JP4922929B2 - 新規アミノ基転移酵素、およびこれをコードする遺伝子、ならびにこれらの利用法 - Google Patents

新規アミノ基転移酵素、およびこれをコードする遺伝子、ならびにこれらの利用法 Download PDF

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Description

本発明は、アミノ基転移反応により、ケトン化合物を効率よく光学活性アミノ化合物に変換しうる酵素および該酵素を用いた光学活性アミノ化合物の製造方法に関する。得られる光学活性アミノ化合物は、医薬品や農薬等の中間体として利用しうる。
従来、アミノ基転移反応を用いて光学活性アミノ化合物を製造する例としては、バシラス・メガテリウムのω−アミノ酸トランスアミナーゼを用いて、ベンジルアセトン、フェニルアセトン、及びアセトフェノンのそれぞれにアミノ基を転移させることにより、該ケトン化合物に対応する光学活性アミノ化合物が合成できることが報告されている(特許第2846074号:特許文献1)。しかしながら、反応液中の基質濃度はきわめて低く、工業的規模での利用には課題を有する。
一方、WO00/26351公報(特許文献2)では、3−ヒドロキシアセトフェノンや3−トリフルオロメチルフェニルアセトンなどのアリールアルキルケトンに(S)−フェネチルアミン:ピルビン酸トランスアミナーゼを作用させて、該ケトン化合物に対応する光学活性アミノ化合物を生成することが記載されている。しかしながら、環状ケトンに関しては記載がない。
特開2002−142793公報(特許文献3)では、バシラス・エスピーから、酵素阻害剤の1種であるガバクリンに阻害されないことを特徴とするアミノ基転移酵素を取得している。このアミノ基転移酵素を用いて、プロピオフェノンにn−ブチルアミンのアミノ基を転移することにより、対応する光学活性アミノ化合物を合成できることが記載されているが、反応液中の基質濃度はきわめて低く、工業的規模での利用には課題を有する。
特許第2846074号 WO00/26351公報 特開2002−142793公報
本発明の課題は、医薬品や農薬等の中間体として有用な光学活性アミノ化合物を、ケトン化合物、特に環状ケトン化合物から効率よく製造するための方法を提供することにある。
本発明者らは、様々な土壌分離菌を対象としたスクリーニングを行なった結果、環状ケトンに対し高い活性および立体選択性でアミノ基を転移する活性を有する微生物を発見した。また、その微生物から該活性を有する酵素の単離精製に成功した。さらに、このアミノ基転移酵素の反応特性について詳細な検討を行った結果、該酵素は(S)−α−フェネチルアミンなどをアミノ基供与体として用いると、環状ケトンだけでなく、ベンジルアセトンなどのアリールアルキルケトンやピルビン酸などの広範なケトン化合物に対して高い活性を示し、対応する光学活性アミノ化合物に変換するという優れた性質を有することを見出した。さらに、該酵素をコードする遺伝子を遺伝子組換えの手法で取得し、その塩基配列を明らかにした。さらに、該遺伝子を用いて当該酵素を産生する形質転換体を育種することで、より高活性な該形質転換体を作製し、光学活性なアミノ化合物を工業的に製造し得る方法を確立した。
即ち、本発明は、下記(1)から(3)の理化学的性質を有するアミノ基転移酵素である:
(1)作用:光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用してアセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成するアミノ基転移反応を触媒する、
(2)基質特異性:
(a)アミノ基供与体:(S)−α−フェネチルアミンに対し活性を示し、β−アラニン、タウリン、プトレッシン、DL−オルニチンおよびDL−リシンに対し実質的に活性を示さない、
(b)アミノ基受容体:ピルビン酸およびグリオキシル酸に対し活性を示す、
(3)分子量:ゲルろ過で約120,000、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動で約53,000。
また、本発明は、配列表の配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素、又は、配列表の配列番号1で示されるアミノ酸配列において、1〜数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用してアセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成する活性を有するアミノ基転移酵素である。
また、本発明は、前記酵素をコードするDNA、該DNAを含むベクター、及び、このベクターにより形質転換された形質転換体でもある。
また、本発明は、一般式(1):
Figure 0004922929
(式中、P及びQは置換されていてもよい、アルキル基、分岐鎖アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アラルキル基、ヘテロアラルキル基を示し、PとQの両者が互いに結合して環を形成していてもよい。但し、Pは構造またはキラリティーの点でQと異なる。)で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることを特徴とする、一般式(2):
Figure 0004922929
(式中、P及びQは前記式(1)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物の製造方法である。
また、本発明は、下記一般式(3):
Figure 0004922929
(式中、qは0〜7の整数を示し、rは0〜2の整数を示し、Rは置換されていてもよい、炭素数6〜14のアリール基、炭素数4〜14のヘテロアリール基、炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数4〜14のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜5のアルコキシ基、炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基、炭素数3〜5の分岐鎖アルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数2〜5のアルキニル基、炭素数5〜7のシクロアルキル基、メチル基又はカルボキシル基を示し、Xは水素原子又は置換されていてもよいメチル基を示す。但し、Rがメチル基の場合にはq>=rである。)で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることを特徴とする、一般式(4):
Figure 0004922929
(式中、q、r、RおよびXは、前記式(3)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物の製造方法である。
また、本発明は、一般式(5):
Figure 0004922929
(式中、q、r、RおよびXは、前記式(3)と同じ。)で表わされるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることを特徴とする、一般式(6):
Figure 0004922929
(式中、q、r、RおよびXは前記式(5)と同じ。)で表わされる光学活性アミノ化合物の製造方法である。
また、本発明は、一般式(7):
Figure 0004922929
(式中、mは0〜3の整数を示し、nは2〜4の整数を示し(ただし、n>mである)、環Aは置換されていても良いベンゼン環を示す。)で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることを特徴とする、一般式(8):
Figure 0004922929
(式中、m、n、環Aのそれぞれは、前記式(7)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物の製造方法である。
また、本発明は、一般式(9):
Figure 0004922929
(式中、m、n、環Aのそれぞれは、前記式(7)と同じ。)で表されるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることを特徴とする、一般式(10):
Figure 0004922929
(式中、m、n、環Aのそれぞれは、前記式(9)と同じ。)で表わされる光学活性アミノ化合物の製造方法である。
また、本発明は、一般式(11):
Figure 0004922929
(式中、jおよびkはそれぞれ1〜3の整数を示し(但し、k>=jである)、R5は、水素原子、炭素数6〜14のアリール基、炭素数4〜14のヘテロアリール基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜15のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基、炭素数7〜15のアラルキル基、炭素数8〜16のアラルキルオキシカルボニル基、又は、炭素数1〜6のアルキル基もしくは炭素数6〜14のアリール基で置換されたスルホニル基を示す。)で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることを特徴とする、一般式(12):
Figure 0004922929
(式中、j、k、およびR5のそれぞれは、前記式(11)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物の製造方法である。
また、本発明は、一般式(13):
Figure 0004922929
(式中、j、k、およびR5のそれぞれは、前記式(11)と同じ。)で表されるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることを特徴とする、一般式(14):
Figure 0004922929
(式中、j、k、R5は、前記式(13)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物の製造方法である。
ケトン化合物、特に環状ケトン化合物に対し、立体選択的にアミノ基を転移する酵素を単離し、該酵素産生能の高い形質転換体を得ることが可能となった。さらに、該形質転換体を用いることにより、光学活性アミノ化合物を効率良く製造することが可能となった。
以下、本発明を詳細に説明する。なお、本明細書において記述されているDNAの単離、ベクターの調製、形質転換等の遺伝子操作は、特に明記しない限り、Molecular Cloning 2nd Edition(Cold Spring Harbor Laboratory Press, 1989)、Current Protocols in Molecular Biology(Greene Publishing Associates and Wiley-Interscience)等の成書に記載されている方法により行なうことができる。
本発明の酵素は、下記の理化学的性質を有する酵素である:
(1)作用:光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用してアセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成するアミノ基転移反応を触媒する、
(2)基質特異性:
(a)アミノ基供与体:(S)−α−フェネチルアミンに対し活性を示し、β−アラニン、タウリン、プトレッシン、DL−オルニチンおよびDL−リシンに対し実質的に活性を示さない、および
(b)アミノ基受容体:ピルビン酸およびグリオキシル酸に対し活性を示す、
(3)分子量:ゲルろ過で約120,000、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動で約53,000。
光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用してそれぞれアセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成するアミノ基転移反応の活性は、以下の方法により測定することができる。
タンパク質濃度を2mg/mLに調製した精製酵素液0.1mLを、下記組成を有する基質溶液0.9mLに添加し、30℃、1時間反応させた後、3N HClを0.1mL添加して反応を停止させ、生成した1−ベンジル−3−アミノピロリジンを高速液体クロマトグラフィーにより定量する。
[基質溶液組成]
(S)−α−フェネチルアミン 28.3mM
1−ベンジル−3−ピロリジノン 28.3mM
ピリドキサルリン酸 0.02mM
リン酸カリウム緩衝液(pH7.0) 0.1M
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Finepak SIL C18−T (日本分光社製)
溶離液:蒸留水1260mL/アセトニトリル740mL/
KH2PO4 10g/SDS 2.88g(pH3.6)
流速:1mL/分
検出:254nm
カラム温度:40℃。
本発明の酵素は、β−アラニン、タウリン、プトレッシン、DL−オルニチンおよびDL−リジンをアミノ基供与体とした場合には、実質的に活性を示さない。ここで、実質的に活性を示さないとは、以下の方法でアミノ基転移活性を測定した場合において、上記アミノ化合物をアミノ基供与体として用いた場合の活性が、(S)−α−フェネチルアミンを用いた場合の1/100以下、好ましくは1/1000以下、更に好ましくは1/10000以下であることを意味する。
上記のアミノ基供与体を用いた際のアミノ基転移活性は、まず、タンパク質濃度を0.2mg/mLに調製した精製酵素液20μLを下記組成を有する基質溶液380μLに添加し、30℃、1時間反応させた後、3N塩酸を20μL加えて反応を停止させる。次に、得られた反応液20μLに0.2M炭酸ナトリウム水溶液80μL、3.3mg/mLダブシルクロリドのアセトン溶液200μLをそれぞれ加え、70℃で10分間反応させる。これに酢酸20μLを加えて攪拌し、この反応液を高速液体クロマトグラフィーで分析し、ダブシル化したアラニンを定量する。
[基質溶液組成]
各種アミノ化合物 14mM
ピルビン酸 14mM
ピリドキサルリン酸 0.02mM
リン酸カリウム緩衝液(pH7.5) 0.1M
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Deverosil ODS−HG−3(NOMURA CHEMICAL製)
溶離液:アセトニトリル/0.045M酢酸緩衝液(pH4.1)
=35/65(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
また、本発明の酵素は、1−ベンジル−3−ピロリジノンあるいはピルビン酸に代えて、グリオキシル酸をアミノ基受容体としても活性を示す。
酵素の分子量は、HiLoad 16/60 Superdex 200 prep grade(アマシャムバイオサイエンス社製)カラムを用いたゲルろ過分析により、標準タンパク質に対する相対溶出時間から決定しうる。溶離液としては、0.15M NaCl、0.01%(v/v) 2−メルカプトエタノール、20mM ピリドキサルリン酸、0.1mM PMSFを含む0.01M リン酸カリウム緩衝液(pH8)を用いる。また、サブユニットの分子量は、10%SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動により、標準タンパク質に対する相対移動度から決定しうる。
また、本発明の酵素はさらに、下記の理化学的性質を有していてもよい:
(4)至適pH:7〜9、
(5)作用至適温度:30〜50℃、
(6)熱安定性:pH7.0、30〜40℃の温度で30分間処理したとき、処理前の活性に対して90%以上の残存活性を保持する。
酵素反応の至適pHは、(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンを基質としたアミノ基転移活性を、pH4.0〜11.0の範囲で測定することで決定しうる。ただし、上記測定方法において、測定を行うpHに応じて基質溶液における緩衝液は下記のものを用いる。
pH4.0〜6.0 :0.1M酢酸ナトリウム緩衝液
pH6.0〜8.5 :0.1Mリン酸カリウム緩衝液
pH8.0〜9.0 :0.1Mトリスー塩酸緩衝液
pH9.0〜11.0:0.1M炭酸ナトリウム緩衝液。
酵素反応の至適温度は、(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンを基質としたアミノ基転移活性を、反応温度20〜60℃の範囲で測定することで決定しうる。
酵素の熱安定性は、精製酵素を0.02mMのピリドキサルリン酸を含む0.1Mリン酸カリウム緩衝液(pH7.5)でタンパク質濃度が2mg/mLとなるように調製し、これを20〜70℃で30分間処理した後、上記アミノ基転移活性を測定することで決定しうる。
一般的に、アミノ基転移酵素は反応液中のピリドキサルリン酸の濃度を高くすると、その至適温度および熱安定性が向上することがある。
さらに、本発明の酵素は、(S)−α−フェネチルアミンをアミノ基供与体として、1−ベンジル−3−ピロリジノン以外のケトン化合物にも作用し、アセトフェノンと該ケトン化合物に対応するアミノ化合物とを生成するアミノ基転移反応を触媒しうる。
本発明の酵素は、上記性質を示す酵素であれば、いかなる酵素であっても含まれるが、例えば、シュードモナス(Pseudomonas)属の微生物から取得できる。本発明の酵素の起源となる微生物としては、好ましくはシュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens)が挙げられ、さらに好ましくは、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens) KNK08−18が挙げられる。
この、シュードモナス・フルオレッセンス KNK08−18は、受託番号FERM BP−10599として、独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター(IPOD:〒305−8566 茨城県つくば市東1−1−1 中央第6)に寄託されている(原寄託日が2004年10月5日の国内寄託株を2006年4月27日付けでブダペスト条約に基づく国際寄託に移管)。
本発明の酵素を有する微生物のための培養培地としては、その微生物が増殖する限り、通常の炭素原、窒素原、無機塩類、有機栄養素などを含む液体栄養培地が用いられ得る。
なお、前記微生物を培養する際に、本酵素の誘導物質として、プロピルアミン、1−ブチルアミン、2−ブチルアミン、2−ペンチルアミン、イソプロピルアミン、イソブチルアミン、7−メトキシ−2−アミノテトラリンなどを培地に添加し、培養することもできる。前記誘導物質は、単独で又は2種類以上を混合して用いてもよい。前記誘導物質の添加量は、特に制限されるものではないが、菌の生育阻害などの観点から、通常培地組成中1重量%以下が好ましい。また、前記誘導物質の添加時期は、特に制限されるものではなく、培養開始時、又は、培養途中のいずれでもよい。
本発明の酵素を有する微生物からの該酵素の精製は、公知のタンパク質精製法により行ない得る。以下に、本発明のポリペプチドを取得する方法として、シュードモナス・フルオレッセンスKNK08−18を用いた例を記載するが、本発明はこれに限定されない。
まず、シュードモナス・フルオレッセンス KNK08−18を、500mL容坂口フラスコ中50mLの培地(組成:5g/L KH2PO4、5g/L K2HPO4、0.16g/L MgSO4・7H2O、0.018g/L FeSO4・7H2O、0.012g/L ZnSO4・H2O、0.002g/L MnSO4・7H2O、0.001g/L CuSO4・7H2O、0.02g/L NaCl、20g/L グリセリン、10g/L イーストエキス(日本製薬社製)、500mg/L (S)−7−メトキシ−2−アミノテトラリン(pH7.2))に植菌し、30℃で1日培養し、前培養液を得る。次に、5L容ミニジャー中3.0Lの培地(前記と同組成)に、得られた前培養液を植菌し、通気0.6vvm、攪拌400rpm、温度30℃の条件で28時間培養する。
ついで、遠心分離により培養液から菌体を集め、0.01% 2−メルカプトエタノールおよび、0.02mM ピリドキサルリン酸を含む0.01M リン酸カリウム緩衝液(pH8.0)に懸濁する。得られた懸濁液を超音波破砕により破砕する。次に、該破砕物中の固形物を遠心分離により除去し、無細胞抽出液を調製する。得られた無細胞抽出液に硫酸プロタミンを添加し、核酸を除去する。
得られた硫酸プロタミン処理液は、イオン交換クロマトグラフィー、吸着クロマトグラフィー、疎水クロマトグラフィーなどに代表される各種カラムクロマトグラフィーを用いることにより、本発明の酵素が精製され得る。
このようにして得られる酵素としては、例えば、配列表の配列番号1で示されるアミノ酸配列からなる酵素を挙げることができる。しかし、本発明の酵素はこれに限定されず、配列表の配列番号1で示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列からなる酵素も、それが、光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用して、アセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成するアミノ基転移反応活性を有する限り、本発明に包含される。
配列表の配列番号1で示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列からなるポリペプチドは、配列表の配列番号1で示されるアミノ酸配列を利用して、Current Protocols in Molecular Biology(John Wiley and Sons, Inc., 1989)等の実験書に記載の公知の方法に準じて調製することができる。
置換、挿入、欠失又は付加の場所は特に制限されないが、高度保存領域を避けるのが好ましい。ここで、高度保存領域とは、由来の異なる複数のアミノ基転移酵素について、アミノ酸配列を最適に整列させて比較した場合に、複数の配列間でアミノ酸が一致している位置を表す。
置換、挿入、欠失又は付加されるアミノ酸の数としては、10以下が好ましく、5以下がより好ましく、3以下が更に好ましい。改変されたアミノ酸配列は、1種類の改変(例えば置換)のみを含むものであっても良いし、2種以上の改変(例えば、置換と挿入)を含んでいても良い。また、置換の場合には、置換後のアミノ酸はもとのアミノ酸の同族アミノ酸であるのが好ましい。
本発明のDNAは、上記ポリペプチドをコードするDNAであり、後述する方法に従って導入された宿主細胞内で上記ポリペプチドを発現し得るものであればいかなるものでもよく、任意の非翻訳領域を含んでいてもよい。精製された上記ポリペプチドが取得できれば、当業者であれば公知の方法により、該ポリペプチドの起源となる微生物よりこのようなDNAを取得することができる。
以下に、本発明のDNAを取得する方法として、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens)KNK08−18(FERM BP−10599)を用いた例を記載するが、本発明はこれに限定されない。
まず、該微生物の無細胞抽出液より精製した上記ポリペプチド(酵素)を、適当なエンドペプチダーゼにより消化し、逆相HPLCにより切断された断片を精製後、例えば、ABI492型プロテインシークエンサー(Applied Biosystems社製)によりアミノ酸配列の一部を決定する。そして、得られた部分アミノ酸配列情報をもとにして、該ポリペプチドをコードするDNAの一部を増幅するためのPCR(Polymerase Chain Reaction)プライマーを合成する。次に、通常のDNA単離法、例えばMurray等の方法(Nucl., Acids Res., 8, 4321-4325, 1980)により、該微生物の染色体DNAを調製する。この染色体DNAを鋳型として、先述のPCRプライマーを用いてPCRを行い、上記ポリペプチドをコードするDNAの一部を増幅し、その塩基配列を決定する。塩基配列は、例えば、ABI373A型DNA Sequencer(Applied Biosystems社製)等を用いて決定し得る。該ポリペプチドをコードするDNAの一部の塩基配列が明らかになれば、例えば、inverse−PCR法(Nucl.Acids Res.16,8186(1988))によりその全体の配列を決定することができる。
このようにして得られるDNAとしては、例えば、配列表の配列番号2に記載の塩基配列を有するDNAを挙げることができる。しかし、本発明のDNAはこれに限定されず、上述した本発明のポリペプチドをコードするDNAはすべて本発明に包含される。例えば、配列表の配列番号2に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAとストリンジェントな条件下でハイブリダイズし、かつ、光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用して、アセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成する活性を有するポリペプチドをコードするDNAは本発明に包含される。
ここで、「配列表の配列番号2に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAと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、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、あるいはサザンハイブリダイゼーション法等を実施した際、配列表の配列番号2に示す塩基配列と相補的な塩基配列からなるDNAが、特異的にハイブリッドを形成するDNAを言う。
ここで、「ストリンジェントな条件」とは、例えば、コロニーあるいはプラーク由来のポリヌクレオチド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、2倍濃度のSSC溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウムよりなる)を用い、65℃の条件下でフィルターを洗浄する条件をあげることができる。好ましくは、上記同様にハイブリダイゼーションを行った後、65℃で0.5倍濃度のSSC溶液で洗浄を行う条件であり、より好ましくは上記と同様にハイブリダイゼーションを行った後、65℃で0.2倍濃度のSSC溶液で洗浄する条件であり、更に好ましくは上記と同様にハイブリダイゼーションを行った後、65℃で0.1倍濃度のSSC溶液で洗浄する条件である。
本発明のベクターとしては、上記DNAを宿主細胞内に導入でき、宿主細胞内で該DNAがコードするポリペプチドを発現できるものであればいずれもが用いられ得る。このようなベクターDNAとしては、例えば、プラスミドベクター、ファージベクター、コスミドベクターなどが挙げられる。また、他の宿主株との間での遺伝子交換が可能なシャトルベクターも使用され得る。
このようなベクターは、作動可能に連結されたプロモーター(例えば、lacUV5プロモーター、trpプロモーター、trcプロモーター、tacプロモーター、lppプロモーター、tufBプロモーター、recAプロモーター、pLプロモーター)等の制御因子を含み、本発明のDNAと作動可能に連結された発現単位を含むベクターとして好適に用いられ得る。例えば、pUCNT(WO94/03613)等が好適に用いられ得る。
本明細書で用いる用語「制御因子」は、機能的プロモーター及び、任意の関連する転写要素(例えばエンハンサー、CCAATボックス、TATAボックス、SPI部位など)を有する塩基配列をいう。
本明細書で用いる用語「作動可能に連結」は、遺伝子の発現を調節するプロモーター、エンハンサー等の種々の調節エレメントと遺伝子が、宿主細胞中で作動し得る状態で連結されることをいう。制御因子のタイプ及び種類が、宿主に応じて変わり得ることは、当業者に周知の事項である。
本発明で使用しうる宿主細胞としては、細菌、酵母、糸状菌等の微生物細胞、植物細胞、動物細胞などが挙げられ、微生物細胞が好ましく、大腸菌が特に好ましい。本発明のDNAを含むベクターは公知の方法により宿主細胞に導入し得る。宿主細胞として大腸菌を用いた場合、例えば塩化カルシウム法により、当該ベクターを導入することができる。本発明のDNAを含むベクターを導入された形質転換体としては、後で詳述するE.coli HB101(pNTMTA) (FERM P−20238)等を挙げることができる。
次に、本発明のアミノ基転移酵素又は当該酵素の生産能を持つ微生物を用いて光学活性アミノ化合物を製造する方法について説明する。本発明のアミノ基転移酵素の生産能を持つ微生物としては、前記シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens) KNK08−18(FERM BP−10599)、及び、本発明のDNAを含むベクターを導入された形質転換体が挙げられる。
本発明の光学活性アミノ化合物の製造方法としては、目的とするアミノ化合物と同じ骨格のケトン化合物に、アミノ基供与体から立体選択的にアミノ基を転移させ、生成する光学活性アミノ化合物を採取する方法(以下、製造方法Iとする)と、アミノ化合物のエナンチオマー混合物のうち、一方のエナンチオマーのアミノ基を選択的にアミノ基受容体に転移させ、残存するエナンチオマー(光学活性アミノ化合物)を採取する方法(以下、製造方法IIという)が挙げられる。
まず、製造方法Iについて説明する。
本製造方法によれば、一般式(1):
Figure 0004922929
(式中、P及びQは置換されていてもよい、アルキル基、分岐鎖アルキル基、アリール基、ヘテロアリール基、アリールオキシ基、ヘテロアリールオキシ基、アルコキシ基、アルコキシカルボニル基、アルケニル基、アルキニル基、シクロアルキル基、アラルキル基、ヘテロアラルキル基を示し、PとQの両者が互いに結合して環を形成していてもよい。但し、Pは構造またはキラリティーの点でQと異なる。)で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることにより、一般式(2):
Figure 0004922929
(式中、P及びQは前記式(1)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物を製造することができる。
例えば、下記一般式(3):
Figure 0004922929
(式中、qは0〜7の整数を示し、rは0〜2の整数を示し、Rは置換されていてもよい、炭素数6〜14のアリール基、炭素数4〜14のヘテロアリール基、炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数4〜14のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜5のアルコキシ基、炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基、炭素数3〜5の分岐鎖アルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数2〜5のアルキニル基、炭素数5〜7のシクロアルキル基、メチル基又はカルボキシル基を示し、Xは水素原子又は置換されていてもよいメチル基を示す。但し、Rがメチル基の場合にはq>=rである。)で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることにより、一般式(4):
Figure 0004922929
(式中、q、r、RおよびXは、前記式(3)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物を製造することができる。
前記式(3)及び(4)において、qは0〜7の整数を示し、rは0〜2の整数を示す。Rは置換されていてもよい、炭素数6〜14のアリール基、炭素数4〜14のヘテロアリール基、炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数4〜14のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜5のアルコキシ基、炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基、炭素数3〜5の分岐鎖アルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数2〜5のアルキニル基、炭素数5〜7のシクロアルキル基、メチル基又はカルボキシル基を示し、Xは水素原子又は置換されていてもよいメチル基を示す。但し、Rがメチル基の場合にはq>=rである。
炭素数6〜14のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。炭素数4〜14のヘテロアリール基としては、ピリジル基、チエニル基、オキサジアゾリル基、イミダゾリル基、チアゾリル基、フリル基、ピロリル基等が挙げられる。炭素数6〜14のアリールオキシ基としては、フェノキシ基、ナフトキシ基等が挙げられる。炭素数1〜4のヘテロアリールオキシ基としては、ピリジルオキシ基、チエニルオキシ基、オキサジアゾリルオキシ基、イミダゾリルオキシ基、チアゾリルオキシ基、フリルオキシ基、ピロリルオキシ基等が挙げられる。炭素数1〜5のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、tert−ブトキシ基等が挙げられる。炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基等が挙げられる。炭素数3〜5の分岐アルキル基としてはイソプロピル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。炭素数2〜5のアルケニル基としては、ビニル基、アリル基等が挙げられる。炭素数2〜5のアルキニル基としては、アセチレン基等が挙げられる。炭素数5〜7のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等が挙げられる。なお、アルコキシカルボニル基の炭素数はカルボニル炭素を含めた数である。
これらの基は更に置換されていてもよく、その置換基としては、ハロゲン原子、水酸基、メトキシ基、エトキシ基やメチレンジオキシ等の炭素数1〜4のアルコキシ基等が挙げられる。
前記式(3)で表わされるケトン化合物の中では、Xが水素原子かつrが1〜2である化合物が好ましい。具体的には、例えば、2−ブタノン、2−ペンタノン、2−ヘキサノン、2−ヘプタノン、2−オクタノン、3−ヘキサノン、3−ヘプタノン、3−オクタノン、メトキシプロパノン、1−メトキシ−2−ブタノン、1−メトキシ−3−ブタノン、アセトフェノン、2−クロロアセトフェノン、3−クロロアセトフェノン、4−クロロアセトフェノン、2−ヒドロキシアセトフェノン、3−ヒドロキシアセトフェノン、4−ヒドロキシアセトフェノン、2−メトキシアセトフェノン、3−メトキシアセトフェノン、4−メトキシアセトフェノン、2,4−ジメトキシアセトフェノン、3,4−ジメトキシアセトフェノン、2−トリフルオロメチルアセトフェノン、3−トリフルオロメチルアセトフェノン、4−トリフルオロメチルアセトフェノン、フェニルアセトン、2−クロロフェニルアセトン、3−クロロフェニルアセトン、4−クロロフェニルアセトン、2−ヒドロキシフェニルアセトン、3−ヒドロキシフェニルアセトン、4−ヒドロキシフェニルアセトン、2−メトキシフェニルアセトン、3−メトキシフェニルアセトン、4−メトキシフェニルアセトン、2,4−ジメトキシフェニルアセトン、3,4−ジメトキシフェニルアセトン、2−トリフルオロメチルフェニルアセトン、3−トリフルオロメチルフェニルアセトン、4−トリフルオロメチルフェニルアセトン、ベンジルアセトン、2−クロロベンジルアセトン、3−クロロベンジルアセトン、4−クロロベンジルアセトン、2−ヒドロキシベンジルアセトン、3−ヒドロキシベンジルアセトン、4−ヒドロキシベンジルアセトン、2−メトキシベンジルアセトン、3−メトキシベンジルアセトン、4−メトキシベンジルアセトン、2,4−ジメトキシベンジルアセトン、3,4−ジメトキシベンジルアセトン、2−トリフルオロメチルベンジルアセトン、3−トリフルオロメチルベンジルアセトン、4−トリフルオロメチルベンジルアセトン、1−ナフチルアセトン、2−ナフチルアセトン、2−アセチルピリジン、3−アセチルピリジン、4−アセチルピリジン、アセチルピラジン、2−アセチルフラン、3−アセチルフラン、2−アセチルチオフェン、3−アセチルチオフェン、2−アセチルチアゾール、ベンゾイル酢酸エチル等が挙げられる。
また、本製造方法Iでは、一般式(7):
Figure 0004922929
で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることにより、一般式(8):
Figure 0004922929
で表される光学活性アミノ化合物を製造できる。
前記式(7)及び(8)において、mは0〜3の整数を示し、nは2〜4の整数を示し(ただし、n>mである)、環Aは置換されていても良いベンゼン環を示す。ベンゼン環の置換基としては、ハロゲン原子、水酸基、メトキシ基、エトキシ基やメチレンジオキシ基等の炭素数1〜4のアルコキシ基等が挙げられる。
前記式(7)で表されるケトン化合物の中では、mが1かつnが2である化合物が好ましい。具体的には、1−インダノン、4−メトキシ−1−インダノン、5−メトキシ−1−インダノン、6−メトキシ−1−インダノン、7−メトキシ−1−インダノン、2−テトラロン、5−メトキシ−2−テトラロン、6−メトキシ−2−テトラロン、7−メトキシ−2−テトラロン、8−メトキシ−2−テトラロン、5−ヒドロキシ−2−テトラロン、6−ヒドロキシ−2−テトラロン、7−ヒドロキシ−2−テトラロン、8−ヒドロキシ−2−テトラロン、1−テトラロン、5−メトキシ−1−テトラロン、6−メトキシ−1−テトラロン、7−メトキシ−1−テトラロン、8−メトキシ−1−テトラロン、等が挙げられ、さらに好ましくは、1−テトラロン、2−テトラロン、5−メトキシ−2−テトラロン、6−メトキシ−2−テトラロン、7−メトキシ−2−テトラロン、8−メトキシ−2−テトラロンが挙げられる。もっとも好ましくは、7−メトキシ−2−テトラロンである。
更に、本製造方法Iでは、一般式(11):
Figure 0004922929
で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ前記微生物の培養物を作用させることことにより、一般式(12):
Figure 0004922929
で表される光学活性アミノ化合物を製造できる。
前記式(11)及び(12)において、jおよびkはそれぞれ1〜3の整数を示し(但し、k>=jである)、R5は、水素原子、炭素数6〜14のアリール基、炭素数4〜14のヘテロアリール基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜15のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基、炭素数7〜15のアラルキル基、炭素数8〜16のアラルキルオキシカルボニル基、又は、炭素数1〜6のアルキル基もしくは炭素数6〜14のアリール基で置換されたスルホニル基を示す。
炭素数6〜14のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。炭素数4〜14のヘテロアリール基としては、ピリジル基、チエニル基、オキサジアゾリル基、イミダゾリル基、チアゾリル基、フリル基、ピロリル基等が挙げられる。炭素数1〜6のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。炭素数1〜6のアルコキシ基としては、メトキシ基、エトキシ基、tert−ブトキシ基等が挙げられる。炭素数2〜15のアシル基としては、アセチル基、ピバロイル基、ベンゾイル基等が挙げられる。炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基としては、メトキシカルボニル基、エトキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル等が挙げられる。炭素数7〜15のアラルキル基としてはベンジル基等が挙げられる。炭素数8〜16のアラキルオキシ基としては、ベンジルオキシカルボニル基等が挙げられる。炭素数1〜6のアルキル基もしくは炭素数6〜14のアリール基で置換されたスルホニル基としては、メシル基、トシル基等が挙げられる。なお、上記アシル基、アルキルオキシ基およびアラルキルオキシ基における炭素数は、カルボニル炭素を含めた数である。
前記式(11)で表されるケトン化合物の中では、jが1かつkが2である化合物が好ましい。また、R5が水素原子、フェニル基、ベンジル基、ベンゾイル基、ベンジルオキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、メシル基、又はトシル基である化合物が好ましい。具体的には、1−ベンジル−3−ピロリジノン、1−tert−ブトキシカルボニル−3−ピロリジノン、1−トシル−3−ピロリジノン、1−メシル−3−ピロリジノン、1−ベンジルオキシカルボニル−3−ピロリジノン、3−ピロリジノン等が挙げられ、更に好ましくは、1−ベンジル−3−ピロリジノンである。
アミノ基供与体としては、一般式(15):
Figure 0004922929
(式中、R6およびR7はそれぞれ独立して、水素原子、置換されていてもよい、カルボキシル基、炭素数1〜10のアルキル基、炭素数5〜7のシクロアルキル基、炭素数7〜15のアラルキル基又は炭素数6〜14のアリール基を示す。)で示されるアミン化合物が用いられうる。
炭素数1〜10のアルキル基としては、メチル基、エチル基、n−プロピル基、イソプロピル基、n−ブチル基、sec−ブチル基、tert−ブチル基等が挙げられる。炭素数5〜7のシクロアルキル基としては、シクロペンチル基、シクロヘキシル基、シクロヘプチル基等が挙げられる。7〜15のアラルキル基としてはベンジル基等が挙げられる。炭素数6〜14のアリール基としては、フェニル基、ナフチル基等が挙げられる。
前記式(15)で表されるアミン化合物のなかでは、R6は、炭素数1〜10の置換もしくは無置換の直鎖あるいは分岐鎖アルキル基又は炭素数6〜10の置換もしくは無置換のアリール基が好ましく、炭素数1〜5の置換もしくは無置換のアルキル基又はフェニル基がより好ましい。前記R7としては、水素原子、カルボキシル基、あるいは炭素数1〜2の置換もしくは無置換のアルキル基が好ましく、水素原子又はメチル基がより好ましい。
前記式(15)で表わされる化合物の具体例としては、α−フェネチルアミン、2−ブチルアミン、2−ペンチルアミン、2−ヘプチルアミン、2−オクチルアミン、アラニン、グリシン、n−プロピルアミン、n−ブチルアミン、n−アミルアミン、イソプロピルアミン、ベンジルアミン、β―フェネチルアミンおよびそれらの光学活性体が挙げられる。なかでも、α−フェネチルアミンが好ましく、(S)−α−フェネチルアミンがより好ましい。
製造方法Iにおいては、前記式(1)、(3)、(7)又は(11)で表されるケトン化合物に、前記式(15)で表されるアミノ基供与体の存在下、前記本発明の酵素又は当該酵素の生成能を有する微生物の培養物を作用させる。ここで、「培養物」とは、菌体を含む培養液、培養菌体、又はその処理物を意味する。ここで「その処理物」とは、例えば、無細胞抽出液、凍結乾燥菌体、アセトン乾燥菌体、又はそれら菌体の磨砕物等を意味する。さらにこれら酵素及び培養物は、公知の手段により固定化して、固定化酵素あるいは固定化菌体の形態として用いることもできる。固定化は、当業者に周知の方法(例えば架橋法、物理的吸着法、包括法等)で行うことができる。
反応に用いる基質の濃度としては、ケトン化合物は、反応液組成中、0.1〜20重量%、好ましくは1〜10重量%であり、また、アミノ基供与体は、キラルアミンの場合は、ケトン化合物に対し、80〜1200モル%、好ましくは100〜600モル%の濃度になるように用いることが好ましい。なお、前記アミノ基供与体としてラセミ体のアミン化合物を用いる場合は、一方のエナンチオマーが上記の濃度となるように使用することもできる。
本発明の酵素を作用させる際のpHは、酵素の至適pHの観点から、下限は、好ましくはpH5.0以上であり、より好ましくはpH6.0以上であり、上限は、好ましくはpH10.0以下であり、より好ましくはpH9.0以下である。
本発明の酵素を作用させる際の温度は、酵素の至適温度および熱安定性の観点から、好ましくは25℃以上であり、より好ましくは30℃以上であり、好ましくは60℃以下であり、より好ましくは50℃以下である。
反応溶媒は、通常、イオン交換水、緩衝液等の水性媒体を使用するが、有機溶媒を含んだ系でも反応を行なうことができる。有機溶媒としては、例えば、メタノール、エタノール、プロパノール、イソプロパノール、ブタノール等のアルコール系溶媒、ペンタン、ヘキサン等の脂肪族炭化水素系溶媒、ベンゼン、トルエン等の芳香族炭化水素系溶媒、塩化メチレン、クロロホルム等のハロゲン化炭化水素系溶媒、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル系溶媒、酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル系溶媒、アセトン、メチルエチルケトン等のケトン系溶媒、その他、アセトニトリル等を適宜使用できる。
これらの有機溶媒を水への溶解度以上に加えて2相系で反応を行なうこともできる。有機溶媒を反応系に共存させることで、選択率、変換率、収率などが向上する場合も多い。
上記の反応により、一般式(2)、(4)、(8)、(12)で表される光学活性アミノ化合物が生成する。生成した光学活性アミノ化合物は、反応混合液から抽出、蒸留、再結晶、カラム分離など公知の方法によって単離することができる。
例えば、pHを酸性に調節後、ジエチルエーテル、ジイソプロピルエーテル等のエーテル類;酢酸エチル、酢酸ブチル等のエステル類;ヘキサン、オクタン、ベンゼン等の炭化水素類;塩化メチレン等のハロゲン化炭化水素等一般的な溶媒により、生成した光学活性アミノ化合物を水相に残したまま、未反応の基質およびアミノ基転移反応により生じたアミノ基供与体に対応するケトン化合物を選択的に除くことができる。生成した光学活性アミノ化合物および未反応のアミノ基供与体は、例えば、pHを塩基性に調節し、同様に一般的な有機溶媒で抽出することができる。生成した光学活性アミノ化合物と未反応のアミノ基供与体は、例えば、蒸留により分離することができる。
次に、本発明の製造方法IIについて説明する。本方法においては、一般式(5):
Figure 0004922929
で表わされるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることにより、一般式(6):
Figure 0004922929
で表わされる光学活性アミノ化合物を得ることができる。
前記式(5)及び(6)におけるq、r、RおよびXは、前記式(3)及び(4)におけるq、r、R及びXと同じである。
前記式(5)で表わされるアミノ化合物の中では、Xが水素原子かつrが1〜2である化合物が好ましい。具体的には、例えば、2−ブチルアミン、2−ペンチルアミン、2−ヘキシルアミン、2−ヘプチルアミン、2−オクチルアミン、3−ヘキシルアミン、3−ヘプチルアミン、3−オクチルアミン、メトキシプロピルアミン、1−メトキシ−2−ブチルアミン、1−メトキシ−3−ブチルアミン、α−フェネチルアミン、2−クロロ−α−フェネチルアミン、3−クロロ−α−フェネチルアミン、4−クロロ−α−フェネチルアミン、2−ヒドロキシ−α−フェネチルアミン、3−ヒドロキシ−α−フェネチルアミン、4−ヒドロキシ−α−フェネチルアミン、2−メトキシ−α−フェネチルアミン、3−メトキシ−α−フェネチルアミン、4−メトキシ−α−フェネチルアミン、2,4−ジメトキシ−α−フェネチルアミン、3,4−ジメトキシ−α−フェネチルアミン、2−トリフルオロメチル−α−フェネチルアミン、3−トリフルオロメチル−α−フェネチルアミン、4−トリフルオロメチル−α−フェネチルアミン、1−フェニル−2−アミノプロパン、1−(2−クロロフェニル)−2−アミノプロパン、1−(3−クロロフェニル)−2−アミノプロパン、1−(4−クロロフェニル)−2−アミノプロパン、1−(2−ヒドロキシフェニル)−2−アミノプロパン、1−(3−ヒドロキシフェニル)−2−アミノプロパン、1−(4−ヒドロキシフェニル)−2−アミノプロパン、1−(2−メトキシフェニル)−2−アミノプロパン、1−(3−メトキシフェニル)−2−アミノプロパン、1−(4−メトキシフェニル)−2−アミノプロパン、1−(2,4−ジメトキシフェニル)−2−アミノプロパン、1−(3,4−ジメトキシフェニル)−2−アミノプロパン、1−(2−トリフルオロメチルフェニル)−2−アミノプロパン、1−(3−トリフルオロメチルフェニル)−2−アミノプロパン、1−(4−トリフルオロメチルフェニル)−2−アミノプロパン、1−フェニル−3−ブチルアミン、1−(2−クロロフェニル)−3−ブチルアミン、1−(3−クロロフェニル)−3−ブチルアミン、1−(4−クロロフェニル)−3−ブチルアミン、1−(2−ヒドロキシフェニル)−3−ブチルアミン、1−(3−ヒドロキシフェニル)−3−ブチルアミン、1−(4−ヒドロキシフェニル)−3−ブチルアミン、1−(2−メトキシフェニル)−3−ブチルアミン、1−(3−メトキシフェニル)−3−ブチルアミン、1−(4−メトキシフェニル)−3−ブチルアミン、1−(2,3−ジメトキシフェニル)−3−ブチルアミン、1−(2,4−ジメトキシフェニル)−3−ブチルアミン、1−(3,4−ジメトキシフェニル)−3−ブチルアミン、1−(2−トリフルオロメチルフェニル)−3−ブチルアミン、1−(3−トリフルオロメチルフェニル)−3−ブチルアミン、1−(4−トリフルオロメチルフェニル)−3−ブチルアミン、1−(1−ナフチル)−2−アミノプロパン、1−(2−ナフチル)−2−アミノプロパン、1−(2−ピリジル)エチルアミン、1−(3−ピリジル)エチルアミン、1−(4−ピリジル)エチルアミン、1−ピラジルエチルアミン、1−(2−フリル)エチルアミン、1−(3−フリル)エチルアミン、1−(2−チエニル)エチルアミン、1−(3−チエニル)エチルアミン、1−(2−チアゾイル)エチルアミン、β―フェニルアラニン等が挙げられる。
また、製造方法IIでは、一般式(9):
Figure 0004922929
で表されるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、前記酵素あるいは前記微生物の培養物を作用させることにより、一般式(10):
Figure 0004922929
で表わされる光学活性アミノ化合物を得ることができる。
前記式(9)および(10)におけるm、n、環Aのそれぞれは、前記式(7)および(8)におけるm、n、環Aと同じである。
前記式(9)で表されるアミノ化合物としては、mが1かつnが2である化合物が好ましい。具体的には、1−アミノインダン、4−メトキシ−1−アミノインダン、5−メトキシ−1−アミノインダン、6−メトキシ−1−アミノインダン、7−メトキシ−1−アミノインダン、2−アミノテトラリン、5−メトキシ−2−アミノテトラリン、6−メトキシ−2−アミノテトラリン、7−メトキシ−2−アミノテトラリン、8−メトキシ−2−アミノテトラリン、5−ヒドロキシ−2−アミノテトラリン、6−ヒドロキシ−2−アミノテトラリン、7−ヒドロキシ−2−アミノテトラリン、8−ヒドロキシ−2−アミノテトラリン、1−アミノテトラリン、5−メトキシ−1−アミノテトラリン、6−メトキシ−1−アミノテトラリン、7−メトキシ−1−アミノテトラリン、8−メトキシ−1−アミノテトラリン、等が挙げられ、さらに好ましくは、1−アミノテトラリン、2−アミノテトラリン、5−メトキシ−2−アミノテトラリン、6−メトキシ−2−アミノテトラリン、7−メトキシ−2−アミノテトラリン、8−メトキシ−2−アミノテトラリンが挙げられる。もっとも好ましくは、7−メトキシ−2−アミノテトラリンである。
さらに、本製造方法IIでは、一般式(13):
Figure 0004922929
で表されるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、前記酵素あるいは該酵素の産生能を持つ微生物の培養物を作用させることにより、一般式(14)
Figure 0004922929
で表される光学活性アミノ化合物を得ること得ることができる。
前記式(13)および(14)におけるj、k、およびR5のそれぞれは、前記式(11)および(12)におけるj、kおよびR5と同じである。
前記式(13)で表されるアミノ化合物としては、jが1かつkが2である化合物が好ましい。また、R5は水素原子、フェニル基、ベンジル基、ベンゾイル基、ベンジルオキシカルボニル基、tert−ブトキシカルボニル基、メシル基、又はトシル基である化合物が好ましい。具体的には、1−ベンジル−3−アミノピロリジン、1−tert−ブトキシカルボニル−3−アミノピロリジン、1−トシル−3−アミノピロリジン、1−メシル−3−アミノピロリジン、1−ベンジルオキシカルボニル−3−アミノピロリジン、3−アミノピロリジンが挙げられ、好ましくは、1−ベンジル−3−アミノピロリジンである。
本方法においては、ケトン化合物をアミノ基受容体として用いる。当該ケトン化合物としては、アミノ基受容体としての活性があればいかなるケトン化合物であってもよいが、好ましくは、ピルビン酸あるいはグリオキシル酸である。
製造方法IIにおいては、前記式(5)、(9)又は(13)で表わされるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、上記アミノ基受容体の存在下、前記本発明の酵素又は当該酵素の生成能を有する形質転換体の培養物を作用させる。
ここで、前記式(5)、(9)又は(13)で表されるアミノ化合物のエナンチオマー混合物とは、前記式(6)、(10)又は(14)で表されるエナンチオマーとその鏡像体の混合物を表す。通常は、ラセミ体が安価で入手しやすく、ラセミ体を用いることが好ましい。ただし、ラセミ体に限定されず、例えば、前記式(6)、(10)又は(14)で表されるエナンチオマーがその鏡像体よりも若干過剰に含まれる混合物を用いて、製造方法IIにより、その光学純度を高めることも好ましく行い得る。
また、「培養物」の意味するところは、前述の製造方法Iの場合と同様である。
反応における、アミノ化合物(5)、(9)又は(13)の濃度は、反応液組成中、0.1〜20重量%、好ましくは1〜10重量%である。また、アミノ基受容体は、アミノ化合物に対し、30〜100モル%、好ましくは50〜60モル%の濃度で用いることが好ましい。
反応pH、反応温度、反応溶媒は製造方法Iと同様の条件が用いられ得る。
上記の反応により、前記式(6)、(10)、又は(14)で表される光学活性アミノ化合物が生成する。生成した光学活性アミノ化合物は、製造方法Iと同様の方法で反応混合液から単離することができる。
これらの製造方法により製造された光学活性アミノ化合物の収率および純度は、例えば、反応液を逆相カラム(コスモシル5C18−AR、ナカライテスク等)を用い、25%アセトニトリル等を移動相として分離し、210nmの吸収を対照と比較することにより定量分析を行なうことができる。また、光学純度を測定する方法としては、生成したアミ
ノ化合物をN−カルボキシ−L−ロイシンアンヒドライド等と結合させてジアステレオマーを形成させ、これを逆相カラム(コスモシル5C18−AR、ナカライテスク等)を用いた高速液体クロマトグラフィーにより測定することができる。
以下、実施例により本発明をさらに詳しく説明するが、本発明はこれらの実施例になんら限定されるものではない。
(実施例1) 酵素精製の取得
土壌より分離したシュードモナス・フルオレッセンス KNK08−18(FERM BP−10599)を500mL容坂口フラスコ中50mLのS17培地(組成:5g/L KH2PO4、5g/L K2HPO4、0.16g/L MgSO4・7H2O、0.018g/L FeSO4・7H2O、0.012g/L ZnSO4・H2O、0.002g/L MnSO4・7H2O、0.001g/L CuSO4・7H2O、0.02g/L NaCl、20g/L グリセリン、10g/L イーストエキス(日本製薬社製)、500mg/L (S)−7−メトキシ−2−アミノテトラリン(pH7.2))に植菌し、30℃で1日培養し、前培養液を得た。次に、5L容ミニジャー中3.0Lの培地(前記と同組成)に、得られた前培養液を植菌し、通気0.6vvm、攪拌400rpmで温度30℃で28時間培養した。ついで、遠心分離により培養液から菌体を集め、0.01% 2−メルカプトエタノールおよび、0.02mM ピリドキサルリン酸を含む0.01M リン酸カリウム緩衝液(pH8.0)に懸濁した。得られた懸濁液を超音波破砕により破砕した。次に、該破砕物中の固形物を遠心分離により除去し、無細胞抽出液を調製した。
得られた無細胞抽出液に硫酸プロタミンを添加し、核酸を除去した。得られた硫酸プロタミン処理液に30%飽和となるように硫酸アンモニウムを添加し、これを溶解させ、ついで生じた沈殿を遠心分離により除去した。この上清に60%飽和となるように硫酸アンモニウムを添加し、これを溶解させて、ついで遠心分離により生じた沈殿を回収した。
この沈殿を0.01%2−メルカプトエタノール、20mM ピリドキサルリン酸、0.1mM フェニルメチルスルホニルフルオリド(PMSF)を含む10mM リン酸緩衝液(pH8.0)で溶解させ、さらに同緩衝液に対して透析を行なった。これを、同じ緩衝液で平衡化させたDEAE−TOYOPEARL 650M(東ソー株式会社製)カラム(300mL)に供し、活性画分を吸着させた。同一緩衝液でカラムを洗浄した後、塩化ナトリウムのリニアグラジエント(0Mから0.3Mまで)により活性画分を溶出させた。
溶出させた活性画分を集めて、これに、終濃度1.2Mとなるように硫酸アンモニウムを溶解し、1.2M 硫酸アンモニウム、0.01% 2−メルカプトエタノール、20mM ピリドキサルリン酸、0.1mM PMSFを含む10mM リン酸緩衝液(pH8.0)であらかじめ平衡化したPhenyl−TOYOPEARL 650M(東ソー株式会社製)カラム(120mL)に供し、活性画分を吸着させた。同一緩衝液でカラムを洗浄した後、硫酸アンモニウムのリニアグラジエント(1.2Mから0Mまで)により活性画分を溶出させた。活性画分を集め、0.01% 2−メルカプトエタノール、20mMピリドキサルリン酸、0.1mM PMSFを含む10mM リン酸緩衝液(pH8.0)に対して透析を行なった。
上記で得られた粗酵素液を0.01% 2−メルカプトエタノール、20mM ピリドキサルリン酸、0.1mM PMSFを含む10mMリン酸緩衝液(pH8.0)であらかじめ平衡化させたQ−sepharose 16/10HPカラム(アマシャムバイオサイエンス株式会社製)に供し、活性画分を吸着させた。同一緩衝液でカラムを洗浄した後、塩化ナトリウムのリニアグラジエント(0Mから0.7Mまで)により活性画分を溶出させた。
溶出させた活性画分を集めて、これに、終濃度1.0Mとなるように硫酸アンモニウムを溶解し、1.0M 硫酸アンモニウム、0.01% 2−メルカプトエタノール、20mM ピリドキサルリン酸、0.1mM PMSFを含む10mM リン酸緩衝液(pH8.0)であらかじめ平衡化したButyl−TOYOPEARL 650S(東ソー株式会社製)カラム(25mL)に供し、活性画分を吸着させた。同一緩衝液でカラムを洗浄した後、硫酸アンモニウムのリニアグラジエント(1.0Mから0Mまで)により活性画分を溶出させた。得られた活性粗酵素液を限外ろ過にて濃縮した。
濃縮した粗酵素液を、0.01% 2−メルカプトエタノール、20mM ピリドキサルリン酸、0.1mM PMSF、0.15M 塩化ナトリウムを含む10mM リン酸緩衝液(pH8.0)であらかじめ平衡化させたHi LOAD 16/60 Superdex200p/gカラム(アマシャムバイオサイエンス株式会社製)に供し、電気泳動的に単一な精製酵素標品を得た。以後、この酵素をMTAと称する。
(実施例2) 精製酵素の理化学的性質1
実施例1で得たMTA精製酵素について、その理化学的性質について調べた。
(1)作用:
タンパク質濃度を2mg/mLに調製した精製酵素液0.1mLを、下記組成を有する基質溶液0.9mLに添加し、30℃で反応させた。1時間後、3N塩酸を0.1mL添加して反応を停止させ、反応液を高速液体クロマトグラフィーで分析した。その結果、MTAは光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用してアセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成する、アミノ基転移活性を有することが確認された。
[基質溶液組成]
(S)−α−フェネチルアミン 28.3mM
1−ベンジル−3−ピロリジノン 28.3mM
ピリドキサルリン酸 0.02mM
リン酸カリウム緩衝液(pH7.0) 0.1M
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Finepak SIL C18−T (日本分光社製)
溶離液:蒸留水 1260mL/アセトニトリル 740mL/KH2PO4 10g
/SDS 2.88g(pH3.6)
流速:1mL/分
検出:254nm
カラム温度:40℃
(2)至適pH:
pH4〜11の範囲で、上記と同様にしてアミノ基転移活性を測定し、MTAの至適pHを調べた(ただし、測定するpHの応じて緩衝液は下記のものを用いた)。その結果、至適pHは7〜9であった。
[緩衝液]
pH4.0〜6.0の場合 :0.1M酢酸ナトリウム緩衝液
pH6.0〜8.5の場合 :0.1Mリン酸カリウム緩衝液
pH8.0〜9.0の場合 :0.1Mトリスー塩酸緩衝液
pH9.0〜11.0の場合:0.1M炭酸ナトリウム緩衝液。
(3)至適温度:
上記と同様の条件(pH7.0)にて、温度20℃〜70℃の範囲で、活性測定を行なった。その結果、反応至適温度は30〜50℃であった。
(4)熱安定性:
MTAを、0.02M ピリドキサルリン酸を含む0.1M リン酸緩衝液(pH7.5)中、温度20℃〜70℃で30分間処理した後、上記と同様の条件(温度30℃、pH7.0)で活性測定を行なった。その結果、処理前に比べて、20℃〜40℃処理では90%以上の活性が残存していた。
(5)分子量:
MTAの分子量をHiLoad 16/60 Superdex 200 prep grade(アマシャムバイオサイエンス社製)カラムを用いたゲルろ過法により測定した結果、約120,000であった。また、サブユニットの分子量をSDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動により測定したところ、約53,000であった。
(実施例3) 精製酵素の理化学的性質:アミノ基供与体特異性
精製酵素20μLに、各種アミン化合物14mM(ラセミ体の場合は28mM)、7−メトキシ−2−テトラロン 14mMを含む0.1M リン酸カリウム緩衝液(pH7.5)380μLを添加し、30℃、1時間反応させた後、3N塩酸を20μL加えて反応を停止させた。得られた反応液を高速液体クロマトグラフィーで分析し、生成した7−メトキシ−2−アミノテトラリンを定量し、各種アミノ化合物に対するアミノ基転移活性を測定した。その結果を、(S)−α−フェネチルアミンを用いたときの活性を100とした相対活性として表1に示す。表1に示すように本酵素は(S)−α−フェネチルアミンに対し、特に高い活性を示した。
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Cosmosil 5C8−MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mM リン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール =4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
Figure 0004922929
(実施例4) 精製酵素の理化学的性質:アミノ基供与体特異性2
実施例1で得た精製酵素について、代表的なω−アミノ酸トランスアミナーゼの基質に対する反応性について調べた。まず、タンパク質濃度を0.2mg/mLに調製した精製酵素液20μLを下記組成を有する基質溶液380μLに添加し、30℃、1時間反応させた後、3N塩酸を20μL加えて反応を停止させた。次に、得られた反応液20μLに0.2M 炭酸ナトリウム水溶液を80μL、3.3mg/mL ダブシルクロリドのアセトン溶液を200μLをそれぞれ加え、70℃で10分間反応させた。これに酢酸20μLを加えて攪拌し、この反応液を高速液体クロマトグラフィーで分析し、ダブシル化したアラニンを定量した。その結果を、(S)−α−フェネチルアミンをアミノ基供与体として用いたときの活性を100とした相対活性として表2に示す。表2に示すように、本酵素はβ−アラニン、タウリン、プトレッシン、DL−オルニチン、DL−リジンに対して活性を示さなかった。
[基質溶液組成]
各種アミノ化合物 14mM
ピルビン酸 14mM
ピリドキサルリン酸 0.02mM
リン酸カリウム緩衝液(pH7.5) 0.1M
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Deverosil ODS−HG−3(NOMURA CHEMICAL)
溶離液:アセトニトリル/0.045M 酢酸緩衝液(pH4.1)
=35/65(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
Figure 0004922929
(実施例5) 精製酵素の理化学的性質:アミノ基受容体特異性
実施例1で得た精製酵素について、アミノ基受容体に対する基質特異性について調べた。精製酵素20μLに、(S)−α−フェネチルアミン 14mM、各種ケトン化合物 14mMを含む0.1Mリン酸緩衝液(pH7.5)380μLを添加し、30℃、1時間反応させた後、3N塩酸を20μL加えて反応を停止させた。得られた反応液を高速液体クロマトグラフィーで分析し、生成したアセトフェノンを定量した。その結果を、ピルビン酸をアミノ基受容体として用いたときの活性を100とした相対活性として表3に示す。高速液体クロマトグラフィーによる測定条件は以下の通りである。表3に示すように、本酵素はピルビン酸およびグリオキシル酸に高い活性を示し、2−ケトグルタル酸には活性を示さなかった。
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Cosmosil 5C8−MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mMリン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール
=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
Figure 0004922929
(実施例6) 精製酵素の理化学的性質:アミノ基受容体特性2
実施例1で得た精製酵素について、実施例5と同様の方法で、アミノ基受容体に対する基質特異性について調べた。結果を表4に示す。
Figure 0004922929
(実施例7) 基質特異性:ω−アミノ酸トランスアミナーゼとの比較
実施例1で得た精製酵素について、代表的なω−アミノ酸トランスアミナーゼの基質に対する、本酵素の反応性について調べた。まず、タンパク質濃度を0.2mg/mLに調製した精製酵素液20μLを下記組成を有する基質溶液380μLに添加し、30℃、1時間反応させた後、3N塩酸を20μL加えて反応を停止させた。次に、得られた反応液20μLに0.2M 炭酸ナトリウム水溶液80μL、3.3mg/mLダブシルクロリドのアセトン溶液200μLをそれぞれ加え、70℃で10分間反応させた。これに酢酸20μLを加えて攪拌し、この反応液を高速液体クロマトグラフィーで分析し、ダブシル化したアラニンあるいはグルタミン酸を定量した。その結果を、(S)−α−フェネチルアミンをアミノ基供与体として用いたときの活性を100とした相対活性として表5に示す。表5のω−アミノ酸:ピルビン酸トランスアミナーゼおよび4−アミノ酪酸:2−ケトグルタル酸トランスアミナーゼの活性値は文献(Agric. Biol. Chem. 41, 1701-1706 (1977)、Arch. Biochem. Biophys. 200, 156-164(1980))から引用した。表5に示すように、本酵素は、β−アラニン、タウリン、プトレッシン、4−アミノ酪酸などの代表的なω−アミノ酸トランスアミナーゼの基質に作用せず、(S)−α−フェネチルアミンに対し特異的に高い活性を示した。
[基質溶液組成]
各種アミノ化合物 14mM
ピルビン酸又は2−ケトグルタル酸 14mM
ピリドキサルリン酸 0.02mM
リン酸カリウム緩衝液(pH7.5) 0.1M
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
カラム:Deverosil ODS−HG−3(NOMURA CHEMICAL)
溶離液:アセトニトリル/0.045M酢酸緩衝液(pH4.1)
=35/65(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
Figure 0004922929
(実施例8) MTA遺伝子のクローニング
(PCRプライマーの作成)
実施例1で得られた精製MTAのN末端アミノ酸配列をABI492型プロテインシーケンサー(PerkinElmer Biosystems社)により決定した。また、実施例1で得られた精製MTAを8M尿素存在下で変性させた後、アクロモバクター由来のリシルエンドペプチダーゼ(和光純薬工業株式会社製)で消化し、得られたペプチド断片のアミノ酸配列をN末端アミノ酸配列と同様の方法で決定した。このアミノ酸配列から予想される塩基配列を考慮し、MTA遺伝子の一部をPCRにより増幅するためのプライマー1(配列表の配列番号3)、および、プライマー2(配列表の配列番号4)を合成した。
(PCRによるMTA遺伝子の増幅)
シュードモナス・フルオレッセンス KNK08−18の培養液から、Murray等の方法(Nucl. Acids Res., 8, 4321, 1980)に記載の方法に従って染色体DNAを抽出した。得られた染色体DNAを鋳型に、上記で合成したプライマーを用いてPCRを行った。その結果、MTA遺伝子の一部と考えられる約540bpのDNA断片を取得した。PCRは、DNAポリメラ−ゼとしてTaKaRa Ex Taq(宝酒造株式会社製)を用いて行い、反応条件はその取り扱い説明書に従った。このDNA断片を、プラスミドpT7Blue T-Vector(Novagen社製)にクローニングし、ABI PRISM Dye Terminator Cycle Sequencing Ready Reaction Kit(Perkin Elmer社製)およびABI 310 DNA Sequencer(Perkin Elmer社製)を用いてその塩基配列を決定した。その塩基配列を配列表の配列番号5に示した。
(inverse−PCR法によるMTA遺伝子の全長配列の決定)
シュードモナス・フルオレッセンスKNK08−18の染色体DNAを制限酵素EcoRI、FbaI、NcoI又はSphIを用いて完全消化し、得られた消化物をT4DNAリガーゼ(宝酒造株式会社製)を用いて各々分子内環化させた。これを鋳型として用い、上記で判明したMTA遺伝子の部分塩基配列情報をもとに、inverse−PCR法(Nucl. Acids Res., 16, 8186 (1988))により、染色体DNA上のMTA遺伝子の全塩基配列を決定した。PCRは、TaKaRa LA Taq with GC buffer(宝酒造株式会社製)を用いて行い、反応条件はその取り扱い説明書に従った。決定した塩基配列を配列表の配列番号2に示した。また、該塩基配列がコードするアミノ酸配列を配列表の配列番号1に示した。
(実施例9) MTA遺伝子を含む組換えプラスミドの作製
実施例8で決定した塩基配列に基づき、MTA遺伝子の開始コドン部分にNdeI部位を付加したプライマー3(配列表の配列番号6)と、MTA遺伝子の終始コドンの直後にEcoRI部位を付加したプライマー4(配列表の配列番号7)とを合成した。実施例2で得たシュードモナス・フルオレッセンス KNK08−18の染色体DNAを鋳型とし、これらのプライマーを用いてPCRを行い、MTA遺伝子の開始コドン部分にNdeI部位を付加し、かつ終始コドンの直後にEcoRI部位を付加した二本鎖DNAを取得した。PCRは、TaKaRa LA Taq with GC buffer(宝酒造株式会社製)を用いて行い、反応条件はその取り扱い説明書に従った。このDNAをNdeI及びEcoRIで消化し、プラスミドpUCNT(WO94/03613)のlacプロモーターの下流のNdeI認識部位とEcoRI認識部位の間に挿入し、組換えベクターpNTMTAを得た。
(実施例10) 組換え大腸菌の作製
実施例9で得た組換えベクターpNTMTAを用いて大腸菌E. coli HB101(宝酒造株式会社製)を形質転換し、組換え大腸菌E. coli HB101(pNTMTA)を得た。こうして得られた形質転換体E. coli HB101 (pNTMTA)は、平成16年10月5日付けで、受託番号:FERM P−20238として、独立行政法人産業技術総合研究所 特許生物寄託センター(〒305−8566 茨城県つくば市東1−1−1 中央第6)に寄託されている。
(実施例11) 組換え大腸菌におけるMTA遺伝子の発現
実施例10で得たE. coli HB101(pNTMTA)を200μg/mlのアンピシリンを含む2×YT培地(トリプトン1.6%、イーストエキス1.0%、NaCl 0.5%、pH7.0)で培養し、集菌後、100mMリン酸緩衝液(pH7.5)に懸濁し、超音波破砕により無細胞抽出液を得た。この無細胞抽出液のトランスアミナーゼ活性を、実施例1に示した、アセトフェノンと1−ベンジル−3−ピロリジノンを基質とした活性測定法により測定した。その結果、E. coli HB101(pNTMTA)の無細胞抽出液では、タンパク質1mgあたり1Uの該活性が見られた。
(実施例12)製造方法Iによる光学活性7−メトキシ−2−アミノテトラリンの製造
実施例10で得たE. coli HB101 (pNTMTA)を500mL容坂口フラスコ中の50mLの2×YT培地(トリプトン 1.6%、イーストエキス 1.0%、NaCl 0.5%、アンピシリン 200μg/ml、pH7.0)に植菌後、28℃で3日間培養した。遠心分離により培養液から菌体を集め、0.01% 2−メルカプトエタノールおよび、0.02mM ピリドキサルリン酸を含む0.01M リン酸カリウム緩衝液(pH8.0)に懸濁し、同緩衝液で体積5mlに調製し、菌体懸濁液とした。
あらかじめ基質である7−メトキシ−2−テトラロン300mg、および、(S)−α−フェネチルアミン309.4mgを入れたフラスコに上記菌体懸濁液3ml、ピリドキサルリン酸3.7mg、1Mリン酸カリウム緩衝液(pH6.8)3mLを入れて、脱イオン水を加えて全体積を30mLとした。これを、30℃で、24時間、攪拌しながら反応させた。反応終了後、反応液中に生成した7−メトキシ−2−アミノテトラリンをHPLCで下記条件にて分析した。その結果、7−メトキシ−2−アミノテトラリンが変換率85%で生成していた。その立体配置は(S)体で光学純度は96.7%e.e.であった。
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
<定量分析>
カラム:Cosmosil 5C8−MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mM リン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール
=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
<光学純度分析>
カラム:Crownpak CR(+)(ダイセル化学工業社製)
溶離液:過塩素酸水溶液(pH1.5)/メタノール=85/15(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:220nm
カラム温度:47℃
(実施例13)製造方法Iによる光学活性1−ベンジル−3−アミノピロリジンの製造
実施例12と同様の方法で菌体懸濁液を調製した。あらかじめ基質である1−ベンジル−3−ピロリジノン900mg、および、(S)−α−フェネチルアミン928.2mgを入れたフラスコに上記菌体懸濁液3ml、ピリドキサルリン酸3.7mg、1M リン酸カリウム緩衝液(pH6.8)3mLを入れて、脱イオン水を加えて全体積を30mLとした。これを、30℃で、16時間攪拌しながら反応させた。反応終了後、反応液をHPLCにて下記条件で分析した。その結果、1−ベンジル−3−アミノピロリジンが変換率75.1%で生成していた。その立体配置は(S)体で光学純度は79.2%e.e.であった。
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
<定量分析>
カラム:Finepak SIL C18−T (日本分光社製)
溶離液:蒸留水 1260mL/アセトニトリル 740mL/KH2PO4 10g
/SDS 2.88g(pH3.6)
流速:1mL/分
検出:254nm
カラム温度:40℃
<光学純度分析>
反応液を適量の炭酸ナトリウムで塩基性にしたのち、Z−クロリドで誘導体化した後、以下の条件で分析した。
カラム:Chiralcel OD−H(ダイセル化学工業社製)
溶離液:ヘキサン/イソプロピルアルコール=90/10(体積比)
流速:1.0mL/分
検出:254nm
カラム温度:室温
(実施例14) 製造方法Iによる光学活性1−フェニル−3−ブチルアミンの製造
実施例12と同様の方法で菌体懸濁液を調製した。あらかじめ基質である1−フェニル−3−ブタノン504.6mg、および、(S)−α−フェネチルアミン618.8mgを入れたフラスコに上記菌体懸濁液3ml、ピリドキサルリン酸3.7mg、1M リン酸カリウム緩衝液(pH6.8)3mLを入れて、脱イオン水を加えて全体積を30mLとした。これを、30℃で、16時間、攪拌しながら反応させた。反応終了後、反応液を以下のように分析した。その結果、1−フェニル−3−ブチルアミンが変換率68%で生成しており、その立体配置は(S)体で光学純度は95.8%e.e.であった。
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
<定量分析>
カラム:Cosmosil 5C8−MS(ナカライテスク社製)
溶離液:30mMリン酸カリウム緩衝液(pH2.5)/アセトニトリル/メタノール
=4/1/1(体積比)
流速:0.9mL/分
検出:254nm
<光学純度分析>
反応液を適量の炭酸ナトリウムで塩基性にしたのち、無水酢酸で誘導体化した後、以下の条件で分析した。
カラム:Chiralcel OJ−H(ダイセル化学工業社製)
溶離液:ヘキサン/エタノール=95/5(体積比)
流速:1.0mL/分
検出:220nm
カラム温度:室温
(実施例15) 製造方法IIによる光学活性7−メトキシ−2−アミノテトラリンの製造
実施例12と同様の方法で菌体懸濁液を調製した。あらかじめ基質であるラセミ体7−メトキシ−2−アミノテトラリン100mg、および、ピルビン酸62mgを入れたフラスコに上記菌体懸濁液3ml、ピリドキサルリン酸1.2mg、1M リン酸カリウム緩衝液(pH7.0)1mLを入れて、脱イオン水を加えて全体積を10mLとした。これを、30℃で、21時間、攪拌しながら反応させた。反応終了後、実施例12と同様に分析を行なったところ、7−メトキシ−2−アミノテトラリンが残存率44%で存在していた。その立体配置は(R)体で光学純度は100%e.e.であった。
(実施例16) 製造方法Iによる光学活性2−アミノヘプタンの製造
実施例10で得たE. coli HB101 (pNTMTA)を500mL容坂口フラスコ中の50mLの2×YT培地(トリプトン 1.6%、イーストエキス 1.0%、NaCl 0.5%、pH7.0)に植菌後、28℃で3日間培養した。遠心分離により培養液から菌体を集め、0.01% 2−メルカプトエタノールおよび、0.02mM ピリドキサルリン酸を含む0.01M リン酸カリウム緩衝液(pH8.0)に懸濁し、同緩衝液で体積5mlに調製し、菌体懸濁液とした。
あらかじめ基質である2−ヘプタノン600mg、および、(S)−α−フェネチルアミン955.1mgを入れたフラスコに上記菌体懸濁液3ml、ピリドキサルリン酸3.7mg、1M リン酸カリウム緩衝液(pH6.8)3mLを入れて、脱イオン水を加えて全体積を30mLとした。これを、30℃で、16時間、攪拌しながら反応させた。反応終了後、反応液2mLに200μLの40%水酸化ナトリウム水溶液を添加し、4mLのtert−ブチルメチルエーテルを用いて抽出し、その抽出液を以下のように分析した。その結果、2−アミノヘプタンが変換率47%で生成しており、その立体配置は(S)体で光学純度は98.8%e.e.であった。
[ガスクロマトグラフィーによる測定条件]
<定量分析>
カラム:Rtx−5 Amine 30mx0.25mm(RESTEK社製)
カラム温度:150℃
インジェクター温度:250℃
ディテクター温度:250℃
キャリアガス:He
検出:FID
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
<光学純度分析>
反応液を適量の炭酸ナトリウムで塩基性にしたのち、ジニトロベンゾイルクロライドで誘導体化した後、以下の条件で分析した。
カラム:Chiralpak AD−H(ダイセル化学工業社製)
溶離液:ヘキサン/エタノール=9/1(体積比)
流速:1.0mL/分
検出:240nm
カラム温度:35℃
(実施例17) 製造方法Iによる光学活性1−Boc−3−アミノピロリジンの製造
実施例16と同様の方法で菌体懸濁液を調製した。あらかじめ基質である1−Boc−3−ピロリジノン900mg、および、(S)−α−フェネチルアミン883mgを入れたフラスコに上記菌体懸濁液3ml、ピリドキサルリン酸3.7mg、1M リン酸カリウム緩衝液(pH6.8)3mLを入れて、脱イオン水を加えて全体積を30mLとした。これを、30℃で、8時間、攪拌しながら反応させた。反応終了後、反応液0.1mLに30μLの40%水酸化ナトリウム水溶液を添加し、1mLの酢酸エチルを用いて抽出し、その抽出液を以下のように分析した。その結果、1−Boc−3−アミノピロリジンが変換率82%で生成しており、その立体配置は(S)体で光学純度は99.4%e.e.であった。
[ガスクロマトグラフィーによる測定条件]
<定量分析>
カラム:Rtx−5 Amine 30mx0.25mm(RESTEK社製)
カラム温度:150℃
インジェクター温度:250℃
ディテクター温度:250℃
キャリアガス:He
検出:FID
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
<光学純度分析>
反応液を適量の炭酸ナトリウムで塩基性にしたのち、ジニトロベンゾイルクロライドで誘導体化した後、以下の条件で分析した。
カラム:Chiralpak AD−H(ダイセル化学工業社製)
溶離液:ヘキサン/エタノール=75/25(体積比)に0.1%ジエチルアミンを添加。
流速:0.7mL/分
検出:240nm
カラム温度:40℃
(実施例18) 製造方法Iによる光学活性1−Boc−3−アミノピペリジンの製造
実施例16と同様の方法で菌体懸濁液を調製した。あらかじめ基質である1−Boc−3−ピペリジノン900mg、および、(S)−α−フェネチルアミン821mgを入れたフラスコに上記菌体懸濁液3ml、ピリドキサルリン酸3.7mg、1M リン酸カリウム緩衝液(pH6.8)3mLを入れて、脱イオン水を加えて全体積を30mLとした。これを、30℃で、5時間、攪拌しながら反応させた。反応終了後、反応液0.2mLに50μLの40%水酸化ナトリウム水溶液を添加し、1mLの酢酸エチルを用いて抽出し、その抽出液を以下のように分析した。その結果、1−Boc−3−アミノピペリジンが変換率83%で生成しており、その立体配置は(S)体で光学純度は>99.9%e.e.であった。
[ガスクロマトグラフィーによる測定条件]
<定量分析>
カラム:Rtx−5 Amine 30mx0.25mm(RESTEK社製)
カラム温度:150℃
インジェクター温度:250℃
ディテクター温度:250℃
キャリアガス:He
検出:FID
[高速液体クロマトグラフィーによる測定条件]
<光学純度分析>
反応液を適量の炭酸ナトリウムで塩基性にしたのち、ジニトロベンゾイルクロライドで誘導体化した後、以下の条件で分析した。
カラム:Chiralpak AD−H(ダイセル化学工業社製)
溶離液:ヘキサン/エタノール=75/25(体積比)に0.1%ジエチルアミンを添加。
流速:0.7mL/分
検出:240nm
カラム温度:40℃
本発明の組換えベクターpNTMTAの構築方法を示す図である。

Claims (13)

  1. 下記(A)又は(B)に示すDNA:
    (A)配列表の配列番号2に記載の塩基配列を含むDNA、
    (B)配列表の配列番号2に記載の塩基配列と相補的なDNAと、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倍濃度のSSC溶液(1倍濃度のSSC溶液の組成は、150mM塩化ナトリウム、15mMクエン酸ナトリウムよりなる)を用い、65℃の条件下でフィルターを洗浄する条件下でハイブリダイズし、かつ、光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用してアセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成するアミノ基転移活性を有する酵素をコードするDNA。
  2. 下記(1)から(3)の理化学的性質を有する、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens)KNK08−18(FERM BP−10599)から得られたアミノ基転移酵素:
    (1)作用:光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用してアセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成するアミノ基転移反応を触媒する、
    (2)基質特異性:
    (a)アミノ基供与体:(S)−α−フェネチルアミンに対し活性を示し、β−アラニン、タウリン、プトレッシン、DL−オルニチンおよびDL−リジンに対し実質的に活性を示さない、
    (b)アミノ基受容体:ピルビン酸およびグリオキシル酸のそれぞれに対し活性を示す、
    (3)分子量:ゲルろ過で120,000、SDS−ポリアクリルアミドゲル電気泳動で53,000。
  3. さらに以下の(4)から(6)の理化学的性質を有する請求項2記載のアミノ基転移酵素:
    (4)至適pH:7〜9、
    (5)作用至適温度:30〜50℃、
    (6)熱安定性:pH7.0、30〜40℃で30分間処理したとき、処理前の全活性の90%以上の残存活性を保持する。
  4. 下記の(1)又は(2)に示すアミノ基転移酵素:
    (1)配列表の配列番号1で示されるアミノ酸配列からなるアミノ基転移酵素;
    (2)配列表の配列番号1で示されるアミノ酸配列において、1若しくは数個のアミノ酸が欠失、置換、挿入もしくは付加されたアミノ酸配列からなり、かつ、光学活性(S)−α−フェネチルアミンと1−ベンジル−3−ピロリジノンとに作用してアセトフェノンと1−ベンジル−3−アミノピロリジンとを生成するアミノ基転移酵素。
  5. 請求項2〜のいずれかに記載のアミノ基転移酵素をコードするDNA。
  6. 請求項1又は記載のDNAを含むベクター。
  7. 請求項記載のベクターにより宿主細胞を形質転換して得られる形質転換体。
  8. 一般式(3):
    Figure 0004922929
    (式中、qは0〜7の整数を示し、rは〜2の整数を示し、Rは置換されていてもよい、炭素数6〜14のアリール基、炭素数4〜14のヘテロアリール基、炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数4〜14のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜5のアルコキシ基、炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基、炭素数3〜5の分岐鎖アルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数2〜5のアルキニル基、炭素数5〜7のシクロアルキル基、メチル基又はカルボキシル基を示し、Xは水素原子を示す。但し、Rがメチル基の場合にはq>=rである。)で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、請求項2〜のいずれかに記載のアミノ基転移酵素、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens) KNK08−18(FERM BP−10599)の培養物、又は、請求項に記載の形質転換体の培養物を作用させる工程を有し、
    上記アミノ基供与体が、一般式(15):
    Figure 0004922929
    (式中、R 6 は、炭素数1〜10の置換もしくは無置換の直鎖あるいは分岐鎖アルキル基又は炭素数6〜10の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数1〜5の置換もしくは無置換のアルキル基又はフェニル基を示す。R 7 は、水素原子、カルボキシル基、あるいは炭素数1〜2の置換もしくは無置換のアルキル基を示す。)で表されるアミン化合物であることを特徴とする、一般式(4):
    Figure 0004922929
    (式中、q、r、RおよびXは、前記式(3)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物の製造方法。
  9. 一般式(5):
    Figure 0004922929
    (式中、qは0〜7の整数を示し、rは〜2の整数を示し、Rは置換されていてもよい、炭素数6〜14のアリール基、炭素数4〜14のヘテロアリール基、炭素数6〜14のアリールオキシ基、炭素数4〜14のヘテロアリールオキシ基、炭素数1〜5のアルコキシ基、炭素数2〜5のアルコキシカルボニル基、炭素数3〜5の分岐鎖アルキル基、炭素数2〜5のアルケニル基、炭素数2〜5のアルキニル基、炭素数5〜7のシクロアルキル基、メチル基又はカルボキシル基を示し、Xは水素原子を示す。但し、Rがメチル基の場合にはq>=rである。)で表わされるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、請求項2〜のいずれかに記載のアミノ基転移酵素、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens) KNK08−18(FERM BP−10599)の培養物、又は、請求項に記載の形質転換体の培養物を作用させる工程を有し、
    上記アミノ基受容体が、ピルビン酸、グリオキシル酸、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、2−ケト酪酸、2−ケト−n−吉草酸、2−ヘプタン、3’−メトキシアセトフェノン、ベンジルアセトン、3−アセチルピリジン、アセチルピラジン、メトキシプロパノン、1−ベンジル−3−ピロリジノン、ベンゾイル酢酸エチル、3’−ヒドロキシアセトフェノン、3’−トリフルオロメチルアセトフェノン、4’−クロロアセトフェノン、2−テトラロン、及び7−メトキシ−2−テトラロンからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする、一般式(6):
    Figure 0004922929
    (式中、q、r、RおよびXは前記式(5)と同じ。)で表わされる光学活性アミノ化合物の製造方法。
  10. 一般式(7):
    Figure 0004922929
    (式中、mはを示し、nは2をし、環Aは置換されていても良いベンゼン環を示す。)で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、請求項2〜のいずれかに記載のアミノ基転移酵素、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens) KNK08−18(FERM BP−10599)の培養物、又は、請求項に記載の形質転換体の培養物を作用させる工程を有し、
    上記アミノ基供与体が、一般式(15):
    Figure 0004922929
    (式中、R 6 は、炭素数1〜10の置換もしくは無置換の直鎖あるいは分岐鎖アルキル基又は炭素数6〜10の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数1〜5の置換もしくは無置換のアルキル基又はフェニル基を示す。R 7 は、水素原子、カルボキシル基、あるいは炭素数1〜2の置換もしくは無置換のアルキル基を示す。)で表されるアミン化合物であることを特徴とする、一般式(8):
    Figure 0004922929
    (式中、m、n、環Aのそれぞれは、前記式(7)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物の製造方法。
  11. 一般式(9):
    Figure 0004922929
    (式中、mはを示し、nは2をし、環Aは置換されていても良いベンゼン環を示す。)で表されるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、請求項2〜のいずれかに記載のアミノ基転移酵素、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens) KNK08−18(FERM BP−10599)の培養物、又は、請求項に記載の形質転換体の培養物を作用させる工程を有し、
    上記アミノ基受容体が、ピルビン酸、グリオキシル酸、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、2−ケト酪酸、2−ケト−n−吉草酸、2−ヘプタン、3’−メトキシアセトフェノン、ベンジルアセトン、3−アセチルピリジン、アセチルピラジン、メトキシプロパノン、1−ベンジル−3−ピロリジノン、ベンゾイル酢酸エチル、3’−ヒドロキシアセトフェノン、3’−トリフルオロメチルアセトフェノン、4’−クロロアセトフェノン、2−テトラロン、及び7−メトキシ−2−テトラロンからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする、一般式(10):
    Figure 0004922929
    (式中、m、n、環Aのそれぞれは、前記式(9)と同じ。)で表わされる光学活性アミノ化合物の製造方法。
  12. 一般式(11):
    Figure 0004922929
    (式中、jは1かつkは2を示し、5は、水素原子、炭素数6〜14のアリール基、炭素数4〜14のヘテロアリール基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜15のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基、炭素数7〜15のアラルキル基、炭素数8〜16のアラルキルオキシカルボニル基、又は、炭素数1〜6のアルキル基もしくは炭素数6〜14のアリール基で置換されたスルホニル基を示す。)で表されるカルボニル化合物に、アミノ基供与体の存在下、請求項2〜のいずれかに記載のアミノ基転移酵素、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens) KNK08−18(FERM BP−10599)の培養物、又は、請求項に記載の形質転換体の培養物を作用させる工程を有し、
    上記アミノ基供与体が、一般式(15):
    Figure 0004922929
    (式中、R 6 は、炭素数1〜10の置換もしくは無置換の直鎖あるいは分岐鎖アルキル基又は炭素数6〜10の置換もしくは無置換のアリール基、炭素数1〜5の置換もしくは無置換のアルキル基又はフェニル基を示す。R 7 は、水素原子、カルボキシル基、あるいは炭素数1〜2の置換もしくは無置換のアルキル基を示す。)で表されるアミン化合物であることを特徴とする、一般式(12):
    Figure 0004922929
    (式中、j、k、およびR5のそれぞれは、前記式(11)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物の製造方法。
  13. 一般式(13):
    Figure 0004922929
    (式中、jは1かつkは2を示し、R5は、水素原子、炭素数6〜14のアリール基、炭素数4〜14のヘテロアリール基、炭素数1〜6のアルキル基、炭素数1〜6のアルコキシ基、炭素数2〜15のアシル基、炭素数1〜6のアルコキシカルボニル基、炭素数7〜15のアラルキル基、炭素数8〜16のアラルキルオキシカルボニル基、又は、炭素数1〜6のアルキル基もしくは炭素数6〜14のアリール基で置換されたスルホニル基を示す。)で表されるアミノ化合物のエナンチオマー混合物に、アミノ基受容体の存在下、請求項2〜のいずれかに記載のアミノ基転移酵素、シュードモナス・フルオレッセンス(Pseudomonas fluorescens) KNK08−18(FERM BP−10599)の培養物、又は、請求項に記載の形質転換体の培養物を作用させる工程を有し、
    上記アミノ基受容体が、ピルビン酸、グリオキシル酸、プロピオンアルデヒド、ブチルアルデヒド、ベンズアルデヒド、2−ケト酪酸、2−ケト−n−吉草酸、2−ヘプタン、3’−メトキシアセトフェノン、ベンジルアセトン、3−アセチルピリジン、アセチルピラジン、メトキシプロパノン、1−ベンジル−3−ピロリジノン、ベンゾイル酢酸エチル、3’−ヒドロキシアセトフェノン、3’−トリフルオロメチルアセトフェノン、4’−クロロアセトフェノン、2−テトラロン、及び7−メトキシ−2−テトラロンからなる群より選択される少なくとも1種であることを特徴とする、一般式(14):
    Figure 0004922929
    (式中、j、k、R5は、前記式(13)と同じ。)で表される光学活性アミノ化合物の製造方法。
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