmed. N-methyl-L-phenylalanine production was observed in the disrupted cells transformed with the plasmid alone. There wasn't.

活性確認されたプラスミド中の挿入断片の塩基配列を解析した。該遺伝子の塩基配列を配列表の配列番号2に、該遺伝子がコードするタンパク質のアミノ酸配列を配列表の配列番号1に示す。
得られたDNA断片にコードされたタンパク質のアミノ酸配列(配列番号1)中、3番目のアミノ酸から18番目のアミノ酸までの配列は、実施例2で決定した精製酵素N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼのN末端配列(配列番号3)と完全に一致した。このことから、本実施例で得られたDNA断片は、実施例1で精製したN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードしていることが確認された。
The nucleotide sequence of the inserted fragment in the plasmid whose activity was confirmed was analyzed. The base sequence of the gene is shown in SEQ ID NO: 2 in the sequence listing, and the amino acid sequence of the protein encoded by the gene is shown in SEQ ID NO: 1 in the sequence listing.
In the amino acid sequence (SEQ ID NO: 1) of the protein encoded by the obtained DNA fragment, the sequence from the 3rd amino acid to the 18th amino acid is the purified enzyme N-methyl-L-amino acid dehydrogenase determined in Example 2 Completely matched the N-terminal sequence (SEQ ID NO: 3). From this, it was confirmed that the DNA fragment obtained in this example encoded the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase purified in Example 1.

<形質転換体からのN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ酵素精製>
LB培地5mLを試験管に入れて121℃で20分間蒸気殺菌し、室温になってから100mg/ml アンピシリン水溶液を5μL加えた。これに実施例3で得られた大腸菌クローン株のコロニーを無菌的に白金耳で接種して、37℃で24時間振とう培養した(前培養)。次にLB培地500mLを2Lの坂口フラスコに入れて殺菌し、室温になってから100mg/ml アンピシリン水溶液を500μL加えた。これらに前培養で得られた大腸菌クローン株の培養液0.5mLを接種して、37℃で14時間振とう培養した。この段階で1MのIPTG水溶液を500μL加え、さらに37℃で3時間振とう培養した。培養後、遠心分離により菌体を集め、20mMトリス−塩酸緩衝液(pH 7.0)で
2回洗浄した。得られた菌体3.3gを20mM トリス−塩酸緩衝液(pH 7.0)28mLに懸濁し(全量30ml)、超音波で菌体を破砕した。遠心分離により菌体断片を除き、29mLの無細胞抽出液を得た。次に実施例1で用いたGreen sepharose CL-4Bを
用いて精製を行った。
<N-methyl-L-amino acid dehydrogenase enzyme purification from transformant>
5 mL of LB medium was placed in a test tube and sterilized with steam at 121 ° C. for 20 minutes. After reaching room temperature, 5 μL of 100 mg / ml ampicillin aqueous solution was added. The colony of the Escherichia coli clone obtained in Example 3 was aseptically inoculated with a platinum loop and cultured with shaking at 37 ° C. for 24 hours (preculture). Next, 500 mL of LB medium was put in a 2 L Sakaguchi flask and sterilized. After reaching room temperature, 500 μL of 100 mg / mL ampicillin aqueous solution was added. These were inoculated with 0.5 mL of the culture solution of the Escherichia coli clonal strain obtained in the preculture, and cultured with shaking at 37 ° C. for 14 hours. At this stage, 500 μL of 1M IPTG aqueous solution was added, and further cultured with shaking at 37 ° C. for 3 hours. After incubation, the cells were collected by centrifugation and washed twice with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). 3.3 g of the obtained microbial cells were suspended in 28 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) (total amount: 30 ml), and the microbial cells were crushed with ultrasonic waves. The cell fragment was removed by centrifugation to obtain 29 mL of a cell-free extract. Next, purification was performed using Green sepharose CL-4B used in Example 1.

Green sepharose CL-4B(樹脂100ml量)をトリス塩酸バッファー(pH 7.0) で平衡化した後に上記無細胞抽出液を流した。
その後、20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)800mLで洗浄を行った。洗浄画分には、次に、塩化ナトリウム濃度が0〜1Mになるようにグラジェントをかけてタンパクを溶出した。酵素活性を有する画分を回収し、これをCentriprep(アマシャムバイオサイエンス社製)で濃縮した。これを20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)で8時間透析した。透析後、酵素液量は59mlとなった。
Green sepharose CL-4B (100 ml of resin) was equilibrated with Tris-HCl buffer (pH 7.0), and then the above cell-free extract was poured.
Thereafter, washing was performed with 800 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). The washed fraction was then eluted with a gradient so that the sodium chloride concentration was 0-1 M. Fractions having enzyme activity were collected and concentrated with Centriprep (Amersham Biosciences). This was dialyzed against 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) for 8 hours. After dialysis, the amount of enzyme solution was 59 ml.

次にDEAE-TOYOPEARL(TOSOH社製)による精製を行った。
上記の透析して得た酵素液を、20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0) で平衡化し
たDEAE-TOYOPEARL(TOSOH社製)(樹脂60mL)に供した。その後、20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)500mLで洗浄を行った。次に、塩化ナトリウム濃度が0〜0.35Mとなるようにグラジェントをかけてタンパクを溶出した。酵素活性を有する画分を回収し、Centriprep(アマシャムバイオサイエンス社製)で濃縮した後、20mMトリス−塩酸バッファー(pH 7.0)に対して透析を行った。透析後、酵素液は6mLになった。
Next, purification by DEAE-TOYOPEARL (manufactured by TOSOH) was performed.
The enzyme solution obtained by dialysis was subjected to DEAE-TOYOPEARL (TOSOH) (resin 60 mL) equilibrated with 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). Thereafter, washing was performed with 500 mL of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). Next, the protein was eluted by applying a gradient so that the sodium chloride concentration was 0 to 0.35M. Fractions having enzyme activity were collected, concentrated with Centriprep (Amersham Bioscience), and then dialyzed against 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0). After dialysis, the enzyme solution became 6 mL.

上記の各精製ステップにおける酵素画分の比活性比を表2にまとめる。   Table 2 summarizes the specific activity ratios of the enzyme fractions in each of the above purification steps.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

<N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの基質特異性>
実施例4と同様な方法で大腸菌クローン株より精製酵素を得た。
これに表3に示す各種ケト酸を最終濃度10mM、NADPHを最終濃度0.2mM、硫酸でp
H10に調整したメチルアミンを最終濃度60mMとなるように加えた反応液の340nm
の吸光度の変化を調べることにより酵素活性を測定した。測定時の反応温度は37℃にした。β−フェニルピルビン酸を基質としたときを100%として相対活性の結果を表3に示
した。
<Substrate specificity of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase>
A purified enzyme was obtained from the Escherichia coli clonal strain in the same manner as in Example 4.
The various keto acids shown in Table 3 were added at a final concentration of 10 mM, NADPH was added at a final concentration of 0.2 mM, and sulfuric acid was added with
340 nm of a reaction solution in which methylamine adjusted to H10 was added to a final concentration of 60 mM.
The enzyme activity was measured by examining the change in absorbance. The reaction temperature during the measurement was 37 ° C. The results of relative activity are shown in Table 3, assuming that β-phenylpyruvate is used as the substrate as 100%.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

<至適pHの測定>
実施例4と同様な方法で大腸菌クローン株より精製酵素を得た。
これにβ−フェニルピルビン酸を最終濃度10mM、NADPHを最終濃度0.2mM、硫酸で
各pHに調整したメチルアミンを最終濃度60mMとなるように加えた反応液の340nm
の吸光度の変化を調べることにより酵素活性を測定した。測定時の反応温度は37℃にした。一分間に1マイクロモルのβ−フェニルピルビン酸と反応する酵素量を1unitととして蛋白量あたりのunit数(u/mg)とpHの関係の結果を図1に示した。反応の至適pHは10.0であった。
<Measurement of optimum pH>
A purified enzyme was obtained from the Escherichia coli clonal strain in the same manner as in Example 4.
To this was added 340 nm of β-phenylpyruvic acid to a final concentration of 10 mM, NADPH to a final concentration of 0.2 mM, and methylamine adjusted to each pH with sulfuric acid to a final concentration of 60 mM.
The enzyme activity was measured by examining the change in absorbance. The reaction temperature during the measurement was 37 ° C. FIG. 1 shows the results of the relationship between the number of units (u / mg) per protein amount and pH, assuming that the amount of enzyme that reacts with 1 micromole of β-phenylpyruvic acid per minute is 1 unit. The optimum pH for the reaction was 10.0.

<作用至適温度>
実施例5と同様な反応条件のうちメチルアミン−硫酸(pH10)にして、温度だけを変化させて活性を測定した。結果を図2に示す。至適温度は30〜40℃であった。
<Optimum temperature for action>
Of the reaction conditions similar to those in Example 5, methylamine-sulfuric acid (pH 10) was used, and the activity was measured by changing only the temperature. The results are shown in FIG. The optimum temperature was 30-40 ° C.

<pH安定性>
実施例4で得られた精製酵素を、緩衝液を用いてpHを変化させて30℃で30分間インキュベートし、残存活性を測定した。反応条件は実施例7と同様にメチルアミン−硫酸(pH10)、37℃で行った。結果は、未処理の活性を100とした残存活性で表し、図3に示した。本発明による酵素は、pH6〜9において最も安定であった。
<PH stability>
The purified enzyme obtained in Example 4 was incubated at 30 ° C. for 30 minutes while changing the pH using a buffer solution, and the residual activity was measured. The reaction conditions were the same as in Example 7, methylamine-sulfuric acid (pH 10) at 37 ° C. The results are shown as residual activity with the untreated activity as 100, and are shown in FIG. The enzyme according to the invention was most stable at pH 6-9.

<温度安定性>
実施例5で得られた精製酵素を25℃、30℃、35℃、40℃、45℃および50℃の温度で30分間放置した後、実施例6と同様に活性を測定した。結果は、未処理(氷中放置)の活性を100とした残存活性で表し、図4に示した。
本発明による酵素は、30℃まで100%の残存活性を示した。
<Temperature stability>
The purified enzyme obtained in Example 5 was allowed to stand at 25 ° C., 30 ° C., 35 ° C., 40 ° C., 45 ° C. and 50 ° C. for 30 minutes, and the activity was measured in the same manner as in Example 6. The results are shown in FIG. 4 as residual activity with the untreated (left in ice) activity as 100.
The enzyme according to the present invention showed 100% residual activity up to 30 ° C.

<NADHを補酵素とした場合の基質特異性>
実施例4と同様な方法で大腸菌クローン株より精製酵素を得た。
これに表4に示す各種ケト酸を最終濃度40mM(但しβ−フェニルピルビン酸は30mM)、NADHを最終濃度0.3mM、bis-Tris propane緩衝液(pH10.0)を最終濃度100mM、メチルアミンを最終濃度180mMとなるように加えた反応液の340nmの吸光度の変化を調べ
ることにより酵素活性を測定した。測定時の反応温度は37℃にした。ピルビン酸を基質としたときを100%として相対活性の結果を表4に示した。
<Substrate specificity when NADH is used as a coenzyme>
A purified enzyme was obtained from the Escherichia coli clonal strain in the same manner as in Example 4.
To this, various keto acids shown in Table 4 were added at a final concentration of 40 mM (note that β-phenylpyruvic acid was 30 mM), NADH was added at a final concentration of 0.3 mM, bis-Tris propane buffer (pH 10.0) was added at a final concentration of 100 mM, and methylamine was added. The enzyme activity was measured by examining the change in absorbance at 340 nm of the reaction solution added to a final concentration of 180 mM. The reaction temperature during the measurement was 37 ° C. The results of relative activity are shown in Table 4 with 100% of pyruvate as a substrate.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

<NADHを補酵素とした場合の至適pHの測定>
実施例4と同様な方法で大腸菌クローン株より精製本酵素を得た。
これにピルビン酸を最終濃度80mM、NADHを最終濃度0.3mM、硫酸で各pHに調整し
たメチルアミンを最終濃度180mMとなるように加えた反応液の340nmの吸光度の変化
を調べることにより酵素活性を測定した。測定時の反応温度は37℃にした。一分間に1マイクロモルのピルビン酸と反応する酵素量を1unitとして蛋白量あたりのunit数(u/mg)とpHの関係の結果を図5に示した。反応の至適pHは9.5であった。
<Measurement of optimum pH when NADH is used as a coenzyme>
The purified main enzyme was obtained from the Escherichia coli clonal strain in the same manner as in Example 4.
The enzyme activity was determined by examining the change in absorbance at 340 nm of the reaction solution in which pyruvic acid was added to a final concentration of 80 mM, NADH was adjusted to a final concentration of 0.3 mM, and methylamine adjusted to each pH with sulfuric acid was added to a final concentration of 180 mM. It was measured. The reaction temperature during the measurement was 37 ° C. FIG. 5 shows the results of the relationship between the number of units (u / mg) per protein amount and pH, where the amount of enzyme that reacts with 1 micromole of pyruvic acid per minute is 1 unit. The optimum pH for the reaction was 9.5.

<NADを補酵素とした場合の逆反応の検討>
実施例4と同様な方法で大腸菌クローン株より精製本酵素を得た。
N−メチル−L−アラニンを最終濃度50mM、NADを最終濃度10mM、bis-Tris propane緩衝液(pH10.0)を最終濃度100mMとなるように加えた反応液の340nmの吸光度の
変化を調べることにより酵素活性を測定した。測定時の反応温度は37℃にした。活性は7.8×10-3(u/mg蛋白)であった。
<Examination of reverse reaction using NAD as coenzyme>
The purified main enzyme was obtained from the Escherichia coli clonal strain in the same manner as in Example 4.
Investigate changes in absorbance at 340 nm of a reaction solution in which N-methyl-L-alanine is added to a final concentration of 50 mM, NAD is added to a final concentration of 10 mM, and bis-Tris propane buffer (pH 10.0) is added to a final concentration of 100 mM. The enzyme activity was measured by The reaction temperature during the measurement was 37 ° C. The activity was 7.8 × 10 −3 (u / mg protein).

<NADPHを補酵素とした場合の本酵素の基質特異性>
実施例4と同様な方法で大腸菌クローン株より精製本酵素を得た。
これに表5に示す各種アミン類を最終濃度60mM、NADPHを最終濃度0.2mM、β−フ
ェニルピルビン酸を最終濃度10mMとなるように加えた反応液の340nmの吸光度の変化を調べることにより酵素活性を測定した。測定時の反応温度は37℃にした。メチルアミンを基質としたときを100%として相対活性の結果を表5に示した。
<Substrate specificity of this enzyme when NADPH is used as a coenzyme>
The purified main enzyme was obtained from the Escherichia coli clonal strain in the same manner as in Example 4.
Enzyme activity was determined by examining the change in absorbance at 340 nm of the reaction solution in which various amines shown in Table 5 were added to a final concentration of 60 mM, NADPH to a final concentration of 0.2 mM, and β-phenylpyruvic acid to a final concentration of 10 mM. Was measured. The reaction temperature during the measurement was 37 ° C. The results of relative activity are shown in Table 5, with methylamine as the substrate as 100%.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

<D−アミノ酸オキシダーゼとの共反応(1)>
実施例4と同様な方法で大腸菌クローン株の精製本酵素を得た。
これに最終濃度50mMとなるようにDL−ピペコリン酸(東京化成社製)、最終濃度100mM
のNADPH、トリス塩酸緩衝液(pH9)を最終濃度100mMとなるように加えた反応液
100μlにD−アミノ酸オキシダーゼ(シグマ社製 porcine kidney由来)を0.052unit加えた。このとき反応液中の本酵素の蛋白量は26.5μgとなるようにした。測定時の反応温度は30℃にした。
<Co-reaction with D-amino acid oxidase (1)>
Purification of E. coli clonal strain This enzyme was obtained in the same manner as in Example 4.
DL-pipecolic acid (manufactured by Tokyo Chemical Industry Co., Ltd.) to a final concentration of 50 mM, final concentration of 100 mM
0.052 units of D-amino acid oxidase (derived from porcine kidney manufactured by Sigma) was added to 100 μl of the reaction solution in which NADPH and Tris-HCl buffer (pH 9) were added to a final concentration of 100 mM. At this time, the amount of the protein of the present enzyme in the reaction solution was adjusted to 26.5 μg. The reaction temperature during the measurement was 30 ° C.

900分後反応液にトリクロロ酢酸を最終濃度2%となるように25μl添加し反応を
終了させた。
反応液を下記条件のHPLCで分析した。
カラム:CHIRALPAK WE 250 x 4.6mm (Daicel社製)
溶離液:2mM CuSO4
流速:0.5 ml/min
温度:50度
検出:UV254nm
測定の結果D-ピペコリン酸は完全に消失しており、L−ピペコリン酸が45mM濃度生成されていた。
After 900 minutes, 25 μl of trichloroacetic acid was added to the reaction solution to a final concentration of 2% to complete the reaction.
The reaction solution was analyzed by HPLC under the following conditions.
Column: CHIRALPAK WE 250 x 4.6mm (Daicel)
Eluent: 2 mM CuSO 4
Flow rate: 0.5 ml / min
Temperature: 50 degrees Detection: UV254nm
As a result of the measurement, D-pipecolic acid was completely lost, and L-pipecolic acid was produced at a concentration of 45 mM.

<D−アミノ酸オキシダーゼとの共反応(2)>
DL−ピペコリン酸を用いる代わりにD−プロリンを用いた以外は実施例14と同様に行った。600分後D−プロリンは完全に消失しL−プロリンが45mM生成していた。
<Co-reaction with D-amino acid oxidase (2)>
The same procedure as in Example 14 was performed except that D-proline was used instead of DL-pipecolic acid. After 600 minutes, D-proline disappeared completely and 45 mM of L-proline was produced.

<枯草菌からのグルコース脱水素酵素遺伝子のクローニング>
枯草菌(Bacillus subtilis 株)をLB培地上で培養し、菌体を調製した。菌体から染色体DNAの調製はQiagen kit(Qiagen社製)を用い、付属マニュアル記載の方法により行った。
NADPHの再生を行わせるために、文献(J.Bacteriol.166,238-243(1986))記載の枯草菌由来グルコース脱水素酵素(以下「GDH」と略記することがある)遺伝子のクローニングを行った。文献記載の塩基配列を元に、GDH遺伝子のオープンリーディングフレーム部分ののみをPCRクローニングするため構造遺伝子の5'-末端、3'-末端の配列を元にプラ
イマー BsuG#S(配列番号6)、BsuG#A(配列番号7)を合成した。上記により調製した枯草菌染色体DNAを鋳型としてPCR(94℃、30秒、54℃、30秒、72℃1分)を30サイクル行い、
特異的な増幅DNAを得た。得られたDNA断片をEcoRIとHindIIIの2種類の制限酵素で消化し
た。プラスミドベクターpKK223-3(アマシャム−ファルマシア社製)をEcoRIとHindIIIで消化し、上記PCR増幅DNA断片をT4DNAリガーゼで連結し、pKK223-3GDHを得た。挿入断片の塩基配列解析を行った結果、データベース(DDBJ AccessionNo. M12276)に収録されている塩基配列と全て一致した。得られたGDH遺伝子の塩基配列を配列番号8に示す。
<Cloning of glucose dehydrogenase gene from Bacillus subtilis>
Bacillus subtilis (Bacillus subtilis strain) was cultured on LB medium to prepare bacterial cells. Chromosomal DNA was prepared from the cells using a Qiagen kit (Qiagen) according to the method described in the attached manual.
In order to regenerate NADPH, a Bacillus subtilis-derived glucose dehydrogenase (hereinafter sometimes abbreviated as “GDH”) gene described in the literature (J. Bacteriol. 166, 238-243 (1986)) was cloned. Based on the nucleotide sequence described in the literature, the primer BsuG # S (SEQ ID NO: 6) based on the 5'-end and 3'-end sequences of the structural gene for PCR cloning of only the open reading frame part of the GDH gene, BsuG # A (SEQ ID NO: 7) was synthesized. Using the Bacillus subtilis chromosomal DNA prepared above as a template, PCR (94 ° C, 30 seconds, 54 ° C, 30 seconds, 72 ° C 1 minute) was performed for 30 cycles,
Specific amplified DNA was obtained. The obtained DNA fragment was digested with two types of restriction enzymes, EcoRI and HindIII. Plasmid vector pKK223-3 (Amersham-Pharmacia) was digested with EcoRI and HindIII, and the PCR amplified DNA fragment was ligated with T4 DNA ligase to obtain pKK223-3GDH. As a result of analyzing the base sequence of the inserted fragment, all the base sequences recorded in the database (DDBJ Accession No. M12276) matched. The base sequence of the obtained GDH gene is shown in SEQ ID NO: 8.

<N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼと共発現できるGDHプラスミドpSTV28-GDHの構築>
実施例16で構築したpKK223-3GDHをEcoRI、PstIの2種類の制限酵素で消化し、枯草菌GDH遺伝子を含む断片を調製した。プラスミドベクターpSTV28(TAKARA社製)をEcoRI、PstI
で消化し、上記GDHを含む断片をT4DNAリガーゼで連結し、pSTV28-GDHを得た。
<Construction of GDH plasmid pSTV28-GDH capable of co-expression with N-methyl-L-amino acid dehydrogenase>
PKK223-3GDH constructed in Example 16 was digested with two types of restriction enzymes, EcoRI and PstI, to prepare a fragment containing the Bacillus subtilis GDH gene. Plasmid vector pSTV28 (manufactured by TAKARA) was used for EcoRI and PstI
The fragment containing GDH was ligated with T4 DNA ligase to obtain pSTV28-GDH.

<枯草菌由来GDHとN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの大腸菌における共発
現>
実施例2で構築したpENMadh を保持する大腸菌BL21(DE3) クローン株をpSTV28-GDHで形質転換した。組み換え大腸菌を100ug/mLのアンピシリン、25ug/mLのクロラムフェニコー
ルを含む液体LB培地に植菌し17時間培養した後、1mM IPTGを添加し、さらに3時間培養した。集菌後、20mM Tris-HCL (pH7.0) にて懸濁し、超音波破砕によって得られた細胞粗抽出液の酵素活性を測定した。
(1)共発現株におけるN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性の測定
共発現株におけるN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性の測定は100mM bis-trispropaneバッファー(pH10.0)、0.2mM NADPH、30mM methylamine、10mM ピルビン酸
ナトリウムを含む反応液で30℃で行った。1Uは上記反応条件で1分間に1μmolのNADPHを酸化する酵素量とした。その結果、6.6U/mg蛋白であった。
(2)共発現株におけるグルコース脱水素酵素活性の測定
粗酵素10μlにグルコースを最終濃度100mM、NADPを最終濃度2mM、トリス塩酸緩
衝液(pH9.0)を最終濃度100mM、となるように加えた反応液1mlの340nmの吸光度の変化を調べることにより酵素活性を測定した。測定時の反応温度は30℃にした。一
分間に1マイクロモルのグルコースと反応する酵素量を1unitとして蛋白量あたりのunit数(u/mg)を求めた。その結果、1mg蛋白あたり3.4Uであった。
<Coexpression of Bacillus subtilis-derived GDH and N-methyl-L-amino acid dehydrogenase in E. coli>
The Escherichia coli BL21 (DE3) clonal strain carrying pENMadh constructed in Example 2 was transformed with pSTV28-GDH. The recombinant Escherichia coli was inoculated into a liquid LB medium containing 100 ug / mL ampicillin and 25 ug / mL chloramphenicol and cultured for 17 hours. Then, 1 mM IPTG was added, and further cultured for 3 hours. After collection, the cells were suspended in 20 mM Tris-HCL (pH 7.0), and the enzyme activity of the crude cell extract obtained by ultrasonic disruption was measured.
(1) Measurement of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity in the co-expression strain N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity in the co-expression strain was measured with 100 mM bis-trispropane buffer (pH 10.0), 0.2 mM NADPH, 30 mM. The reaction was performed at 30 ° C. with a reaction solution containing methylamine and 10 mM sodium pyruvate. 1 U was defined as the amount of enzyme that oxidizes 1 μmol of NADPH per minute under the above reaction conditions. As a result, it was 6.6 U / mg protein.
(2) Measurement of glucose dehydrogenase activity in co-expression strains Glucose was added to 10 μl of crude enzyme to a final concentration of 100 mM, NADP at a final concentration of 2 mM, and Tris-HCl buffer (pH 9.0) at a final concentration of 100 mM. The enzyme activity was measured by examining the change in absorbance at 340 nm of 1 ml of the reaction solution. The reaction temperature during the measurement was 30 ° C. The number of units per protein amount (u / mg) was determined with the amount of enzyme that reacts with 1 micromole of glucose per minute as 1 unit. As a result, it was 3.4 U per 1 mg protein.

<グルコース脱水素酵素/N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ共発現形質転換体を用いたL−ピペコリン酸の合成>
実施例18で得られた大腸菌を実施例18と同様に培養し培養液100mlを得た。培養後、遠心分離により菌体を集め、0.85%の食塩を含む20mMトリス−塩酸緩衝液(pH 7.0)40mlで2回洗浄休止菌体を得た。
この休止菌体を一度―80度に凍結させた。凍結菌体に4mlの20mMトリス−塩酸緩衝液(pH 7.0)を加え菌体を融解し強く攪拌した。これに最終濃度1mMとなる
ようにPMSFを加え超音波破砕し遠心分離後蛋白濃度が15g/Lの粗酵素液を得た。
得られた粗酵素液に最終濃度1%のL−リジン(キシダ化学社製)、最終濃度0.2 mMのNADP、最終濃度100 mMのグルコース、および最終濃度1mMのFAD(ナカライテスク社製)、最終濃度1.5 U/mlのL-Lysine oxidase(生化学工業製)、最終濃度14 u/mlの
カタラーゼ(Sigma社製)最終濃度100mMトリス−塩酸緩衝液(pH 7.5)を含む反応液を加え粗酵素の蛋白量を1.5 g/Lとなるようにした。全量で10mlとした。反応
は30℃で、10規定の水酸化ナトリウム水溶液でpHを5.1〜7.6に調整しながら、撹拌しつつ行った。
5時間後 さらに0.5%のL−リジン、7u/mlのカタラーゼ、100mMのグルコース
を加えさらに反応を15時間まで続けた。
反応液を下記条件のHPLCで分析した。
カラム:CHIRALPAK WE 250 x 4.6mm (Daicel社製)
溶離液:2mM CuSO4
流速:0.75 ml/min
温度:50度
検出:UV254nm
15時間反応後のL−ピペコリン酸の濃度は14g/Lであった(反応収率98%)。またD−ピペコリン酸のピークは見られなかった。
<Synthesis of L-pipecolic acid using glucose dehydrogenase / N-methyl-L-amino acid dehydrogenase co-expression transformant>
The Escherichia coli obtained in Example 18 was cultured in the same manner as in Example 18 to obtain 100 ml of a culture solution. After culturing, the cells were collected by centrifugation, and washed twice with 40 ml of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) containing 0.85% sodium chloride to obtain resting cells.
The resting cells were frozen once at -80 degrees. To the frozen cells, 4 ml of 20 mM Tris-HCl buffer (pH 7.0) was added to thaw the cells and stir vigorously. PMSF was added to this so as to have a final concentration of 1 mM, and sonicated to obtain a crude enzyme solution having a protein concentration of 15 g / L after centrifugation.
The resulting crude enzyme solution was added to a final concentration of 1% L-lysine (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), final concentration of 0.2 mM NADP, final concentration of 100 mM glucose, and final concentration of 1 mM FAD (manufactured by Nacalai Tesque). Add a reaction solution containing L-Lysine oxidase with a concentration of 1.5 U / ml (manufactured by Seikagaku Corporation), catalase with a final concentration of 14 u / ml (manufactured by Sigma) and a final concentration of 100 mM Tris-HCl buffer (pH 7.5). The protein amount of the crude enzyme was adjusted to 1.5 g / L. The total volume was 10 ml. The reaction was carried out at 30 ° C. with stirring while adjusting the pH to 5.1 to 7.6 with a 10N aqueous sodium hydroxide solution.
After 5 hours, 0.5% L-lysine, 7 u / ml catalase and 100 mM glucose were added, and the reaction was continued for 15 hours.
The reaction solution was analyzed by HPLC under the following conditions.
Column: CHIRALPAK WE 250 x 4.6mm (Daicel)
Eluent: 2 mM CuSO 4
Flow rate: 0.75 ml / min
Temperature: 50 degrees Detection: UV254nm
The concentration of L-pipecolic acid after the reaction for 15 hours was 14 g / L (reaction yield: 98%). Moreover, the peak of D-pipecolic acid was not seen.

<グルコース脱水素酵素/N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ共発現形質転換体を用いたL−ヒドロキシプロリンの合成>
実施例19と同様に粗酵素液を得た。
得られた粗酵素液に最終濃度10mMのcis-D−ヒドロキシプロリン(渡辺化学社製)、最終濃度1mMのNADP、最終濃度100mMのグルコース、および最終濃度0.1mMのFAD(ナカライテスク社製)、最終濃度0.5U/mlのD-amino acid oxidase(Porcine kidney 由来:和光社製)、最終濃度50u/mlのカタラーゼ(Sigma社製)最終濃度100mMトリス−
塩酸緩衝液(pH 8)を含む反応液を加え粗酵素を10分の1量加えた。全量で0.2mlとした。反応は30℃で24時間反応させた。また同時に粗酵素液を入れないものも反応させた。
<Synthesis of L-hydroxyproline using a glucose dehydrogenase / N-methyl-L-amino acid dehydrogenase co-expression transformant>
A crude enzyme solution was obtained in the same manner as in Example 19.
To the obtained crude enzyme solution, a final concentration of 10 mM cis-D-hydroxyproline (manufactured by Watanabe Chemical), a final concentration of 1 mM NADP, a final concentration of 100 mM glucose, and a final concentration of 0.1 mM FAD (manufactured by Nacalai Tesque), Final concentration 0.5 U / ml D-amino acid oxidase (derived from Porcine kidney: Wako), final concentration 50 u / ml catalase (Sigma), final concentration 100 mM Tris
A reaction solution containing a hydrochloric acid buffer (pH 8) was added, and the crude enzyme was added in an amount of 1/10. The total volume was 0.2 ml. The reaction was carried out at 30 ° C. for 24 hours. At the same time, a reaction product without a crude enzyme solution was also reacted.

反応液を下記条件のHPLCで分析した。
カラム:MCI GEL CRS10W (4.6x500mm) (三菱化学社製)
溶離液:0.4mM CuSO4
流速:0.5 ml/min
温度:40度
検出:UV254nm
その結果、粗酵素液を添加したものは9.5mMのL−ヒドロキシプロリンが生成していた
。粗酵素液を加えないものにはL−ヒドロキシプロリンの生成は見られなかった。
The reaction solution was analyzed by HPLC under the following conditions.
Column: MCI GEL CRS10W (4.6x500mm) (Mitsubishi Chemical Corporation)
Eluent: 0.4 mM CuSO4
Flow rate: 0.5 ml / min
Temperature: 40 degrees Detection: UV254nm
As a result, 9.5 mM L-hydroxyproline was produced when the crude enzyme solution was added. No L-hydroxyproline was produced in the case where the crude enzyme solution was not added.

<グルコース脱水素酵素/N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ共発現形質転換体を用いたL−ピペコリン酸の合成>
実施例20と同様にD−リジン(東京化成社製)、DL−ピペコリン酸(東京化成社製)、D−オルニチン(東京化成社製)で行った。
D−リジンからはL−ピペコリン酸が5.9mM生成していた。粗酵素を入れない方には生
成は見られなかった。
<Synthesis of L-pipecolic acid using glucose dehydrogenase / N-methyl-L-amino acid dehydrogenase co-expression transformant>
It carried out similarly to Example 20 with D-lysine (made by Tokyo Chemical Industry), DL-pipecolic acid (made by Tokyo Chemical Industry), and D-ornithine (made by Tokyo Chemical Industry).
5.9 mM L-pipecolic acid was produced from D-lysine. No production was seen in those without the crude enzyme.

DL−ピペコリン酸からはL−ピペコリン酸が10mM生成していた。粗酵素を入れない方には生成は見られなかった。   10 mM of L-pipecolic acid was produced from DL-pipecolic acid. No production was seen in those without the crude enzyme.

<グルコース脱水素酵素/N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ共発現形質転換体を用いたL−プロリンの合成>
D−オルニチンからはL−プロリンが6.8mM生成していた。但し粗酵素を入れない方に
も生成がみられ、L−プロリンが6.1mM生成していた。これはD−アミノ酸オキシダーゼ
で生じたΔ1―ピロリジン2−カルボン酸が自然にラセミ体プロリンとなり、D−プロリンは再びD−アミノ酸オキシダーゼの作用を受けΔ1―ピロリジン2−カルボン酸となり、結果、L−プロリンが蓄積していると考えられる。
<Synthesis of L-proline using glucose dehydrogenase / N-methyl-L-amino acid dehydrogenase co-expression transformant>
6.8 mM L-proline was produced from D-ornithine. However, production was also observed in the case where the crude enzyme was not added, and 6.1 mM L-proline was produced. This is because Δ1-pyrrolidine 2-carboxylic acid produced by D-amino acid oxidase naturally becomes racemic proline, and D-proline is again subjected to the action of D-amino acid oxidase to become Δ1-pyrrolidine 2-carboxylic acid. Proline is thought to have accumulated.

<ジアミノ酸から、環内に硫黄原子を含む光学活性環状アミノ酸および環内に酸素原子を含む光学活性環状アミノ酸の合成>
実施例19と同様に粗酵素液を得た。
最終濃度10mMのL−リジン(キシダ化学社製)、アミノエチル−L−システイン(ICN社製)、または(S)−(+)−2−アミノー3−(2−アミノエトキシ)プロパン酸一塩酸塩((S)-(+)-2-Amino-3-(2-amino ethoxy) propanoic acid monohydrochrolide)
(アルドリッチ社製)各々に、最終濃度5.4mMのNADP、最終濃度108mMのグルコース、最終濃度0.1mMのFAD(ナカライテスク社製)、最終濃度0.8U/mlのL-Lysine oxidase(生化学工業製)、最終濃度54u/mlのカタラーゼ(Sigma社製)、および最終濃度100
mMトリス−塩酸緩衝液(pH 8.2)を含む反応液に粗酵素を10分の1量加え、全量で0.2mlとした。反応は30℃で24時間反応させた。また同時に粗酵素液を入れないものもコントロールとして反応させた。
<Synthesis of an optically active cyclic amino acid containing a sulfur atom in the ring and an optically active cyclic amino acid containing an oxygen atom in the ring from a diamino acid>
A crude enzyme solution was obtained in the same manner as in Example 19.
L-lysine (manufactured by Kishida Chemical Co., Ltd.), aminoethyl-L-cysteine (manufactured by ICN), or (S)-(+)-2-amino-3- (2-aminoethoxy) propanoic acid monohydrochloride with a final concentration of 10 mM Salt ((S)-(+)-2-Amino-3- (2-amino ethoxy) propanoic acid monohydrochrolide)
(Aldrich), final concentration 5.4 mM NADP, final concentration 108 mM glucose, final concentration 0.1 mM FAD (Nacalai Tesque), final concentration 0.8 U / ml L-Lysine oxidase (manufactured by Seikagaku Corporation) ), Final concentration of 54 u / ml catalase (Sigma), and final concentration of 100
The reaction mixture containing mM Tris-HCl buffer (pH 8.2) was added with an amount of the crude enzyme of 1/10 to make a total volume of 0.2 ml. The reaction was carried out at 30 ° C. for 24 hours. At the same time, a reaction without a crude enzyme solution was also reacted as a control.

反応液を下記条件のHPLCで分析した。
カラム:MCI GEL CRS10W (4.6x500mm) (三菱化学社製)
溶離液:0.4mM CuSO4
流速:0.5 ml/min
温度:40度
検出:UV254nm
その結果、L−リジンからはL−ピペコリン酸が9.9mM生成していた。粗酵素を加えないコントロールでは生成は見られなかった。
The reaction solution was analyzed by HPLC under the following conditions.
Column: MCI GEL CRS10W (4.6x500mm) (Mitsubishi Chemical Corporation)
Eluent: 0.4 mM CuSO4
Flow rate: 0.5 ml / min
Temperature: 40 degrees Detection: UV254nm
As a result, 9.9 mM of L-pipecolic acid was produced from L-lysine. No production was seen in the control without addition of the crude enzyme.

アミノエチルシステインに粗酵素液を添加したものはリテンションタイム12.1分の所にピークが生成していた。粗酵素液を加えないものにはこのピークの生成は見られなかった。
本生成物は以下の反応式により生じたL体環状アミノ酸であるL−3−チオモルフォリンカルボン酸(R−3−チオモルフォリンカルボン酸)と考えられる。
A peak was generated at a retention time of 12.1 minutes when aminoethylcysteine was added to the crude enzyme solution. This peak was not generated in the case where the crude enzyme solution was not added.
This product is considered to be L-3-thiomorpholine carboxylic acid (R-3-thiomorpholine carboxylic acid) which is an L-form cyclic amino acid generated by the following reaction formula.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

2−アミノ−3−(2−アミノエトキシ)プロパン酸に粗酵素液を添加したものはリテンションタイム7.8分の所にピークが生成していた。粗酵素液を加えないものにはこのピークの生成は見られなかった。
本生成物は以下の反応式により生じたL体環状アミノ酸であるL−3−モルフォリンカルボン酸と考えられる。
In the case where 2-amino-3- (2-aminoethoxy) propanoic acid was added with the crude enzyme solution, a peak was generated at a retention time of 7.8 minutes. This peak was not generated in the case where the crude enzyme solution was not added.
This product is considered to be L-3-morpholine carboxylic acid which is an L-form cyclic amino acid generated by the following reaction formula.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

<LC−Massによる生成物の確認>
実施例23で生成された3−チオモルフォリンカルボン酸および3−モルフォリンカルボン酸を確認するために、精製およびLC−Massを用いた分析を行った。
シリカゲルのTLC(Merck社製 1.05715)にて環状アミノ酸と原料のアミノ酸を分離する条件を検討したところ、展開液にメタノール:水:アセトニトリル=1:1:4を用いると原料のアミノ酸は原点にとどまり環状のアミノ酸は展開され効率良く分離出来ることがわかった。またニンヒドリンによる発色で環状アミノ酸は特徴的な色となり通常のアミノ酸と区別する事が出来た。例えばこの条件でピペコリン酸はRf=0.22で紫色の発色、プロリンはRf=0.20で黄色の発色である。実施例23のアミノエチルシステインの反応液をこの条件で分析すると、Rf=0.32にうすい群青色の発色のスポットが見られた。2−アミノー3−(2−アミノエトキシ)プロパン酸の反応液をこの条件で分析すると、Rf=0.23にマゼンダ色の発色のスポットが見られた。
<Confirmation of product by LC-Mass>
In order to confirm 3-thiomorpholine carboxylic acid and 3-morpholine carboxylic acid produced in Example 23, purification and analysis using LC-Mass were performed.
The conditions for separating cyclic amino acid and raw material amino acid were examined by silica gel TLC (Merck 1.05715). When methanol: water: acetonitrile = 1: 1: 4 was used as the developing solution, the raw material amino acid remained at the origin. It was found that cyclic amino acids were developed and can be separated efficiently. In addition, the cyclic amino acids became distinctive colors due to the color developed by ninhydrin and could be distinguished from ordinary amino acids. For example, under this condition, pipecolic acid has a purple color with Rf = 0.22, and proline has a yellow color with Rf = 0.20. When the reaction solution of aminoethylcysteine of Example 23 was analyzed under these conditions, a light blue colored spot was observed at Rf = 0.32. When the reaction solution of 2-amino-3- (2-aminoethoxy) propanoic acid was analyzed under these conditions, a magenta colored spot was observed at Rf = 0.23.

全ての反応液をPLCプレート(Merck社製 ART13793)にスポットし、十分に乾燥さ
せた後にメタノール:水:アセトニトリル=1:1:4の組成の展開液で展開した。プレートの一部を切り取りニンヒドリンで発色させ目的物の位置を確認した。該当部分を掻き取り、メタノールにて溶出し、シリカゲルを濾紙で除去し、このメタノール溶出液を濃縮した。濃縮物を少量の水で溶かし塩酸を入れて酸性にした後に、H型に再生した強酸性のカチオン交換樹脂(三菱化学製 SK1B)に吸着させ、樹脂を蒸留水で洗浄し、1Nのアンモニア水で溶出した。溶出液を濃縮しメタノール少量で溶かした。TLCで環状アミノ酸部分が精製されたきたか確認後、以下の条件のLC−Massで分析した。
All the reaction solutions were spotted on a PLC plate (Merck ART13793), sufficiently dried, and then developed with a developing solution having a composition of methanol: water: acetonitrile = 1: 1: 4. A part of the plate was cut out and developed with ninhydrin to confirm the position of the target. The relevant part was scraped off and eluted with methanol, the silica gel was removed with filter paper, and the methanol eluate was concentrated. The concentrate is dissolved in a small amount of water, acidified with hydrochloric acid, adsorbed on a strongly acidic cation exchange resin (SK1B manufactured by Mitsubishi Chemical) regenerated to H type, washed with distilled water, and washed with 1N ammonia water. Eluted with. The eluate was concentrated and dissolved with a small amount of methanol. After confirming whether the cyclic amino acid moiety was purified by TLC, analysis was performed by LC-Mass under the following conditions.

LC−Mass装置 ヒューレットパッカード社1100MSD
HPLCカラム Imtakt社製 UK-C18 (250 x 4.6 mm)
溶離液 10%アセトニトリル
流速 0.5 ml/min
温度 40度
圧力 91bar
UV210nm
イオン化電圧 20V
イオン化法 API−ES法
正イオン測定モード
LC-Mass device Hewlett Packard 1100MSD
HPLC column Imtakt UK-C18 (250 x 4.6 mm)
Eluent 10% acetonitrile Flow rate 0.5 ml / min
Temperature 40 degrees Pressure 91 bar
UV210nm
Ionization voltage 20V
Ionization method API-ES method Positive ion measurement mode

アミノエチルシステインの反応液から精製してきたサンプルを分析するとリテンションタイム6.8のピークは分子イオンm/z148.1を示し、プロトンが1個付加されているので化合物の分子量は147.1となり、3−チオモルフォリンカルボン酸の分子量と一致した。
2−アミノ−3−(2−アミノエトキシ)プロパン酸反応液から精製してきたサンプルはリテンションタイム5.7のピークが分子イオンm/z132.1であり、プロトンが1個付加されているので化合物の分子量は131.1となり、3−モルフォリンカルボン酸の分子量と一致していた。
When the sample purified from the reaction solution of aminoethylcysteine was analyzed, the peak of retention time 6.8 showed molecular ion m / z 148.1, and since one proton was added, the molecular weight of the compound was 147.1, Consistent with the molecular weight of 3-thiomorpholine carboxylic acid.
The sample purified from the 2-amino-3- (2-aminoethoxy) propanoic acid reaction solution has a retention time of 5.7 peak with molecular ion m / z 132.1, and one proton is added. The molecular weight of was 131.1, which was consistent with the molecular weight of 3-morpholinecarboxylic acid.

<アミノプロピルLシステインから[1,4]チアゼパン−3−カルボン酸([1,4]thiazepane-3-carboxylic acid)の生成反応>
L-システインとブロモプロピルアミンより公知の方法(DE2217895)を用いてアミノプロピル−L−システインを合成した。
実施例23と同様に反応を行った。これを実施例24と同様にTLCとLC−Massで分析した。TLCではRf=0.30でマゼンダ色の発色であった。LC−Massではrt=6.9に分子イオンm/z162.10のヒ゜ークが確認された。これは、[1,4] チアゼパン−3−カルボン酸の分子量161.10にプロトンが付加したものと一致する。

Figure 0004590981
<Production reaction of [1,4] thiazepane-3-carboxylic acid from aminopropyl L-cysteine>
Aminopropyl-L-cysteine was synthesized from L-cysteine and bromopropylamine using a known method (DE2217895).
The reaction was carried out in the same manner as in Example 23. This was analyzed by TLC and LC-Mass as in Example 24. In TLC, the color was magenta with Rf = 0.30. In LC-Mass, a peak of molecular ion m / z 162.10 was confirmed at rt = 6.9. This is consistent with the addition of a proton to the molecular weight 161.10 of [1,4] thiazepan-3-carboxylic acid.
Figure 0004590981

<[1,4] チアゼパン−3−カルボン酸([1,4]thiazepane-3-carboxylic acid)の同定>
実施例19と同様に粗酵素液を得た。
最終濃度85mMのアミノプロピルLシステイン、最終濃度0.1mMのFAD(ナカライテス
ク社製)、最終濃度0.65U/mlのL-Lysine oxidase(生化学工業製)、最終濃度123u/mlの
カタラーゼ(Sigma社製)、および最終濃度100mMトリス-塩酸緩衝液(pH 8.2)
を含む反応液10mlを室温で5時間攪拌した。そこに粗酵素を1ml、最終濃度1mMのNADP、最終濃度233mMのグルコースを加えた。28℃で3日反応させた。
<Identification of [1,4] thiazepane-3-carboxylic acid>
A crude enzyme solution was obtained in the same manner as in Example 19.
Final concentration of 85 mM aminopropyl Lcysteine, final concentration of 0.1 mM FAD (Nacalai Tesque), final concentration of 0.65 U / ml L-Lysine oxidase (Seikagaku), final concentration of 123 u / ml catalase (Sigma) Manufactured), and a final concentration of 100 mM Tris-HCl buffer (pH 8.2)
10 ml of the reaction solution containing was stirred at room temperature for 5 hours. 1 ml of crude enzyme, NADP with a final concentration of 1 mM, and glucose with a final concentration of 233 mM were added thereto. The reaction was carried out at 28 ° C. for 3 days.

これにメタノール10ml、アセトニトリル30ml、活性炭1gを加え良く攪拌後遠心分離し、上清を0.20μmのフィルターで濾過後、濃縮した。これを実施例24と同様にPLC
とSK1Bで精製した。精製サンフ゜ルを少量のメタノールで溶解した所にアセトンを入れ晶析さ
せた。結晶は白色であった。晶析サンフ゜ルを1H−NMRおよび13C−NMRで分析した。
1H−NMR(400MHz, D2O): δ = 4.01 (1H, t, J =6.3Hz), 3.19-3.45(3H, m), 3.10(1H, dd, J =15.9, 6.8 Hz), 2.63-2.82(2H, m), 2.14(2H, dt, J =10.9, 5.1Hz)
13C−NMR (100MHz, D2O): δ = 31.9, 34.2, 34.5, 46.3, 64.8, 175.0
このデーターから[1,4] チアゼパン−3−カルボン酸であることが確認された。
またさらに確証を得るために以下のように高分解能の質量分析測定を行った。
To this was added 10 ml of methanol, 30 ml of acetonitrile and 1 g of activated carbon, and the mixture was stirred well and centrifuged. The supernatant was filtered through a 0.20 μm filter and concentrated. This is the same as in Example 24.
And purified with SK1B. Acetone was crystallized in a place where the purified sample was dissolved in a small amount of methanol. The crystals were white. The crystallized sample was analyzed by 1 H-NMR and 13 C-NMR.
1 H-NMR (400 MHz, D 2 O): δ = 4.01 (1H, t, J = 6.3 Hz), 3.19-3.45 (3H, m), 3.10 (1H, dd, J = 15.9, 6.8 Hz), 2.63 -2.82 (2H, m), 2.14 (2H, dt, J = 10.9, 5.1Hz)
13 C-NMR (100 MHz, D 2 O): δ = 31.9, 34.2, 34.5, 46.3, 64.8, 175.0
This data confirmed [1,4] thiazepan-3-carboxylic acid.
In order to obtain further confirmation, high-resolution mass spectrometry was performed as follows.

イオン化法;DEI(+)
日本電子 JMS−700 質量分析計
ScanMode EF
校正物質 PFK
その結果分子量161.0509 (Err-mmu −0.1)と分子組成 C6 H11 O2 N1 S1 と測定された
。これはNMR分析より同定した構造を指示する組成式であった。
Ionization method; DEI (+)
JEOL JMS-700 Mass Spectrometer
ScanMode EF
Calibration material PFK
As a result, the molecular weight was 161.0509 (Err-mmu -0.1) and the molecular composition was C6 H11 O2 N1 S1. This was a composition formula indicating the structure identified by NMR analysis.

<L-3-モルフォリンカルボン酸の同定>
実施例19と同様に粗酵素液を得た。
159mgのLアミノエチルセリン(和光純薬製)を蒸留水6mlにとかし、1mMのFAD(ナカライテスク社製)を含んだ12.5U/mlのL-Lysine oxidase(生化学工業製)を0.5ml、1175unitsのカタラーゼ(Sigma社製)、および1Mトリス-塩酸緩衝液(pH 8.2)1ml加え28度で一日攪拌した。そこに粗酵素を1ml、50mMのNADPを0.2
ml、50%のグルコースを0.8ml加えた室温で反応した。7時間後L-Lysine oxidase溶液を0.4ml追加し、さらに5日反応させた。
<Identification of L-3-morpholine carboxylic acid>
A crude enzyme solution was obtained in the same manner as in Example 19.
Dissolve 159 mg of L-aminoethylserine (manufactured by Wako Pure Chemical Industries) in 6 ml of distilled water, and add 12.5 U / ml of L-Lysine oxidase (manufactured by Seikagaku Corporation) containing 1 mM FAD (manufactured by Nacalai Tesque). 5 ml, 1175 units catalase (manufactured by Sigma), and 1 ml of 1M Tris-HCl buffer (pH 8.2) were added and stirred at 28 degrees for one day. 1 ml of crude enzyme and 0.2 mM of 50 mM NADP
The reaction was performed at room temperature with addition of 0.8 ml of 50% glucose. Seven hours later, 0.4 ml of L-Lysine oxidase solution was added, and the mixture was further reacted for 5 days.

これにメタノール20ml、アセトニトリル20ml、活性炭1gを加え良く攪拌後遠心分
離し、上清を0.20μmのフィルターで濾過後、濃縮した。これを実施例24と同様にPL
CとSK1Bで精製した。精製サンプルを少量のメタノールで溶解した所にアセトンを入れ晶析させた。結晶は白色であった。晶析サンプルを1H−NMRで分析した。
1H−NMR(400MHz, D2O): δ = 4.04 (1H, dd, J =11.6, 3.0Hz), 3.82(1H, dt, J =12.4, 3.6Hz), 3.55-3.67(3H, m), 3.13(1H, dt, J =13.1, 3.0Hz), 2.98(1H, ddd, J =13.4, 10.1, 0.9Hz)
このデーターからL-3-モルフォリンカルボン酸であることが確認された。
20 ml of methanol, 20 ml of acetonitrile and 1 g of activated carbon were added thereto, and the mixture was stirred well and centrifuged. The supernatant was filtered through a 0.20 μm filter and concentrated. In the same manner as in Example 24, PL
Purified with C and SK1B. Acetone was crystallized from the purified sample dissolved in a small amount of methanol. The crystals were white. The crystallized sample was analyzed by 1 H-NMR.
1 H-NMR (400 MHz, D 2 O): δ = 4.04 (1H, dd, J = 11.6, 3.0 Hz), 3.82 (1H, dt, J = 12.4, 3.6 Hz), 3.55-3.67 (3H, m) , 3.13 (1H, dt, J = 13.1, 3.0Hz), 2.98 (1H, ddd, J = 13.4, 10.1, 0.9Hz)
From this data, it was confirmed to be L-3-morpholinecarboxylic acid.

<L-ホモリジンからアゼパン−2−カルボン酸(azepane-2-carboxylic acid)の生成反
応>
L-ホモリジンは公知の方法(特開昭60−218400)を用いて合成した。
実施例23と同様に反応を行った。これを実施例24と同様に精製を行いTLCとLC−Massで分析した。TLCではRf=0.28で茶色の発色であった。LC−Massではrt=7.17に分子イオンm/z145.10のピークが確認された。これはアゼパンー2−カルボン酸の分子量144.10にプロトンが付加したものと一致する。またH−NMRで測定したところ公知の文献(Liebigs Ann. Chem 1989, pp11215-1232)に記載されている値と一致した。

Figure 0004590981
<Production reaction of azepane-2-carboxylic acid from L-homolysine>
L-homolysine was synthesized using a known method (Japanese Patent Laid-Open No. 60-218400).
The reaction was carried out in the same manner as in Example 23. This was purified in the same manner as in Example 24 and analyzed by TLC and LC-Mass. TLC showed a brown color with Rf = 0.28. In LC-Mass, a peak of molecular ion m / z 145.10 was confirmed at rt = 7.17. This is consistent with the addition of protons to the molecular weight 144.10 of azepane-2-carboxylic acid. Moreover, when it measured by H-NMR, it corresponded with the value described in the well-known literature (Liebigs Ann. Chem 1989, pp11215-1232).
Figure 0004590981

<5−ヒドロキシ−DL−リジンから4−ヒドロキシピペコリン酸の生成反応>
5−ヒドロキシ−DL−リジンはアルドリッチ社製のものを用いた。
実施例23と同様に反応を行った。これを実施例24と同様に精製を行いTLCとLC−Massで分析した。TLCではRf=0.26でピペコリン酸と同様の紫色の発色であった。LC−Massではrt=5.64に分子イオンm/z146.20のピークが確認された。これは4−ヒドロキシピペコリン酸の分子量145.16にプロトンが付加したものと一致する。またH−NMRで測定したところ公知の文献(Bull. Soc. Chim. Belg. (1982) vol.91, pp.713-723)に記載されているデーターと一致した。
本生成物は、以下の反応式により生じたL体環状アミノ酸であるL−4−ヒドロキシピペコリン酸と考えられる。

Figure 0004590981
<Production reaction of 4-hydroxypipecolic acid from 5-hydroxy-DL-lysine>
5-Hydroxy-DL-lysine manufactured by Aldrich was used.
The reaction was carried out in the same manner as in Example 23. This was purified in the same manner as in Example 24 and analyzed by TLC and LC-Mass. In TLC, Rf = 0.26, which was a purple color similar to pipecolic acid. In LC-Mass, a peak of molecular ion m / z 146.20 was confirmed at rt = 5.64. This is consistent with the addition of a proton to the molecular weight of 145.16 of 4-hydroxypipecolic acid. Moreover, when it measured by H-NMR, it corresponded with the data described in the well-known literature (Bull. Soc. Chim. Belg. (1982) vol.91, pp.713-723).
This product is considered to be L-4-hydroxypipecolic acid, which is an L-form cyclic amino acid generated by the following reaction formula.
Figure 0004590981

本願発明によれば、工業的に安価なジアミノ酸やラセミ体の環状アミノ酸から、中間体として1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を得て、これをN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを用いて還元することにより工業的に安価で、高純度な各種光学活性環状アミノ酸の製造方法を提供することができる。
光学活性環状アミノ酸は下記の化学式に示すとおりL−プロリン(L-Proline)、L−ヒ
ドロキシプロリン(L-hydroxyproline)などの5員環アミノ酸、L−ピペコリン酸(L-Pipecolic acid)などの6員環アミノ酸、アゼチジン−2−カルボン酸(Azetidine-2-carboxylic acid)などの4員環アミノ酸と言ったアミノ酸などがよく知られ、医薬あるいは農薬の
中間原料として注目されている有用な物質である。
According to the present invention, a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position is obtained as an intermediate from an industrially inexpensive diamino acid or a racemic cyclic amino acid, and this is used with N-methyl-L-amino acid dehydrogenase. Thus, it is possible to provide a process for producing various optically active cyclic amino acids that are industrially inexpensive and highly pure.
Optically active cyclic amino acids are 5-membered cyclic amino acids such as L-proline and L-hydroxyproline, and 6-members such as L-Pipecolic acid as shown in the chemical formula below. Amino acids such as cyclic amino acids and 4-membered cyclic amino acids such as azetidine-2-carboxylic acid are well known, and are useful substances that are attracting attention as intermediate materials for pharmaceuticals or agricultural chemicals.

Figure 0004590981
Figure 0004590981

また複素環であるL−チオプロリン(L-Thioproline)やL−モルフォリンカルボン酸(L-3-Morpholine carboxylic acid)、および L−チオモルフォリンカルボン酸(L-3-Thiomor
pholine carboxylic acid)等も医薬あるいは農薬の中間原料として有用な物質として挙げられる。
Heterocyclic L-thioproline (L-Thioproline), L-morpholine carboxylic acid (L-3-Morpholine carboxylic acid), and L-thiomorpholine carboxylic acid (L-3-Thiomor)
Pholine carboxylic acid) is also useful as an intermediate material for pharmaceuticals or agricultural chemicals.

Figure 0004590981

例えば、6員環であるピペコリン酸の誘導体関連の医薬品としては、下記化学式に示すパリナビル(Palinavir)、
Figure 0004590981

For example, as a medicine related to a derivative of pipecolic acid which is a 6-membered ring, parinavir represented by the following chemical formula,

Figure 0004590981
Figure 0004590981

下記化学式に示すセルフォテル(Selfotel)、 Selfotel shown in the following chemical formula,

Figure 0004590981
Figure 0004590981

下記化学式に示すアルガトロバン(Argatroban)、 Argatroban shown in the following chemical formula,

Figure 0004590981
Figure 0004590981

などが知られている(Terence P Keenan et al, Tetrahedron asymmetry vol.10 (1999) p4331-4341)。
またTNF−α変換酵素阻害剤としても、ピペコリン酸の誘導体が利用されている(Michael A Latavic et al, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters (2002) vol.12, pp1387-1390)。
(Terence P Keenan et al, Tetrahedron asymmetry vol.10 (1999) p4331-4341).
Also, derivatives of pipecolic acid have been used as TNF-α converting enzyme inhibitors (Michael A Latavic et al, Bioorganic & Medicinal Chemistry Letters (2002) vol. 12, pp1387-1390).

またプロリン誘導体関連では、下記化学式に示すゼフェノプリル(Zefenopril)、   As for proline derivatives, zefenopril shown in the chemical formula below,

Figure 0004590981
Figure 0004590981

などがある(J Med Chem (1988) vol.31 p1148)。
アゼチジンカルボン酸誘導体では、ゲラチナーゼ阻害剤(gelatinase inhibitor)としての下記化学式に示すニコチアナミン(nicotianamine)、
(J Med Chem (1988) vol.31 p1148).
In azetidine carboxylic acid derivatives, nicotianamine represented by the following chemical formula as gelatinase inhibitor (gelatinase inhibitor),

Figure 0004590981
Figure 0004590981

(Suzuki K et al, J antibiot (1996) vol.49 p1284-)や、喘息薬である下記化学式に
示すBMS-262084
(Suzuki K et al, J antibiot (1996) vol.49 p1284-) and BMS-262084 shown in the following chemical formula, which is an asthma drug

Figure 0004590981
Figure 0004590981

があげられる(Sutton JC et al, Bioorg Med Chem Lett. 2002 12(21) p3229-33)。
複素環では抗炎症剤Z−4003(EP0254354)
(Sutton JC et al, Bioorg Med Chem Lett. 2002 12 (21) p3229-33).
In the heterocyclic ring, anti-inflammatory agent Z-4003 (EP0254354)

Figure 0004590981
Figure 0004590981

にチオプロリンが用いられている。 Thioproline is used in

図1は、本明細書の実施例で使用したN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの至適pHを示すグラフである。FIG. 1 is a graph showing the optimum pH of the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase used in the examples of this specification. 図2は、本明細書の実施例で使用したN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの至適温度を示すグラフである。FIG. 2 is a graph showing the optimum temperature of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase used in Examples of the present specification. 図3は、本明細書の実施例で使用したN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼのpH安定性を示すグラフである。FIG. 3 is a graph showing the pH stability of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase used in the examples of the present specification. 図4は、本明細書の実施例で使用したN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼの熱安定性を示すグラフである。FIG. 4 is a graph showing the thermal stability of the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase used in the examples of the present specification. 図5は、本明細書の実施例で使用したN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼに対するpHの影響を示すグラフである。FIG. 5 is a graph showing the effect of pH on the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase used in the examples herein.

Claims (7)

下記一般式(I)
Figure 0004590981

(式中、Aは、炭素数1〜4の直鎖状のアルキル鎖、又は-CHOHCH 2 -、-CH 2 CHOHCH 2 -、-SCH 2 -、-SC 2 4 -、-SC 3 6 -、-OCH 2 -、-OC 2 4 -、-OC 3 6 -よりなる群から選ばれるヘテロ原子を含むアルキル鎖を示す)で表される1位に二重結合をもつ環状アミノ酸に、シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼまたはそれを含む細胞、同細胞の調製物もしくは同細胞を培養して得られた培養液を作用させて、下記一般式(II)
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表されるL体環状アミノ酸を生成させることを特徴とする、L体環状アミノ酸の製造方法。
The following general formula (I)
Figure 0004590981

(In the formula, A, a linear alkyl chain of 1 to 4 carbon atoms, or -CHOHCH 2 -, - CH 2 CHOHCH 2 -, - SCH 2 -, - SC 2 H 4 -, - SC 3 H 6 -, - OCH 2 -, - OC 2 H 4 -, - OC 3 H 6 - to cyclic amino acid having a double bond at position 1, represented by alkyl chains showing a) containing a heteroatom selected from the group consisting of N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from Pseudomonas bacteria or cells containing the same, a preparation of the cells or a culture solution obtained by culturing the cells, and the following general formula (II)
Figure 0004590981

(Wherein A has the same meaning as described above), to produce an L-form cyclic amino acid.
シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼが、以下の(A)、(B)、または(C)に示すポリペプチドである、請求項1に記載の製造方法:
(A)配列番号1で表されるアミノ酸配列を有するポリペプチド;
(B)配列番号1で表されるアミノ酸配列において、1から10個のアミノ酸が欠失、置換及び/又は付加されたアミノ酸配列を有し、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチド;又は
(C)配列番号1で表されるアミノ酸配列と95%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつ、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するポリペプチド;
The production method according to claim 1, wherein the N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from Pseudomonas is a polypeptide shown in the following (A), (B), or (C):
(A) a polypeptide having the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1;
(B) a polypeptide having an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids are deleted, substituted and / or added in the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity Or (C) a polypeptide having an amino acid sequence having 95 % or more identity with the amino acid sequence represented by SEQ ID NO: 1 and having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity;
N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼを含む細胞が、シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAで形質転換された細胞である、請求項1に記載の製造方法。 The production method according to claim 1, wherein the cell containing N-methyl-L-amino acid dehydrogenase is a cell transformed with a DNA encoding N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from Pseudomonas bacteria . シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAが以下の(A)、(B)または(C)に示すタンパク質をコードするDNAである、請求項に記載の製造方法:
(A)配列番号1に記載のアミノ酸配列を有するタンパク質、または
(B)配列番号1に記載のアミノ酸配列と95%以上の同一性を有するアミノ酸配列を有し、かつ、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質。
(C)配列番号1に記載のアミノ酸配列において、1から10個のアミノ酸が置換、欠失もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、N−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質。
The production method according to claim 3 , wherein the DNA encoding N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from a genus Pseudomonas is a DNA encoding a protein shown in the following (A), (B) or (C):
(A) a protein having the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, or (B) an amino acid sequence having 95 % or more identity with the amino acid sequence set forth in SEQ ID NO: 1, and N-methyl-L- A protein having amino acid dehydrogenase activity.
(C) A protein comprising an amino acid sequence in which 1 to 10 amino acids are substituted, deleted or added in the amino acid sequence shown in SEQ ID NO: 1 and having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity.
シュードモナス属細菌由来のN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼをコードするDNAが以下の(D)または(E)に示すDNAである、請求項に記載の製造方法:
(D)配列番号2に記載の塩基配列を有するDNA、または
)配列番号2に記載の塩基配列において1から30個の塩基が置換、欠失もしくは付加された塩基配列及びその相補鎖からなり、かつN−メチル−L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ活性を有するタンパク質をコードするDNA。
The production method according to claim 3 , wherein the DNA encoding N-methyl-L-amino acid dehydrogenase derived from a genus Pseudomonas is a DNA shown in the following (D) or (E) :
(D) a DNA having the base sequence shown in SEQ ID NO: 2; or ( E ) a base sequence in which 1 to 30 bases are substituted, deleted or added in the base sequence shown in SEQ ID NO: 2 and its complementary strand And a DNA encoding a protein having N-methyl-L-amino acid dehydrogenase activity.
下記一般式(III)
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表される鎖状のα,ω−ジアミノ酸に、D−アミノ酸オキシダーゼ、L−アミノ酸オキシダーゼ、D−アミノ酸デヒドロゲナーゼ、L−アミノ酸デヒドロゲナーゼ、D−アミノ酸トランスフェラーゼ、および、L−アミノ酸トランスフェラーゼよりなる群から選ばれる酵素を反応させ、下記一般式(I)
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表される1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を生成させた後、得られた1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法により、下記一般式(II)
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表されるL体環状アミノ酸を生成させることを特徴とする、L体環状アミノ酸の製造方法。
The following general formula (III)
Figure 0004590981

(Wherein, A is as defined above), a chain α, ω-diamino acid represented by D-amino acid oxidase, L-amino acid oxidase, D-amino acid dehydrogenase, L-amino acid dehydrogenase, D-amino acid A transferase and an enzyme selected from the group consisting of L-amino acid transferase are reacted, and the following general formula (I)
Figure 0004590981

A cyclic amino acid having a double bond at the 1-position obtained after producing a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position represented by (wherein A is as defined above): the method according to any one of 1-5, the following general formula (II)
Figure 0004590981

(Wherein A has the same meaning as described above), to produce an L-form cyclic amino acid.
下記一般式(IV)
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表される環状アミノ酸に、D−アミノ酸オキシダーゼを作用させ、下記一般式(I)
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表される1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を生成させた後、得られた1位に二重結合をもつ環状アミノ酸を、請求項1〜のいずれか一項に記載の方法により、下記一般式(II)
Figure 0004590981

(式中、Aは前記と同義である)で表されるL体環状アミノ酸を生成させることを特徴とする、L体環状アミノ酸の製造方法。
The following general formula (IV)
Figure 0004590981

(Wherein A is as defined above), D-amino acid oxidase is allowed to act on the cyclic amino acid represented by the following general formula (I)
Figure 0004590981

A cyclic amino acid having a double bond at the 1-position obtained after producing a cyclic amino acid having a double bond at the 1-position represented by (wherein A is as defined above): the method according to any one of 1-5, the following general formula (II)
Figure 0004590981

(Wherein A has the same meaning as described above), to produce an L-form cyclic amino acid.
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