JP5058332B2 - イソプレンオリゴマー、ポリイソプレン、及びこれらの製造方法、ゴム組成物、並びに空気入りタイヤ - Google Patents
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- Y02P20/52—Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts
Description
[1]配列番号2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22のいずれかの配列番号で表されるアミノ酸配列からなる蛋白質
[2]配列番号2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22のいずれかの配列番号で表されるアミノ酸配列において、1若しくは複数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、又は付加を含む配列からなり、かつ下記式(3)で表され、下記式(3)中のイソプレン単位に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが他の原子又は原子団により置換されているアリル性二リン酸と、イソペンテニル二リン酸との反応を触媒する活性を有する蛋白質
[3]配列番号2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22のいずれかの配列番号で表されるアミノ酸配列と45%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつ下記式(3)で表され、下記式(3)中のイソプレン単位に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが他の原子又は原子団により置換されているアリル性二リン酸と、イソペンテニル二リン酸との反応を触媒する活性を有する蛋白質
本発明のイソプレンオリゴマーは、下記式(1)で表されるトランス構造部、シス構造部からなるイソプレンオリゴマーであって、上記トランス構造部中に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが他の原子又は原子団により置換されている。なお、トランス構造部は、トランス構造のイソプレン単位の繰り返し部(下記式(1)中のA部分)を意味する。また、シス構造部は、シス構造のイソプレン単位の繰り返し部(下記式(1)中の()m部分(B部分))を意味する。また、本明細書において、下記式(2)で表される基は、リン原子に結合する3個の水酸基を有しているが、水溶液中では、これらの水酸基の一部又は全部が解離する(例えば、下記式(5)で表される基となる)。本明細書において、下記式(2)で表される基とは、このような水酸基の一部又は全部が解離している基も含む概念である。
なお、本明細書において、分子(ゴム分子)の末端部分を変性とは、分子(ゴム分子)の末端に存在するトランス構造部の所定の部分に所望の官能基が導入されていること、又は、分子(ゴム分子)の末端に存在するトランス構造部の所定の部分に異なる構造が導入されていることをいう。
式(1)のmは1〜30(好ましくは1〜10、より好ましくは1〜8)の整数を表す。
式(1)のYは、水酸基(−OH)、ホルミル基(−CHO)、カルボキシ基(−COOH)、エステル基(−COOR)、カルボニル基(―COR)又は上記式(2)で表される基を表す。
エステル基(−COOR)、カルボニル基(―COR)のRは、炭素数1〜30(好ましくは炭素数1〜17)のアルキル基を表す。炭素数1〜30のアルキル基としては、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、ブチル基、ペンチル基等が挙げられる。
式(1)のYとしては、優れた抗菌性を示すこと、及びシリカ等の充填剤との相互作用が強いことから、水酸基、カルボキシ基が好ましい。
トランス構造部中に含まれる原子又は原子団(置換される前の原子又は原子団)としては、例えば、水素原子、メチル基、メチレン基、炭素原子、メチン基等が挙げられる。
なかでも、窒素原子は強い分子間力を有し、酵素や細胞膜との強い相互作用を生じるという理由から、抗菌性に関しては、N−アルキルーアセトアミノ基(より好ましくはN−メチルーアセトアミノ基、N−ブチルーアセトアミノ基)、アジド基が好ましい。
本発明のイソプレンオリゴマーの製造方法としては、例えば、下記式(3)で表され、下記式(3)中のイソプレン単位に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが他の原子又は原子団により置換されているアリル性二リン酸(以下では、アリル性二リン酸誘導体ともいう)と、イソペンテニル二リン酸から生合成する方法が挙げられる。また、本明細書において、アリル性二リン酸誘導体は、リン原子に結合する3個の水酸基を有しているが、水溶液中では、これらの水酸基の一部又は全部が解離する(例えば、上記式(5)で表される基のようになる)。本明細書において、アリル性二リン酸誘導体とは、このような水酸基の一部又は全部が解離している化合物も含む概念である。
なお、プレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素を発現するように形質転換された生物体とは、従来公知の遺伝子工学的手法により作製された形質転換体であって、作製方法は、後述する。
また、上記式(1)のYがホルミル基であるイソプレンオリゴマーは、例えば、上記式(1)のYが上記式(2)で表される基であるイソプレンオリゴマーを酸化することにより得られる。
また、上記式(1)のYがカルボキシ基であるイソプレンオリゴマーは、例えば、上記式(1)のYが上記式(2)で表される基であるイソプレンオリゴマーを酸化することにより得られる。
また、上記式(1)のYがエステル基であるイソプレンオリゴマーは、例えば、上記式(1)のYが上記式(2)で表される基であるイソプレンオリゴマーを酸化、エステル化することにより得られる。
また、上記式(1)のYがカルボニル基であるイソプレンオリゴマーは、例えば、上記式(1)のYが上記式(2)で表される基であるイソプレンオリゴマーを酸化、エステル化することにより得られる。
次に、プレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素について説明する。
上記生物が有するプレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素の一例として、ミクロコッカス・ルテウスB−P26(Micrococcus luteus B−P26)(Dr.L.Jeffries, Walton Oaks Experimental Station Vitamins, Ltd.より入手可能)由来のウンデカプレニル二リン酸合成酵素の塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号1,2に示す。ミクロコッカス・ルテウスB−P26由来のウンデカプレニル二リン酸合成酵素の塩基配列及びアミノ酸配列は、公知であり、データベースDDBJ(DNA Data Bank of Japan)に収録されている(accetion no. AB004319(塩基配列)、accetion no.BAA31993.1(アミノ酸配列))。
本発明者らは、上記ミクロコッカス・ルテウスB−P26由来ウンデカプレニル二リン酸合成酵素の変異型酵素を作製し、上記アリル性二リン酸誘導体に対する酵素活性を向上させることに成功した。
(1)31位のアスパラギンをアラニン、グルタミン、グリシン、アスパラギン酸に置換
(2)91位のロイシンをアスパラギン、アスパラギン酸、グリシン、リジンに置換
(3)77位のアスパラギンをアラニン、グルタミン、グリシン、アスパラギン酸に置換
(4)95位のフェニルアラニンをアラニン、トリプトファン、グリシン、アスパラギン酸、アルギニンに置換
変異型酵素N31A:31位のアスパラギンをアラニンに置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号3,4に示す)
変異型酵素N77A:77位のアスパラギンをアラニンに置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号5,6に示す)
変異型酵素L91N:91位のロイシンをアスパラギンに置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号7,8に示す)
変異型酵素L91D:91位のロイシンをアスパラギン酸に置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号9,10に示す)
変異型酵素N31Q:31位のアスパラギンをグルタミンに置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号11,12に示す)
変異型酵素N77Q:77位のアスパラギンをグルタミンに置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号13,14に示す)
変異型酵素L91G:91位のロイシンをグリシンに置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号15,16に示す)
変異型酵素L91K:91位のロイシンをリジンに置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号17,18に示す)
変異型酵素F95A:95位のフェニルアラニンをアラニンに置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号19,20に示す)
変異型酵素F95W:95位のフェニルアラニンをトリプトファンに置換(塩基配列及びアミノ酸配列をそれぞれ配列表配列番号21,22に示す)
なかでも、変異型酵素N77A、変異型酵素L91D、変異型酵素L91Kが好ましい。
ここでは、野生型の酵素としてミクロコッカス・ルテウスB−P26由来ウンデカプレニル二リン酸合成酵素を用いる場合について説明したが、他のプレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素を野生型の酵素として用いた場合であっても、同様の手法により変異型酵素を作製できる。
[1]配列番号2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22のいずれかの配列番号で表されるアミノ酸配列からなる蛋白質
[2]配列番号2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22のいずれかの配列番号で表されるアミノ酸配列において、1若しくは複数個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、又は付加を含む配列からなり、かつ下記式(3)で表され、下記式(3)中のイソプレン単位に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが他の原子又は原子団により置換されているアリル性二リン酸(アリル性二リン酸誘導体)と、イソペンテニル二リン酸との反応を触媒する活性を有する蛋白質
[3]配列番号2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22のいずれかの配列番号で表されるアミノ酸配列と45%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつアリル性二リン酸誘導体と、イソペンテニル二リン酸との反応を触媒する活性を有する蛋白質
また、プレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素をコードするDNAとしては、下記[1]〜[3]が挙げられる。
[1]上記[1]〜[3]の蛋白質をコードするDNA
[2]配列番号1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21のいずれかの配列番号で表される塩基配列からなるDNA
[3]配列番号1,3,5,7,9,11,13,15,17,19,21のいずれかの配列番号で表される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、かつアリル性二リン酸誘導体と、イソペンテニル二リン酸との反応を触媒する活性を有する蛋白質をコードするDNA
次に、プレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素を発現するように形質転換された生物体(形質転換体)の作製方法について簡単に説明する。ここでは、主として上記変異型酵素を発現するように形質転換された形質転換体の作製方法について簡単に説明する。このような形質転換体は、上記設計思想が決定すれば、従来公知の方法により作製することができる。
また、上記生物由来のプレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素を上述のような精製操作により、精製し、該精製酵素のアミノ酸配列を決定することにより、該酵素をコードするDNAを特定し、単離してもよい。
リボソーム結合配列であるシャイン−ダルガノ(Shine-Dalgarno)配列と開始コドンとの間を適当な距離(例えば6〜18塩基)に調節したプラスミドを用いることが好ましい。
マウス・ミエローマ細胞としては、SP2/0、NSO等、ラット・ミエローマ細胞としてはYB2/0等、ヒト胎児腎臓細胞としてはHEK293(ATCC CRL-1573)、ヒト白血病細胞としてはBALL-1等、アフリカミドリザル腎臓細胞としてはCOS-1、COS-7等をあげることができる。
該方法において用いられる遺伝子導入ベクターとしては、例えば、pVL1392、pVL1393、pBlueBacIII(いずれもインビトロジェン社製)等をあげることができる。
昆虫細胞としては、スポドプテラ・フルギペルダ(Spodoptera frugiperda)の卵巣細胞、トリコプルシア・ニ(Trichoplusia ni)の卵巣細胞、カイコ卵巣由来の培養細胞等を用いることができる。
組換えウイルスを調製するための、昆虫細胞への上記組換え遺伝子導入ベクターと上記バキュロウイルスの共導入方法としては、例えば、リン酸カルシウム法(特開平2-227075)、リポフェクション法[Proc. Natl. Acad. Sci., USA, 84, 7413(1987)]等をあげることができる。
プロモーターとしては、植物細胞中で機能するものであればいずれのものを用いてもよく、例えば、カリフラワーモザイクウイルス(CaMV)の35Sプロモーター、イネアクチン1プロモーター等をあげることができる。
組換えベクターの導入方法としては、植物細胞にDNAを導入する方法であればいずれも用いることができ、例えば、アグロバクテリウム(Agrobacterium)を用いる方法(特開昭59-140885、特開昭60-70080、WO94/00977)、エレクトロポレーション法(特開昭60-251887)、パーティクルガン(遺伝子銃)を用いる方法(特許第2606856、特許第2517813)等をあげることができる。
酵母、動物細胞、昆虫細胞または植物細胞により発現させた場合には、糖あるいは糖鎖が付加された蛋白質を得ることができる。
次に、本発明のポリイソプレンについて説明する。本発明のポリイソプレンは、下記式(4)で表されるトランス構造部、シス構造部からなり、上記トランス構造部中に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが他の原子又は原子団により置換されている。なお、トランス構造部は、トランス構造のイソプレン単位の繰り返し部(下記式(4)中のC部分)を意味する。また、シス構造部は、シス構造のイソプレン単位の繰り返し部(下記式(4)中の()q部分(D部分))を意味する。
上記式(4)のqは、30〜40000(好ましくは15000〜30000、より好ましくは15000〜20000)の整数を表す。
上記式(4)のYは、上記式(1)のYと同様である。なお、Yとしては、シリカ等の充填剤との相互作用が強いことから、水酸基、カルボキシ基が好ましい。
本発明のポリイソプレンの製造方法としては、例えば、本発明のイソプレンオリゴマーと、イソペンテニル二リン酸から生合成する方法が挙げられる。
すなわち、本発明のイソプレンオリゴマーと、イソペンテニル二リン酸から本発明のポリイソプレンを生合成する方法としては、例えば、天然ゴムラテックス中に含まれる酵素やゴム延長因子等を用いて行う方法が挙げられる。また、天然ゴムラテックスからクローニングされた酵素やゴム延長因子等を用いて行ってもよい。
また、上記式(4)のYがホルミル基であるポリイソプレンは、例えば、上記式(4)のYが上記式(2)で表される基であるポリイソプレンを酸化することにより得られる。
また、上記式(4)のYがカルボキシ基であるポリイソプレンは、例えば、上記式(4)のYが上記式(2)で表される基であるポリイソプレンを酸化することにより得られる。
また、上記式(4)のYがエステル基であるポリイソプレンは、例えば、上記式(4)のYが上記式(2)で表される基であるポリイソプレンを酸化、エステル化することにより得られる。
また、上記式(4)のYがカルボニル基であるポリイソプレンは、例えば、上記式(4)のYが上記式(2)で表される基であるポリイソプレンを酸化、エステル化することにより得られる。
本発明のゴム組成物は、本発明のイソプレンオリゴマー及び/又は本発明のポリイソプレンを含む。よって、本発明のゴム組成物は、低発熱性、ウェットグリップ性能、耐摩耗性に優れている。なお、本発明のポリイソプレンは、ゴム成分として使用できる。
本発明の空気入りタイヤは、上記ゴム組成物を用いて通常の方法によって製造できる。すなわち、ゴム組成物を未加硫の段階でタイヤの各部材(例えば、トレッド、サイドウォール)の形状に合わせて押し出し加工し、タイヤ成形機上にて通常の方法にて成形し、他のタイヤ部材とともに貼り合わせ、未加硫タイヤを形成する。この未加硫タイヤを加硫機中で加熱加圧してタイヤを製造できる。
(製造例1)
(10−acetyl−3,7−dimethyl−dodeca−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(S)で表される化合物)の合成)
ファルネソールを出発物質として合成した。無水ジクロロメタン中でイミダゾール、tert−ブチルフェニルクロロシラン(TBDPS)を用いてファルネソールの水酸基を保護し、TBDPS保護体(下記(ai)で表わされる化合物)を得た(収率92%)。無水ジクロロメタン中で、m−クロロ化安息香酸を用いて、10位のオレフィンを酸化し、エポキシ体(下記(aii)で表わされる化合物)を得た(収率9%)。次に、無水テトラヒドロフラン中でオルト過ヨウ素酸によりエポキシを酸化しアルデヒド体(下記(aiii)で表わされる化合物)を得た(収率28%)。次に無水メタノール中において、マグネシウムと臭化ブタンを用いてグリニャール試薬を作り、アルデヒド体をグリニャール試薬に加え、二級アルコール体(下記(aiv)で表わされる化合物)を得た(収率68%)。無水ジクロロメタン溶媒下で、ジメチルアミノピリジン存在下、無水酢酸により二級水酸基をアセチル保護したエステル体(下記(av)で表わされる化合物)を得た(収率81%)。無水テトラヒドラフラン中で、n−テトラブチルアンモニウムハイドレートを用いて、TBDPS保護基を脱保護し、一級アルコール体(下記(avi)で表わされる化合物)を得た(収率82%)。次に−40℃以下、無水ジクロロメタン溶媒中でN−クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(avii)で表わされる化合物)を得た(収率82%)。次に無水アセトニトリル中でトリス−テトラnブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(aviii)で表わされる化合物(上記式(S)で表わされる化合物))を得た(収率42%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
(8−metoxy−3,7−dimetyl−dodeca−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(B)で表される化合物)の合成)
ゲラニオールを出発物質として合成した。無水ジクロロメタン中でピリジンと無水酢酸を用いてアセチル化し、アセテート(下記(bi)で表される化合物)を得た(収率95%)。次に、エタノール中で8位の炭素にセレン酸化し、アルデヒド体(下記(bii)で表される化合物)を得た(収率24%)。次に水酸化カリウムを用いてアルカリ加水分解し、アルコール体(下記(biii)で表される化合物)を得た(収率38%)。次に無水ジクロロメタン中でイミダゾール、tert−ブチルジフェニルシリルクロライド(TBDPS)を用いて(下記(biv)で表される化合物)を得た(収率80%)。その後、無水エーテル中でブチルリチウムを反応させ、ブチルアルコール体(下記(bv)で表される化合物)を得た(収率73%)。次に無水テトラヒドラフラン中で水酸化ナトリウムでナトリウム塩にした後ヨウ化メチルを加え、Williamson合成により、エーテル体(下記(bvi)で表される化合物)を得た(収率95%)。次に無水テトラヒドラフラン中でテトラ−n−アンモニウムフルオリドを用いて脱離し、アルコール体(下記(bvii)で表される化合物)を得た(収率87%)。次に−40℃以下、無水ジクロロメタン溶媒中でN−クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(bviii)で表わされる化合物)を得た(収率92%)。次に無水アセトニトリル中でトリス−テトラnブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(bix)で表わされる化合物(上記式(B)で表わされる化合物))を得た(収率26%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
(8−hydroxy−3,7−dimetyl−dodeca−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(C)で表される化合物)の合成)
ゲラニオールを出発物質として合成した。無水ジクロロメタン中でピリジンと無水酢酸を用いてアセチル化し、アセテート(下記(ci)で表される化合物)を得た(収率97%)。次に、エタノール中で8位の炭素にセレン酸化し、アルデヒド体(下記(cii)で表される化合物)を得た(収率20%)。次に水酸化カリウムを用いてアルカリ加水分解し、アルコール体(下記(ciii)で表される化合物)を得た(収率42%)。次に無水ジクロロメタン中でイミダゾール、tert−ブチルジフェニルシリルクロライド(TBDPS)を用いて(下記(civ)で表される化合物)を得た(収率80%)。その後、無水エーテル中でブチルリチウムを反応させ、ブチルアルコール体を得た(収率62%)。次に無水テトラヒドラフラン中でテトラ−n−アンモニウムフルオリドを用いて脱離し、ジオール体(下記(cvi)で表される化合物)を得た(収率94%)。次に−40℃以下、無水ジクロロメタン溶媒中でN−クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(cvii)で表わされる化合物)を得た(収率90%)。次に無水アセトニトリル中でトリス−テトラnブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(cviii)で表わされる化合物(上記式(C)で表わされる化合物))を得た(収率46%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
((10S)−hydroxy−3,7−dimetyl−dodeca−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(D)で表される化合物)の合成)
ファルネソールを出発物質として合成した。イミダゾール、無水ジメチルホルムアミド、無水ジクロロメタン、tert−ブチルジフェニルシリルクロライド(TBDPS)を用いてファルネソールの水酸基に保護基を結合させ、TBDPS保護体(下記(di)で表される化合物)を得た(収率99%)。次に無水ジクロロメタン溶媒下でm−クロロ過安息香酸を用いて反応を行い、エポキシ体(下記(dii)で表される化合物)を得た(収率29%)。次に、エーテル、テトラヒドラフラン混合溶媒中でオルト過ヨウ素酸を用いた過ヨウ素酸酸化によりアルデヒド体(下記(diii)で表される化合物)を得た(収率73%)。無水エーテル溶媒下で、ヨウ化エチル、マグネシウムを用いてグリニャール試薬を作製した後、アルデヒドとの反応を行い、アルコール体(下記(div)で表される化合物)を生成した(収率80%)。無水ジクロロメタン溶媒中、N,N−ジシクロヘキシルカルボジイミド、4−ジメチルアミノピリジン、(+)−10−カンファスルホン酸存在下でアルコール体のラセミ体二級水酸基と(S)−MaNPacidを用いて反応させ、ジアステレオマーを得た。その後、HPLCで光学分割を行い、NMRによって絶対配置の決定を行うことで光学的に下記(dv)で表される化合物を得た(収率:80%)。さらに無水テトラヒドラフラン中で、n−テトラブチルアンモニウムハイドレートを用いて、TBDPS保護基を脱保護し、ジオール体(下記(dvi)で表わされる化合物)を得た(収率80%)。次に−40℃以下、無水ジクロロメタン溶媒中でN−クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(dvii)で表わされる化合物)を得た(収率80%)。次に無水アセトニトリル中でトリス−テトラnブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(dviii)で表わされる化合物(上記式(D)で表わされる化合物))を得た(収率46%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
((10R)−hydroxy−3,7−dimetyl−dodeca−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(E)で表される化合物)の合成)
ファルネソールを出発物質として合成した。イミダゾール、無水ジメチルホルムアミド、無水ジクロロメタン、tert−ブチルジフェニルシリルクロライド(TBDPS)を用いてファルネソールの水酸基に保護基を結合させ、TBDPS保護体(下記(ei)で表される化合物)を得た(収率99%)。次に無水ジクロロメタン溶媒下でm−クロロ過安息香酸を用いて反応を行い、エポキシ体(下記(eii)で表される化合物)を得た(収率29%)。次に、エーテル、テトラヒドラフラン混合溶媒中でオルト過ヨウ素酸を用いた過ヨウ素酸酸化によりアルデヒド体(下記(eiii)で表される化合物)を得た(収率73%)。無水エーテル溶媒下で、ヨウ化エチル、マグネシウムを用いてグリニャール試薬を作製した後、アルデヒドとの反応を行い、アルコール体(下記(eiv)で表される化合物)を生成した(収率80%)。無水ジクロロメタン溶媒中、N,N−ジシクロヘキシルカルボジイミド、4−ジメチルアミノピリジン、(+)−10−カンファスルホン酸存在下でアルコール体のラセミ体二級水酸基と(S)−MaNPacidを用いて反応させ、ジアステレオマーを得た。その後、HPLCで光学分割を行い、NMRによって絶対配置の決定を行うことで光学的に下記(ev)で表される化合物を得た(収率:84%)。さらに無水テトラヒドラフラン中で、n−テトラブチルアンモニウムハイドレートを用いて、TBDPS保護基を脱保護し、ジオール体(下記(evi)で表わされる化合物)を得た(収率91%)。次に−40℃以下、無水ジクロロメタン溶媒中でN−クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(evii)で表わされる化合物)を得た(収率70%)。次に無水アセトニトリル中でトリス−テトラnブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(eviii)で表わされる化合物(上記式(E)で表わされる化合物))を得た(収率59%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
(10−hydroxy−3,7−dimetyl−dodeca−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(R)で表される化合物)の合成)
ファルネソールを出発物質として合成した。イミダゾール、無水ジメチルホルムアミド、無水ジクロロメタン、tert−ブチルジフェニルシリルクロライド(TBDPS)を用いてファルネソールの水酸基に保護基を結合させ、TBDPS保護体(fi)を得た(収率99%)。次に無水ジクロロメタン溶媒下でm−クロロ過安息香酸を用いて反応を行い、エポキシ体(fii)を得(収率29%)、エーテル、テトラヒドラフラン混合溶媒中でオルト過ヨウ素酸を用いた過ヨウ素酸酸化によりアルデヒド体(fiii)を得た(収率73%)。無水エーテル溶媒下で、ヨウ化エチル、マグネシウムを用いてグリニャール試薬を作製した後、アルデヒドとの反応を行い、アルコール体(fiv)を生成した(収率80%)。無水テトラヒドラフラン溶媒中、テトラブチルアンモニウムフルオリドを用いて、(fiv)のTBDPS基を脱離し、ジオール体(fv)を生成した(収率93%)。
ジオール体(fv)は、−40℃下、無水ジクロロメタン溶媒中で、N−クロロコハク酸イミドおよびジメリルスルフィドを用いて、ジオールのアリル位に存在する水酸基のクロロ化を行い、塩化物(fvi)を生成した(収率69%)。無水アセトニトリル溶媒中、トリス(テトラ−N−ブチル)アンモニウム水素ピロリン酸を用いて(fvi)の二リン酸化を行い、イオン交換カラムを用いて、目的物質である(fvii)(上記式(R)で表わされる化合物)を合成した(収率28%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
(8−[(tert−butyldimethylsilyl)oxy]−3,7−dimetyl−octa−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(P)で表される化合物)の合成)
ゲラニオールを出発物質として合成した。無水ジクロロメタン中でピリジンと無水酢酸を用いてアセチル化し、アセテート(下記(gi)で表される化合物)を得た(収率97%)。次に、エタノール中で8位の炭素にセレン酸化し、アルコール体(下記(gii)で表される化合物)を得た(収率20%)。イミダゾールを用いた塩基性触媒下、tert−ブチルシリルジメチルシリルクロライドを反応させることにより、下記(giii)で表わされる化合物を得た(収率87%)。次に、水酸化カリウムにより加水分解し、アルコール体(下記(giv)で表わされる化合物)を得た(収率78%)。アルコール体は、N−クロロスクシンイミド法でクロロ化し、塩化物(下記(gv)で表わされる化合物)を得た(収率40%)。次に、無水アセトニトリル中、二リン酸水素n−ブチルアンモニウム塩と混合し、目的物質である下記(gvi)で表わされる化合物(上記式(P)で表わされる化合物)を得た(収率26%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
(8−methoxymethoxy−3,7−dimethyl−octa−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(H)で表される化合物)の合成)
ゲラニオールを出発物質として合成した。ゲラニオールを無水酢酸とともにピリジン中で撹拌し、水酸基をアセチル化し、下記(hi)で表わされる化合物を得た(収率12%)。次に、二酸化セレンとtert−ブチルヒドロペルオキシドによる酸化反応を行い、トランス体のアルコール体(下記(hii)で表わされる化合物)を得た(収率38%)。アルコール体をクロロメチルエチルエーテルとジイソプロピルエチルアミンアミンを用いてジクロロメタン中で反応を行い、8位の水酸基にメトキシメチルエーテル基を導入した下記(hiii)で表わされる化合物)を得た(収率76%)。次に、水酸化カリウムによりアセチル基を水酸基にし、アルコール体(下記(hiv)で表わされる化合物)を得た(収率95%)を得た。アルコール体の水酸基を、N−クロロコハク酸イミドを用いクロロ化することにより塩化物(下記(hv)で表わされる化合物)を得た(収率30%)。その後、トリス(テトラ−n−ブチル)アンモニウム水素二リン酸)により二リン酸化し、セルロースカラムにより目的物質である下記(hvi)で表わされる化合物(上記式(H)で表わされる化合物)を得た(収率77%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
(8−n−propylthio−3,7−dimetyl−octa−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(M)で表される化合物)の合成)
ゲラニオールを出発物質として合成した。ゲラニオールとジヒドロピランを、p−トルエンスルホン酸ピリジウム塩触媒化で縮合し、ゲラニオールの水酸基をテトラヒドラピラン環で保護した下記(ii)で表わされる化合物を得た(収率85%)。次に二酸化セレンとtert−ブチルヒドロペルオキシドによる酸化反応を行い、トランス体のアルコール体(下記(iii)で表わされる化合物)を得た(収率47%)。アルコール体をジクロロメタン中でN−クロロスクシンイミドを用いてクロロ化し、下記(iiii)で表わされる化合物)を得た(収率92%)。次に、金属ナトリウムをエタノールに溶解した溶液にn−プロパンチオールを加えた液と反応させ、チオエーテル(下記(iiv)で表わされる化合物)を得た(収率28%)。次に、メタノール中、p−トルエンスルホン酸を作用させることにより、アルコール体(下記(iv)で表わされる化合物)を得た(収率75%)。アルコール体は、N−クロロスクシンイミド法でクロロ化し、塩化物(下記(ivi)で表わされる化合物)を得た(収率40%)。次に、無水アセトニトリル中、二リン酸水素n−ブチルアンモニウム塩と混合し、目的物質である下記(ivii)で表わされる化合物(上記式(M)で表わされる化合物)を得た(収率32%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
(8−benzyloxy−3,7−dimetyl−octa−(2E,6E)−dienyl diphosphate(上記式(N)で表される化合物)の合成)
ゲラニオールを出発物質として合成した。ゲラニオールとジヒドロピランを、p−トルエンスルホン酸ピリジウム塩触媒化で縮合し、ゲラニオールの水酸基をテトラヒドラピラン環で保護した下記(ji)で表わされる化合物を得た(収率85%)。次に二酸化セレンとtert−ブチルヒドロペルオキシドによる酸化反応を行い、トランス体のアルコール体(下記(jii)で表わされる化合物)を得た(収率47%)。次に、無水テトラヒドラフラン中にベンジルブロマイド、水酸化ナトリウムを加え、エーテル(下記(jiii)で表わされる化合物)を得た(収率87%)。次に、メタノール中、p−トルエンスルホン酸を作用させることにより、アルコール体(下記(jiv)で表わされる化合物)を得た(収率69%)。アルコール体は、N−クロロスクシンイミド法でクロロ化し、塩化物(下記(jv)で表わされる化合物)を得た(収率40%)。次に、無水アセトニトリル中、二リン酸水素n−ブチルアンモニウム塩と混合し、目的物質である下記(jvi)で表わされる化合物(上記式(N)で表わされる化合物)を得た(収率26%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
(7−acetyl−7−aza−3−methyl−dodeca(2E)−dienyl diphosphate(上記式(K)で表される化合物)の合成)
ゲラニオールを出発物質として合成した。無水ジクロロメタン中でジメチルアミノピリジン存在下、無水酢酸を用いてゲラニオールのアセチル化によりエステル体(下記(ki)で表わされる化合物)を得た(収率96%)。無水ジクロロメタン中で、m−クロロ化安息香酸を用いて、6位のオレフィンを酸化し。エポキシ体(下記(kii)で表わされる化合物)を得た(収率92%)。次に、無水テトラヒドロフラン中でオルト過ヨウ素酸により酸化しアルデヒド体(下記(kiii)で表わされる化合物)を得た(収率66%)。次に無水メタノール中において、n−ブチルアミンとシアン水素化ホウ素ナトリウムを用いて還元的アミノ化を行い、二級アミン(下記(kiv)で表わされる化合物)を得た(収率66%)。無水ジクロロメタン溶媒下で、ジメチルアミノピリジン存在下、無水酢酸によりアセチル化を行い、二級アミド(下記(kv)で表わされる化合物)を得た(収率38%)。無水メタノール中で、水酸化カリウムによりエステル部位を不可逆的に加水分解し、一級アルコール体(下記(kvi)で表わされる化合物)を得た(収率76%)。次に−40℃以下、無水ジクロロメタン溶媒中でN−クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(kvii)で表わされる化合物)を得た(収率67%)。次に無水アセトニトリル中でトリス−テトラnブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(kviii)で表わされる化合物(上記式(K)で表わされる化合物))を得た(収率50%)。
各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
(変異導入酵素の作製)
試薬はStratagene社のQuickChange Site−Directed Mutagenesis Kitを用いた。目的の部位に変異を導入できるようにプライマーを設計した。なお、変異導入用プライマーは株式会社医学生物学研究所(製造元:XX IDT)より購入した。設計したプライマーは、以下に示すとおりである。
変異型酵素N31A作製用プライマー
センスプライマー 5'-gac gga gca ggc cga tgg gca aaa-3'(配列番号23)
アンチセンスプライマー 5'-cat cgg cct gct ccg tcc ata atg a-3'(配列番号24)
変異型酵素N77A作製用プライマー
センスプライマー 5'-act gaa gca tgg tct cgt cct aaa g-3'(配列番号25)
アンチセンスプライマー 5'-gag acc atg ctt cag ttg aaa atg c-3'(配列番号26)
変異型酵素L91N作製用プライマー
センスプライマー 5'-gat gaa aaa ccc ggg tga ttt ttt aa-3'(配列番号27)
アンチセンスプライマー 5'-cac ccg ggt ttt tca tca agt aat ta-3'(配列番号28)
変異型酵素L91D作製用プライマー
センスプライマー 5'-gat gaa aga tcc ggg tga ttt ttt aa-3'(配列番号29)
アンチセンスプライマー 5'-cac ccg gat ctt tca tca agt aat ta-3'(配列番号30)
変異型酵素N31Q作製用プライマー
センスプライマー 5'-gac gga caa ggc cga tgg gca aaa-3'(配列番号31)
アンチセンスプライマー 5'-cca tcg gcc ttg tcc gtc cat aat-3'(配列番号32)
変異型酵素N77Q作製用プライマー
センスプライマー 5'-act gaa caa tgg tct cgt cct aaa g-3'(配列番号33)
アンチセンスプライマー 5'-cga gac cat gct tca gtt gaa aat gc-3'(配列番号34)
変異型酵素L91G作製用プライマー
センスプライマー 5'-gat gaa agg acc ggg tga ttt ttt aa-3'(配列番号35)
アンチセンスプライマー 5'-acc cgg tcc ttt cat caa gta att aac-3'(配列番号36)
変異型酵素L91K作製用プライマー
センスプライマー 5'-gat gaa aaa acc ggg tga ttt ttt aa-3'(配列番号37)
アンチセンスプライマー 5'-acc cgg ttt ttt cat caa gta att aa-3'(配列番号38)
変異型酵素F95A作製用プライマー
センスプライマー 5'-ggg tga tgc gtt aaa cac att ttt ac-3'(配列番号39)
アンチセンスプライマー 5'- gtt taa tgc atc acc cgg tag ttt ca-3'(配列番号40)
変異型酵素F95W作製用プライマー
センスプライマー 5'-ggg tga ttg gtt aaa cac att ttt ac-3'(配列番号41)
アンチセンスプライマー 5'- gtt taa cca atc acc cgg tag ttt ca-3'(配列番号42)
(プレニルトランスフェラーゼ活性を有する蛋白質の生産)
得られたE.coli BL21(DE3)/pET22b/MLU−UPS(野生型および変異型)を50μg/mLのアンピシリンを含む3mLのLB培地が入った試験管に接種し、37℃で5時間振盪培養した。得られた培養液のうち1mLを50μg/mLのアンピシリンを含むLB培地100mLが入った500mL三角フラスコに接種し、37℃で3時間振盪培養後、0.1mmol/LになるようにIPTGを添加し、30℃で18時間振盪培養した。該培養液を遠心分離し、湿菌体を取得した。
上記で得られた湿菌体を超音波処理により破砕した後、遠心分離して得られた上清から、HisTrap(アマシャム社製)を用いてプレニルトランスフェラーゼ活性を有する蛋白質を精製した。精製した蛋白質は、SDS-PAGEにより精製を確認した。
(イソプレンオリゴマーの調製)
精製した各蛋白質を10mg、50mM Tris−HCl Buffer(pH 7.5)、40mM 塩化マグネシウム、40mM Triton X−100、25mM 2−メルカプトエタノール、1mM 開始基質(ファルネシル二リン酸、製造例1〜11で調製した各開始基質)、1mM イソペンテニル二リン酸を含む反応液を調整し、37℃のwater bathで1時間反応させた。
反応終了後、飽和食塩水を100mlと1−ブタノールを500mlを加え、攪拌後、静置した。その後、上清(1−ブタノール層)をエバポレーションにより濃縮乾固した。その一部をNMRにより構造を確認し、イソプレンオリゴマーを得た。
得られたイソプレンオリゴマーの詳細(式(1)中のn、m)は、表1,2に示す通りであった。なお、Yは、水酸基、又は上記式(2)で表される基であった。
なお、式(1)中のn、mは、使用した開始基質の情報と、TLCによるイソプレン鎖長を基に算出した。また、Yは、NMRまたIRにより構造を同定した。
(野生型酵素と変異型酵素の活性の比較(基質別の相対活性))
製造例1〜11で調製した開始基質、及びファルネシル二リン酸を用いて、以下の条件で反応を行い、各開始基質に対する各変異型酵素の活性を野生型酵素(Micrococcus luteus B−P26由来ウンデカプレニル二リン酸合成酵素)の活性を100として指数表示した。
精製した蛋白質を500ng、50mM Tris-HCl Buffer(pH7.5)、40mM 塩化マグネシウム、40mM TritonX-100、25mM 2-メルカプトエタノール、12.5μM 開始基質、50μM [1-14C]イソペンテニル二リン酸、を含む反応液を調製し、37℃のwaterbathで1時間反応させた。反応後、液体シンチレーションの値とTLCを定量することにより、各酵素の活性を測定した。
(ポリイソプレンの調製)
ラテックス成分を10μl、50mM Tris-HCl Buffer(pH7.5)、25mM 塩化マグネシウム、40mM 2-メルカプトエタノール、40mMフッ化カリウム、50μM イソプレンオリゴマー、1mM イソペンテニル二リン酸、を含む反応液を調整し、30℃のwaterbathで3日間反応させた。反応後、GPCにより分子量を測定した。そして、測定した分子量と、使用した開始基質の情報を基に、式(4)中のn、qを算出した。得られたポリイソプレンの詳細(式(4)中のn、q)は、表4,5に示す通りであった。なお、Yは、水酸基、又は上記式(2)で表される基であった。また、Yの同定は、実施例(イソプレンオリゴマーの調製)と同様に行った。
実施例(イソプレンオリゴマーの調製)と同様の条件で変異型酵素N31Aを使用して得られたイソプレンオリゴマーを用いて抗菌試験を行った。なお、イソプレンオリゴマーは、イソプレンオリゴマー(0)、イソプレンオリゴマー(S)、イソプレンオリゴマー(B)、イソプレンオリゴマー(C)、イソプレンオリゴマー(D)、イソプレンオリゴマー(E)、イソプレンオリゴマー(R)、イソプレンオリゴマー(P)、イソプレンオリゴマー(H)、イソプレンオリゴマー(M)、イソプレンオリゴマー(N)、イソプレンオリゴマー(K)を使用した。
抗菌試験には以下の菌株を使用した。
グラム陽性菌:Staphylococcus aureus(13276)、Bacillus subtilis(3134)
グラム陰性菌:Echerichia coli(3972)、Salmonella enteric(100797)、Peudomonas aeruginosa(13275)、Klebsiella pneumonia(3512)
真菌類:Candida albicans(1594)
()内は独立行政法人製品評価技術基盤機構バイオテクノロジー本部生物遺伝資源部門番号(NBRC No.)を示す。なお、使用した菌株は全て、NBRCより購入した。
次に、使用した菌株の復元、培養条件を表6に示す。
108:Glucose 10g, Peptone 5g, Yeast extract 3g, Malt extract 3g, Agar 15g, pH 5.6
702:Polypepton 10g , Yeast extract 2g, MgSO4・7H2O 1g, pH7.0
703:Glucose 10g, Peptone 5g, Yeast extract 3g, Malt extract 3g, pH6.0
802:Polypepton 10g , Yeast extract 2g, MgSO4・7H2O 1g, Agar 15g, pH7.0
他の菌についても同様にMICを求めた。
トランス構造部中に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが他の原子又は原子団により置換されていない比較例(イソプレンオリゴマー(0)(ファルネシル二リン酸から得られたイソプレンオリゴマー))では、抗菌活性が見られなかった(800ppm以下の抗菌活性が見られなかった)。一方、トランス構造部中に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが他の原子又は原子団により置換されているイソプレンオリゴマーを使用した実施例では抗菌活性が見られた。
次に、本発明のイソプレンオリゴマー、ポリイソプレンをゴム組成物に配合し、性能評価を行った。まず、製造例1〜11と同様の方法により、上記式(F)で表される化合物の合成を行った。
(イソプレンオリゴマー(F)の調製)
開始基質として、上記式(F)で表される化合物を用いて、イソプレンオリゴマー(F)の調製を行った。なお、得られるイソプレンオリゴマーの分子量を調整するために、上述の(イソプレンオリゴマーの調整)に記載の条件を調整して反応を行った。
得られたイソプレンオリゴマー(F)の詳細(式(1)中のn、m)は、n=2、m=5〜8であった。なお、Yは、水酸基、又は上記式(2)で表される基であった。
(イソプレンオリゴマー(K)の調製)
開始基質として、上記式(K)で表される化合物を用いて、イソプレンオリゴマー(K)の調製を行った。なお、得られるイソプレンオリゴマーの分子量を調整するために、上述の(イソプレンオリゴマーの調整)に記載の条件を調整して反応を行った。
得られたイソプレンオリゴマー(K)の詳細(式(1)中のn、m)は、n=1、m=5〜7であった。なお、Yは、水酸基、又は上記式(2)で表される基であった。
(イソプレンオリゴマー(0)の調製)
開始基質として、ファルネシル二リン酸を用いて、イソプレンオリゴマー(0)の調製を行った。なお、得られるイソプレンオリゴマーの分子量を調整するために、上述の(イソプレンオリゴマーの調整)に記載の条件を調整して反応を行った。
得られたイソプレンオリゴマー(0)の詳細(式(1)中のn、m)は、n=3、m=5〜7であった。なお、Yは、水酸基、又は上記式(2)で表される基であった。
(ポリイソプレン(F)の調製)
製造例14で調製したイソプレンオリゴマー(F)を用いて、ポリイソプレン(F)の調製を行った。なお、得られるポリイソプレンの分子量を調整するために、上述の(ポリイソプレンの調整)に記載の条件を調整して反応を行った。
得られたポリイソプレン(F)の詳細(式(4)中のn、q)は、n=2、q=7000〜12000であった。なお、Yは、水酸基、又は上記式(2)で表される基であった。
(ポリイソプレン(K−1)の調製)
製造例15で調製したイソプレンオリゴマー(K)を用いて、ポリイソプレン(K−1)の調製を行った。なお、得られるポリイソプレンの分子量を調整するために、上述の(ポリイソプレンの調整)に記載の条件を調整して反応を行った。
得られたポリイソプレン(K−1)の詳細(式(4)中のn、q)は、n=1、q=3500〜7000であった。なお、Yは、水酸基、又は上記式(2)で表される基であった。
(ポリイソプレン(K−2)の調製)
製造例15で調製したイソプレンオリゴマー(K)を用いて、ポリイソプレン(K−2)の調製を行った。なお、得られるポリイソプレンの分子量を調整するために、上述の(ポリイソプレンの調整)に記載の条件を調整して反応を行った。
得られたポリイソプレン(K−2)の詳細(式(4)中のn、q)は、n=1、q=7000〜12000であった。なお、Yは、水酸基、又は上記式(2)で表される基であった。
(ポリイソプレン(0)の調製)
製造例16で調製したイソプレンオリゴマー(0)を用いて、ポリイソプレン(0)の調製を行った。なお、得られるポリイソプレンの分子量を調整するために、上述の(ポリイソプレンの調整)に記載の条件を調整して反応を行った。
得られたポリイソプレン(0)の詳細(式(4)中のn、q)は、n=3、q=7000〜12000であった。なお、Yは、水酸基、又は上記式(2)で表される基であった。
NR:TSR20
BR:JSR(株)製のBR01
カーボンブラック:三菱化学(株)製のダイヤブラック(N220)
イソプレンオリゴマー(F)、イソプレンオリゴマー(K)、イソプレンオリゴマー(0):製造例14〜16で得られたイソプレンオリゴマー
ポリイソプレン(F)、ポリイソプレン(K−1)、ポリイソプレン(K−2)、ポリイソプレン(0):製造例17〜20で得られたポリイソプレン
酸化亜鉛:三井金属鉱業(株)製の酸化亜鉛1号
ステアリン酸:日油(株)製のステアリン酸
老化防止剤:大内新興化学工業(株)製のノクラック6C(N−(1,3−ジメチルブチル)−N’−フェニル−p−フェニレンジアミン)
ワックス:大内新興化学工業(株)製のサンノックワックス
硫黄:鶴見化学(株)製の粉末硫黄
加硫促進剤NS:大内新興化学工業(株)製のノクセラ−NS(N−tert−ブチル−2−ベンゾチアジルスルフェンアミド)
シリカ:日本シリカ(株)製のニップシールAQ(湿式シリカ)
シランカップリング剤:デグッサ社製のSi266(ビス(3−トリエトキシシリルプロピル)ジスルフィド)
加硫促進剤DPG:大内新興化学工業(株)製のノクセラーD(N,N−ジフェニルグアニジン)
表8,9に示す配合処方にしたがい、1.7Lバンバリーミキサーを用いて、硫黄及び加硫促進剤以外の材料を混練りし、混練り物を得た。次に、得られた混練り物に硫黄及び加硫促進剤を添加し、オープンロールを用いて練り込み、未加硫ゴム組成物を得た。得られた未加硫ゴム組成物をスチーム加硫プレスを用いて圧力80kgf/cm2にて150℃で30分間加硫し、加硫ゴム組成物を得た。
(株)岩本製作所製の粘弾性スペクトロメーターを用いて、70℃、歪み2%時(初期伸度)の条件でtanδの測定を行ない、基準配合のtanδを100として指数表示した。指数が大きいほど発熱が大きいことを表す。指数が100以下のとき、耐発熱性(低発熱性)は向上したものとみなした。すなわち、指数が小さいほど低発熱性に優れることを示す。
(株)岩本製作所製のランボーン摩耗試験機を用いて、荷重3kg、スリップ率40%および砂量15g/分の条件で5分間摩耗試験を実施した。サンプルの形状は厚さ5mm、直径50mmとし、砥石は、粒度#80のGCタイプ砥粒を使用した。試験結果を、基準配合を100(基準)として指数化した。指数が大きいほど耐摩耗性に優れ、指数が100を超えるとき耐摩耗性は向上したものとみなした。
JIS K6251「加硫ゴムおよび熱可塑性ゴム−引張特性の求め方」に準じて、上記加硫ゴムシートからなる3号ダンベル型試験片を用いて引張試験を実施し、破断強度(TB)(MPa)、破断時伸び(EB)(%)を測定した。破断時伸びが480%未満では、大型タイヤに用いるとゴム欠けが発生しやすく、改良が必要である。また破断強度についても、低下するとタイヤの破壊原因となるため、材料の変更による低下を防ぐ必要がある。
クロチルアルコールを出発物質として合成した。無水ジクロロメタン溶媒中でN-クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(i)で表わされる化合物)を得た(収率78%)。次に無水アセトニトリル中でトリス-テトラn-ブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(ii)で表わされる化合物(開始基質1))を得た(収率50%)。各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
3-メチル-2-ブテン-1-オールを出発物質として合成した。窒素雰囲気下、無水ジクロロメタン中で、N-クロロコハク酸イミド(NCS)、ジメチルスルフィド(DMS)を用いて3-メチル-2-ブテン-1-オールの水酸基をクロロ化し、クロライド(下記(i)で表わされる化合物)を得た(収率90%)。次に無水N,N-ジメチルホルムアミド中で、水酸化リチウム存在下、シアノ酢酸エチルエステルを反応させ、エステル体(下記(ii)で表わされる化合物)を得た(収率44%)。次に、水酸化カリウムとメタノールにより加水分解し、カルボン酸(下記(iii)で表わされる化合物)を得た(収率92%)。次にジメチルスルホオキシドと食塩により脱炭酸し、ニトリル体(下記(iv)で表わされる化合物)を得た(収率40%)。無水ジクロロメタン下で、ジイソブチル水素化リチウム、飽和塩化アンモニウムにより還元し、アルデヒド体(下記(v)で表わされる化合物)を得た(収率89%)。無水テトラヒドラフラン中で、水素化ナトリウム、ジエチルホスホノ酢酸エチルエステルを用いて、trans体のエステル体(下記(vi)で表わされる化合物)を得た(収率84%)。次に、無水ジクロロメタン、無水ヘキサン中でジイソブチル水素化リチウム、メタノールを用いて還元し、アルコール体(下記(vii)で表わされる化合物)を得た(収率19%)。次に-40℃以下、無水ジクロロメタン溶媒中でN-クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(viii)で表わされる化合物)を得た(収率82%)。次に無水アセトニトリル中でトリス-テトラn-ブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(ix)で表わされる化合物(開始基質2))を得た(収率50%)。各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
ゲラニオールを出発物質として合成した。窒素雰囲気下無水ジクロロメタン中で、N-クロロコハク酸イミド(NCS)、ジメチルスルフィド(DMS)を用いてゲラニオールの水酸基をクロロ化し、クロライド(下記(i)で表わされる化合物)を得た(収率94%)。次に無水N,N-ジメチルホルムアミド中で、水酸化リチウム存在下、シアノ酢酸エチルエステルを反応させ、エステル体(下記(ii)で表わされる化合物)を得た(収率34%)。次に、水酸化カリウムとメタノールによる加水分解し、カルボン酸(下記(iii)で表わされる化合物)を得た(収率95%)。次にジメチルスルホオキシドに、食塩により脱炭酸し、ニトリル体(下記(iv)で表わされる化合物)を得た(収率40%)。無水ジクロロメタン中で、ジイソブチル水素化リチウム、飽和塩化アンモニウムにより還元し、アルデヒド体(下記(v)で表わされる化合物)を得た(収率91%)。無水テトラヒドロフラン中で、水素化ナトリウム、ジエチルホスホノ酢酸エチルエステルを用いて、trans体のエステル体(下記(vi)で表わされる化合物)を得た(収率82%)。次に、無水ジクロロメタン、無水ヘキサン中でジイソブチル水素化リチウム、メタノールを用いて還元し、アルコール体(下記(vii)で表わされる化合物)を得た(収率19%)。次に無水ジクロロメタン溶媒中でN-クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(viii)で表わされる化合物)を得た(収率82%)。次に無水アセトニトリル中でトリス-テトラn-ブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(ix)で表わされる化合物(開始基質3))を得た(収率42%)。各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
ファルネソールを出発物質として合成した。窒素雰囲気下無水ジクロロメタン中で、N-クロロコハク酸イミド(NCS)、ジメチルスルフィド(DMS)を用いてファルネソールの水酸基をクロロ化し、クロライド(下記(i)で表わされる化合物)を得た(収率91%)。次に無水N,N-ジメチルホルムアミド中で、水酸化リチウム存在下、シアノ酢酸エチルエステルを反応させ、エステル体(下記(ii)で表わされる化合物)を得た(収率34%)。次に、水酸化カリウムとメタノールによる加水分解し、カルボン酸(下記(iii)で表わされる化合物)を得た(収率88%)。次にジメチルスルホオキシドに、食塩により脱炭酸し、ニトリル体(下記(iv)で表わされる化合物)を得た(収率40%)。無水ジクロロメタン下で、ジイソブチル水素化リチウム、飽和塩化アンモニウムにより還元し、アルデヒド体(下記(v)で表わされる化合物)を得た(収率81%)。無水テトラヒドロフラン中で、水素化ナトリウム、ジエチルホスホノ酢酸エチルエステルを用いて、trans体のエステル体(下記(vi)で表わされる化合物)を得た(収率84%)。次に、無水ジクロロメタン、無水ヘキサン中でジイソブチル水素化リチウム、メタノールを用いて還元し、アルコール体(下記(vii)で表わされる化合物)を得た(収率30%)。次に無水ジクロロメタン溶媒中でN-クロロコハク酸イミドとジメチルスルフィドを用いて、一級水酸基を塩素置換し、塩化物(下記(viii)で表わされる化合物)を得た(収率86%)。次に無水アセトニトリル中でトリス-テトラn-ブチルアンモニウム水素化リン酸塩を用いて二リン酸化し、目的物質である(下記(ix)で表わされる化合物(開始基質4))を得た(収率41%)。各合成段階における中間体および最終生成物の確認は、TLCおよび機器による分析(IR、NMR)を用いて行った。
酵素を500ng、50mM Tris−HCl Buffer(pH7.5)、40mM塩化マグネシウム、40mM TritonX−100、25mM 2−メルカプトエタノール、12.5μM開始基質、50μM[1−14C]イソペンテニル二リン酸、を含む反応液を調製し、37℃のwaterbathで1時間反応させた。反応後、液体シンチレーションの値とTLCを定量することにより、各開始基質に対する酵素活性を測定した。
Bachillus Stearothermophilus(バチルス・ステアロサーモフィルス)由来ファルネシル二リン酸合成酵素が組み込まれたプラスミドpET22b(pET22b/BsFPS)を用いて、上述の方法と同様に大腸菌E.coli BL21(DE3)を形質転換した。なお、pET22b/BsFPSは、東北大学多元物質科学研究所古山教授より譲渡頂いた。
E.coli BL21(DE3)/pET22b/BsFPSを50μg/mLのアンピシリンを含む3mLのLB培地が入った試験管に接種し、37℃で5時間振盪培養した。得られた培養液のうち1mLを50μg/mLのアンピシリンを含むLB培地100mLが入った500mL三角フラスコに接種し、37℃で3時間振盪培養後、0.1mmol/LになるようにIPTGを添加し、30℃で18時間振盪培養した。該培養液を遠心分離し、湿菌体を取得した。上記で得られた湿菌体を超音波処理により破砕した後、遠心分離して得られた上清から、HisTrap(アマシャム社製)を用いてプレニルトランスフェラーゼ活性を有する蛋白質(Bachillus Stearothermophilus由来ファルネシル二リン酸合成酵素)を精製した。精製したタンパク質は、SDS-PAGEにより精製を確認した。
Sulfolobus acidocaldarius(スルフォロバス アシドカルダリウス)由来ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素が組み込まれたプラスミドpET22b(pET22b/SaGGPS)を用いて、上述の方法と同様に大腸菌E.coli BL21(DE3)を形質転換した。なお、pET22b/SaGGPSは、東北大学大学院工学研究科西野徳三教授より譲渡頂いた。
E.coli BL21(DE3)/pET22b/SaGGPSを50μg/mLのアンピシリンを含む3mLのLB培地が入った試験管に接種し、37℃で5時間振盪培養した。得られた培養液のうち1mLを50μg/mLのアンピシリンを含むLB培地100mLが入った500mL三角フラスコに接種し、37℃で3時間振盪培養後、0.1mmol/LになるようにIPTGを添加し、30℃で18時間振盪培養した。該培養液を遠心分離し、湿菌体を取得した。上記で得られた湿菌体を超音波処理により破砕した後、遠心分離して得られた上清から、HisTrap(アマシャム社製)を用いてプレニルトランスフェラーゼ活性を有する蛋白質(Sulfolobus acidocaldarius由来ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素)を精製した。精製したタンパク質は、SDS-PAGEにより精製を確認した。
精製した酵素を500ng、50mM Tris−HCl Buffer(pH8.5)、40mM塩化マグネシウム、50mM塩化アンモニウム、40mM TritonX−100、25mM 2−メルカプトエタノール、12.5μM開始基質、50μM[1−14C]イソペンテニル二リン酸、を含む反応液を調製し、55℃のwaterbathで1時間反応させた。反応後、液体シンチレーションの値とTLCを定量することにより、各開始基質に対する酵素活性を測定した。
精製した酵素を500ng、50mM Tris−HCl Buffer(pH5.8)、40mM塩化マグネシウム、50mM塩化アンモニウム、40mM TritonX−100、25mM 2−メルカプトエタノール、12.5μM開始基質、50μM[1−14C]イソペンテニル二リン酸、を含む反応液を調製し、55℃のwaterbathで1時間反応させた。反応後、液体シンチレーションの値とTLCを定量することにより、各開始基質に対する酵素活性を測定した。
配列番号1:Micrococcus luteus B-P 26 由来ウンデカプレニル二リン酸合成酵素(野生型酵素)の塩基配列
配列番号2:Micrococcus luteus B-P 26由来ウンデカプレニル二リン酸合成酵素(野生型酵素)のアミノ酸配列
配列番号3:変異型酵素N31Aの塩基配列
配列番号4:変異型酵素N31Aのアミノ酸配列
配列番号5:変異型酵素N77Aの塩基配列
配列番号6:変異型酵素N77Aのアミノ酸配列
配列番号7:変異型酵素L91Nの塩基配列
配列番号8:変異型酵素L91Nのアミノ酸配列
配列番号9:変異型酵素L91Dの塩基配列
配列番号10:変異型酵素L91Dのアミノ酸配列
配列番号11:変異型酵素N31Qの塩基配列
配列番号12:変異型酵素N31Qのアミノ酸配列
配列番号13:変異型酵素N77Qの塩基配列
配列番号14:変異型酵素N77Qのアミノ酸配列
配列番号15:変異型酵素L91Gの塩基配列
配列番号16:変異型酵素L91Gのアミノ酸配列
配列番号17:変異型酵素L91Kの塩基配列
配列番号18:変異型酵素L91Kのアミノ酸配列
配列番号19:変異型酵素F95Aの塩基配列
配列番号20:変異型酵素F95Aのアミノ酸配列
配列番号21:変異型酵素F95Wの塩基配列
配列番号22:変異型酵素F95Wのアミノ酸配列
配列番号23:変異型酵素N31A作製用センスプライマー
配列番号24:変異型酵素N31A作製用アンチセンスプライマー
配列番号25:変異型酵素N77A作製用センスプライマー
配列番号26:変異型酵素N77A作製用アンチセンスプライマー
配列番号27:変異型酵素L91N作製用センスプライマー
配列番号28:変異型酵素L91N作製用アンチセンスプライマー
配列番号29:変異型酵素L91D作製用センスプライマー
配列番号30:変異型酵素L91D作製用アンチセンスプライマー
配列番号31:変異型酵素N31Q作製用センスプライマー
配列番号32:変異型酵素N31Q作製用アンチセンスプライマー
配列番号33:変異型酵素N77Q作製用センスプライマー
配列番号34:変異型酵素N77Q作製用アンチセンスプライマー
配列番号35:変異型酵素L91G作製用センスプライマー
配列番号36:変異型酵素L91G作製用アンチセンスプライマー
配列番号37:変異型酵素L91K作製用センスプライマー
配列番号38:変異型酵素L91K作製用アンチセンスプライマー
配列番号39:変異型酵素F95A作製用センスプライマー
配列番号40:変異型酵素F95A作製用アンチセンスプライマー
配列番号41:変異型酵素F95W作製用センスプライマー
配列番号42:変異型酵素F95W作製用アンチセンスプライマー
Claims (14)
- 前記生合成をプレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素を用いて行う請求項4記載のイソプレンオリゴマー。
- 前記プレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素が、以下の[1]〜[3]のいずれかに記載の蛋白質である請求項5記載のイソプレンオリゴマー。
[1]配列番号2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22のいずれかの配列番号で表されるアミノ酸配列からなる蛋白質
[2]配列番号2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22のいずれかの配列番号で表されるアミノ酸配列において、1〜25個のアミノ酸の置換、欠失、挿入、又は付加を含む配列からなり、かつ下記式(3)で表され、下記式(3)中のイソプレン単位に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、ケイ素原子、炭素原子、アセトキシ基、アルコキシ基、水酸基、アリール基、アルキル基、アセチル基、N−アルキル−アセトアミノ基、又はアジド基により置換されているアリル性二リン酸と、イソペンテニル二リン酸との反応を触媒する活性を有する蛋白質
[3]配列番号2,4,6,8,10,12,14,16,18,20,22のいずれかの配列番号で表されるアミノ酸配列と90%以上の相同性を有するアミノ酸配列からなり、かつ下記式(3)で表され、下記式(3)中のイソプレン単位に含まれる原子又は原子団の少なくとも1つが、窒素原子、酸素原子、硫黄原子、ケイ素原子、炭素原子、アセトキシ基、アルコキシ基、水酸基、アリール基、アルキル基、アセチル基、N−アルキル−アセトアミノ基、又はアジド基により置換されているアリル性二リン酸と、イソペンテニル二リン酸との反応を触媒する活性を有する蛋白質
- 前記生合成をプレニルトランスフェラーゼ活性を有する酵素を用いて行う請求項7記載のイソプレンオリゴマーの製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のイソプレンオリゴマーと、イソペンテニル二リン酸から生合成されて得られる請求項9又は10記載のポリイソプレン。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のイソプレンオリゴマーと、イソペンテニル二リン酸から生合成する請求項9又は10記載のポリイソプレンの製造方法。
- 請求項1〜6のいずれかに記載のイソプレンオリゴマー及び/又は請求項9〜11のいずれかに記載のポリイソプレンを含むゴム組成物。
- 請求項13記載のゴム組成物を用いて作製した空気入りタイヤ。
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