JP5787278B2 - ペプチドの製造方法 - Google Patents
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Description
非特許文献2では、アミノ酸をイオン液体残基とイオン結合により結合させ、アミノ酸がイオン液体化できることを実証しており、特に、その用途を論じていないが、当初燃料電池の電解質としての利用を検討している。非特許文献3には、イオン液体を用いたポリペプチド、オリゴ糖、その他有機合成についてのレビューが記載されており、要旨の中に、基質-イオン液体を反応中間体として用いるという記載があるが、具体的なデータは示されていない。非特許文献4には、アミノ酸結合イオン液体に関する紹介のようなレビューが記載されており、具体的なデータはないが、溶媒あるいは触媒としての将来的な利用について言及している。
しかしながら、これまでに提案されているイオン液体を利用したペプチドの合成方法は、得られるペプチドの収率が低く、工業的なペプチド製造方法として十分なものではなかった。
すなわち、本発明は、ペプチド加水分解酵素又は縮合剤の不存在下、(A)イオン結合によりイオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドを反応溶媒でかつ反応原料として用い、(B)第二のアミノ酸エステル又はペプチドのエステルと、反応系の全質量に対して20質量%以下(好ましくは10質量%以下)の水の存在下で反応させて、当該第一のアミノ酸又はペプチドと当該第二のアミノ酸又はペプチド間にペプチド結合を形成させることを特徴とするペプチドの製造方法を提供する。
ここで、イオン液体とは、塩融解物ではなくて100℃以下の低温で融解するイオンからなる塩である。従って、水はイオン液体に該当しない。
これらのアミノ酸又はペプチドにおけるアミノ基は、ホルミル基、ベンジルオキシカルボニル基やブトキシカルボニル基などのアミノ保護基により保護されていてもよいが、本発明では保護されていないものを用いるのが好ましい。
本発明では、上記4級化ヘテロ原子を有する化合物と第一のアミノ酸又はペプチドを略等モルで混合し、非減圧下、もしくは減圧下(好ましくは20〜150mmHg)で加熱し(好ましくは40〜70℃)、水を蒸発させて脱水縮合して、イオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドを調製することができる。
本発明では、(A)イオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドが、カルボキシラート、つまり、第一のアミノ酸又はペプチド中のカルボキシル基により、上記4級化ヘテロ原子を有する化合物とイオン結合を形成しているものが好ましい。
4級化ヘテロ原子を有する化合物、アミノ酸及びペプチド、イオン液体化されたアミノ酸又はペプチドについての非特許文献2(Acc. Chem. Res. 2007, 40, 1122-1129)の記載は、本件明細書の記載に含まれるものとする。
これらのうち、特にアラニン(Ala)メチルエステル、グリシン(Gly)メチルエステル、アルギニン(Arg)メチルエステルなどが好ましく、なかでも、これらの塩酸塩などの無機酸が付加した酸付加塩が好ましい。
本発明では、第二のアミノ酸又はペプチドのアミノ基が保護されていないものを用いるのが好ましいが、第二のアミノ酸又はペプチドのアミノ基が保護されているものを用いることもできる。
本発明では、上記反応において、イオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドを反応溶媒かつ基質として用いることにより、第一のアミノ酸又はペプチドが大過剰である環境下で、添加する第二のアミノ酸エステル又はペプチドのエステルと第一のアミノ酸またはペプチドのアミノ基とを反応させることにより、第二のアミノ酸に保護基を導入しなくとも、選択的に目標とするペプチドを生成する。また、当該反応場において、酵素あるいはペプチド縮合剤といったペプチド生成を促す添加剤あるいは触媒を添加することなく反応が進行する点も本発明の特徴である。
本発明では、上記反応により、当該第一のアミノ酸又はペプチドのアミノ基と当該第二のアミノ酸又はペプチドのカルボキシル基との間にペプチド結合を形成させるのがよい。この際、当該第二のアミノ酸又はペプチドのエステルが開裂して、エステルを構成しているアルコール残基からアルコールも生成する。
本発明では、反応系の水は、(A)イオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドである反応溶媒中に溶解しており、(B)第二のアミノ酸又はペプチドの少なくとも一部が該反応溶媒中に溶解した状態で、(A)イオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドと(B)第二のアミノ酸又はペプチドが反応するのが好ましい。
水の量は、反応系の全質量に対して20質量%以下であることが必要であるが、好ましくは10質量%以下、より好ましくは0〜5質量%であり、実質的に水が存在しない状態であるのが好ましい。
本発明では、反応系に水が少なく、好ましくはほとんど存在しないか、全く存在しないので、pH調製することなく、反応を行うことができる。
ペプチド加水分解酵素としては、プロテアーゼ、ペプチダーゼ及びヒドロラーゼからなる群から選ばれる少なくとも1種である場合が多く、特にサーモライシンであるのが好ましい。このような酵素は、Sigma-Aldrich Corporationから容易に入手することができる。
化学合成における縮合剤としては、N,N’-Carbonyldiimidazole、N,N’-Dicyclohexylcarbodiimide及び1-Ethyl-3-(3-dimethylaminopropyl)-carbodiimide hydrochlorideなどが汎用的に使用されており、このような縮合剤は、関東化学(株)、和光純薬工業(株)などから容易に入手することができる。
HPLCは、常法により行うことができるが、以下の条件で行うのがよい。
columnとして、GL Sciences Inertsil ODS-3:4.6mm I.D.×250mmを用いるのがよい。そして、温度40℃、Flow rate 1.5ml/min、Mobile Phase A: KH2PO4 100mM, 1−オクタンスルホン酸ナトリウム 5mM: B: acetonitrile 100%: Isocratic, A:B = 200:1、pH2.2、Detection 210nm、Stop Time 39min.、Injection Volume 10.0μlの条件で行うのがよい(条件1)。又は、条件1において、A:B = 200:1の代わりに、A:B = 90:10に代えた条件で行うのがよい(条件2)。さらに、温度40℃、Flow rate 1.5ml/min、Mobile Phase A: NaH2PO4 50mM, 1−オクタンスルホン酸ナトリウム 5mM: B: MetOH 100%: Isocratic, A:B = 5:1、pH2.1、Detection 210nm、Stop Time 39min.、Injection Volume 10.0μlの条件(条件3)で行うこともできる。
尚、アミノ基又はカルボキシル基が保護されている第一や第二のアミノ酸又はペプチドを反応原料として用いた場合には、これらの保護基を、常法により、例えば、接触還元法等により、脱離(脱保護)させることができる。
本発明の合成方法により得られたペプチド(オリゴペプチドやポリペプチド)は、機能性食品や調味料などを含む食品、輸液などの栄養組成物や飼料などの有効成分として、医薬品の活性成分として、又、各種試薬の有効成分などとして、幅広く使用することができる。
次に本発明を実施例により具体的に説明する。
市販のL−Proと40質量%水酸化テトラブチルフォスフォニウム(以下TBP−OH)を等モル(L−Pro:TBP−OH=1:1)で混合し(合計50g)、50mmHgに減圧しながら60℃に加温した水浴中で攪拌し、水を蒸発させることで脱水縮合を行った(水分含量2質量%)。このようにして調製したL−プロリン−テトラブチルフォスフォニウム(以下L−Pro−TBP)は無色透明の液体であった。
このようにしてイオン液体化したL−Pro−TBPに対し1000mmol/kg−L−Pro−TBPとなるようL−アラニンメチルエステル塩酸塩(以下L−Ala−OMe・HCl)を溶解させた(反応系全体に対する水の量2質量%)。L−Ala−OMe・HClを添加し、よく攪拌して均一になったことを確認後、水浴中で攪拌しながら37℃に加温して反応を開始した。反応開始後72時間で反応を終了し、各経時サンプルをHPLCで分析し、L−アラニルプロリン(L−Ala−Pro)の生成確認を行った。
上記で使用したアミノ酸L−ProおよびL−Ala−OMe・HClは市販品であり、Sigmaより購入した。また、TBP−OHは北興化学より購入した。
72時間後のL−Ala−Pro収率は反応開始時に添加したL−Ala−OMe・HCl換算で31.0モル%となった。
実施例1に記載のL−Proのイオン液体化により調製したL−Pro−TBPに対し、1000mmol/kgとなるようL−Ala−OMe・HClを加えた(反応系全体に対する水の量2質量%)。その後、よく攪拌して均一になったことを確認後、水浴中で攪拌しながら37℃あるいは50℃に加温して、反応を開始した。反応開始後72時間で反応を終了し、各経時サンプルをHPLCで分析し、L−Ala−Proの生成確認を行った。結果を表1に示す。
表1
実施例1に記載のL−Proのイオン液体化により調製したL−Pro−TBPに対し、500mmol/kg−Pro−TBPあるいは1000mmol/kg−Pro−TBPとなるようL−Ala−OMeを溶解させた(反応系全体に対する水の量2質量%)。その後、水浴中で攪拌しながら50℃に加温して反応を開始した。反応開始後72時間で反応を終了し、各経時サンプルをHPLCで分析し、L−Ala−Proの生成確認を行った。結果を表2に示す。
表2
市販のL−TyrとTBP−OHをL−Tyr:TBP−OH=1:1.2(モル比)の割合で混合し、50mmHgに減圧しながら60℃に加温した水浴中で攪拌し、水を蒸発させることで脱水縮合を行った。このようにして調製したL−チロシン−テトラブチルフォスフォニウム(以下L−Tyr−TBP)は無色透明の液体であった(水分含量2質量%)。
上記の方法でイオン液体化したL−Tyr−TBPに対し1000mmol/kg−L−Tyr−TBPとなるようグリシンメチルエステル塩酸塩(以下Gly−OMe・HCl)を加えた。Gly−OMe・HClを添加し、よく攪拌して均一になったことを確認後、水浴中で攪拌しながら37℃に加温して反応を開始した(反応系全体に対する水の量2質量%)。反応開始後48時間で反応を終了し、各経時サンプルをHPLCで分析し、グリシルチロシン(Gly−Tyr)の生成確認を行った。
上記で使用したアミノ酸L−TyrおよびGly−OMe・HClは市販品であり、Sigmaより購入した。
48時間後のGly−Tyr収率は反応開始時に添加したGly−OMe・HCl換算で3.9%となった。
実施例4に記載のL−Tyrのイオン液体化により調製したL−Tyr−TBPに対し、1000mmol/kg−L−Tyr−TBPとなるようGly−OMe・HClを加えた(反応系全体に対する水の量2質量%)。その後、よく攪拌して均一になったことを確認後、水浴中で攪拌しながら37℃あるいは60℃に加温した。反応開始後48時間で反応を終了し、各経時サンプルをHPLCで分析し、L−Gly−Tyrの生成確認を行った。結果を表3に示す。
表3
表1及び3の結果から、温度が30〜70℃の範囲内であれば、収率に差違が無いことがわかる。
実施例4に記載のL−Tyrのイオン液体化により調製したL−Tyr−TBPに対し、500mmol/kg−L−Tyr−TBPあるいは1000mmol/kg−L−Tyr−TBPとなるようGly−OMe・HClを加えた(反応系全体に対する水の量2質量%)。よく攪拌して均一になったことを確認後、水浴中で攪拌しながら37℃あるいは60℃に加温した。反応開始後48時間で反応を終了し、各経時サンプルをHPLCで分析し、Gly−Tyrの生成確認を行った。37℃の結果を表4、60℃の結果を表5にそれぞれ示す。
表4
市販のGlyと40質量%TBP−OHを等モル(Gly:TBP−OH=1:1)で混合し(合計50g)、50mmHgに減圧しながら60℃に加温した水浴中で攪拌し、水を蒸発させることで脱水縮合を行った(水分含量16質量%)。このようにして調製したグリシン−テトラブチルフォスフォニウム(以下Gly−TBP)は無色透明の液体であった。
このようにしてイオン液体化したGly−TBPに対し1000mmol/kg−Gly−TBPとなるようグリシンメチルエステル塩酸塩(以下Gly−OMe・HCl)を溶解させた(反応系全体に対する水の量16質量%)。Gly−OMe・HClを添加し、よく攪拌して均一になったことを確認後、水浴中で攪拌しながら60℃に加温して反応を開始した。反応開始後3時間で反応を終了し、各経時サンプルをHPLCで分析し、グリシジルグリシン(Gly−Gly)の生成確認を行った。
又、60℃に加温及び3時間反応の代わりに、37℃に加温及び17時間反応の条件を採用した以外は、同様にして、Gly−Glyの生成確認を行った。
上記で使用したアミノ酸GlyおよびGly−OMe・HClは市販品であり、それぞれSigma及び渡辺化学工業(株)より購入した。また、TBP−OHは北興化学(株)より購入した。
60℃に加温及び3時間反応におけるGly−Gly収率は反応開始時に添加したGly−OMe・HCl換算で73.0モル%となった。
又、37℃に加温及び17時間反応におけるGly−Gly収率は反応開始時に添加したGly−OMe・HCl換算で58.0モル%となった。
市販のL−Glnと40質量%TBP−OHを等モル(L−Gln:TBP−OH=1:1)で混合し(合計50g)、50mmHgに減圧しながら60℃に加温した水浴中で攪拌し、水を蒸発させることで脱水縮合を行った(水分含量7質量%)。このようにして調製したL−グルタミン−テトラブチルフォスフォニウム(以下L−Gln−TBP)は無色透明の液体であった。
このようにしてイオン液体化したL−Gln−TBPに対し200mmol/kg−L−Gln−TBPとなるようL−アラニンメチルエステル塩酸塩(以下L−Ala−OMe・HCl)を溶解させた(反応系全体に対する水の量7質量%)。L−Ala−OMe・HClを添加し、よく攪拌して均一になったことを確認後、水浴中で攪拌しながら60℃に加温して反応を開始した。反応開始後23時間で反応を終了し、各経時サンプルをHPLCで分析し、L−アラニルグルタミン(L−Ala−Gln)の生成確認を行った。
又、60℃に加温及び23時間反応の代わりに、37℃に加温及び3時間反応の条件を採用した以外は、同様にして、L−Ala−Glnの生成確認を行った。
上記で使用したアミノ酸L−GlnおよびL−Ala−OMe・HClは市販品であり、それぞれSigma及び東京化成工業(株)より購入した。また、TBP−OHは北興化学(株)より購入した。
60℃に加温及び23時間反応におけるL−Ala−Gln収率は反応開始時に添加したL−Ala−OMe・HCl換算で2.0モル%となった。
又、37℃に加温及び3時間反応におけるL−Ala−Gln収率は反応開始時に添加したL−Ala−OMe・HCl換算で3.8モル%となった。
市販のL−Glnと40質量%TBP−OHをL−Gln:TBP−OH=1:1.2で混合し(合計50g)、50mmHgに減圧しながら60℃に加温した水浴中で攪拌し、水を蒸発させることで脱水縮合を行った(水分含量14質量%)。このようにして調製したL−グルタミン−テトラブチルフォスフォニウム(以下L−Gln−TBP)は無色透明の液体であった。
このようにしてイオン液体化したL−Gln−TBPに対し800mmol/kg−L−Gln−TBPとなるようL−アルギニンメチルエステル塩酸塩(以下L−Arg−OMe・HCl)を溶解させた(反応系全体に対する水の量14質量%)。L−Arg−OMe・HClを添加し、よく攪拌して均一になったことを確認後、水浴中で攪拌しながら60℃に加温して反応を開始した。反応開始後20時間で反応を終了し、各経時サンプルをHPLCで分析し、L−Arg−Glnの生成確認を行った。
上記で使用したアミノ酸L−GlnおよびL−Arg−OMe・HClは市販品であり、それぞれSigma及びBACHEMより購入した。また、TBP−OHは北興化学(株)より購入した。
60℃に加温及び20時間反応におけるL−Arg−Gln収率は反応開始時に添加したL−Arg−OMe・HCl換算で1.0モル%となった。
実施例9と同様にしてイオン液体化したL−Gln−TBPに対し900mmol/kg−L−Gln−TBPとなるようグリシンメチルエステル塩酸塩(以下Gly−OMe・HCl)を溶解させ(反応系全体に対する水の量14質量%)、反応時間を20時間から23時間に変更した以外は、実施例9と同様にして、グリシジルグルタミン(Gly−Gln)を合成し、HPLCで分析し、Gly−Glnの生成確認を行った。
上記で使用したアミノ酸L−GlnおよびGly−OMe・HClは市販品であり、それぞれSigma及び渡辺化学工業(株)より購入した。
60℃に加温及び23時間反応におけるGly−Glnの収率は反応開始時に添加したL−Gly−OMe・HCl換算で2.0モル%となった。
L−Gln−TBPの代わりに、片山製薬所から購入したイオン液体化したL−Ala−TBPを用い、イオン液体化したL−Ala−TBPに対し200mmol/kg−L−Ala−TBPとなるようL−アルギニンメチルエステル塩酸塩(以下L−Arg−OMe・HCl)を溶解させ(反応系全体に対する水の量1質量%未満)、反応時間を20時間から50時間に変更した以外は、実施例9と同様にして、L−アルギニルアラニン(L−Arg−Ala)を合成し、HPLCで分析し、L−Arg−Alaの生成確認を行った。
上記で使用したL−Arg−OMe・HClは市販品であり、BACHEMより購入した。
60℃に加温及び50時間反応におけるL−Arg−Alaの収率は反応開始時に添加したL−Arg−OMe・HCl換算で80.0モル%となった。
L−Gln−TBPの代わりに、片山製薬所から購入したイオン液体化したL−His−TBPを用い、イオン液体化したL−His−TBPに対し200mmol/kg−L−His−TBPとなるようL−アラニンメチルエステル塩酸塩(以下L−Ala−OMe・HCl)を溶解させた(反応系全体に対する水の量1質量%未満)以外は、実施例9と同様にして、L−アラニルヒスチジン(L−Ala−His)を合成し、HPLCで分析し、L−Ala−Hisの生成確認を行った。
上記で使用したL−Ala−OMe・HClは市販品であり、東京化成工業(株)より購入した。
60℃に加温及び20時間反応におけるL−Ala−Hisの収率は反応開始時に添加したL−Ala−OMe・HCl換算で3.3モル%となった。
L−Alaの代わりにL−Glyを用いた以外は実施例8と同様にして脱水縮合を行い(水分含量16質量%)、グリシン−テトラブチルフォスフォニウム(以下Gly−TBP)の無色透明の液体を得た。
このようにしてイオン液体化したGly−TBPに対し200mmol/kg−Gly−TBPとなるようL−アルギニンメチルエステル塩酸塩(以下L−Arg−OMe・HCl)を溶解させ(反応系全体に対する水の量16質量%)、反応時間を23時間から24時間に変更した以外は、実施例8と同様にして、L−アルギニルグリシン(L−Arg−Gly)を合成し、HPLCで分析して、L−Arg−Glyの生成を確認した。
上記で使用したアミノ酸L−GlyおよびL−Arg−OMe・HClは市販品であり、それぞれSigma及びBACHEMより購入した。
60℃に加温及び24時間反応におけるL−Arg−Glyの収率は反応開始時に添加したL−Arg−OMe・HCl換算で94.0モル%となった。
Gly−TBPの代わりに、片山製薬所から購入したイオン液体化したL−シスチン−テトラブチルフォスフォニウム(以下L−Cys−TBP)を用い、イオン液体化したL−Cys−TBPに対し200mmol/kg−L−Cys−TBPとなるようグリシンメチルエステル塩酸塩(以下Gly−OMe・HCl)を溶解させ(反応系全体に対する水の量1質量%未満)、反応時間を23時間から2時間に変更した以外は、実施例8と同様にして、グリシルシステイン(L−Gly−Cys)を合成し、HPLCで分析して、Gly−Cysの生成を確認した。
上記で使用したGly−OMe・HClは市販品であり、渡辺化学工業(株)より購入した。
60℃に加温及び2時間反応におけるGly−Cysの収率は反応開始時に添加したGly−OMe・HCl換算で90.0モル%となった。
Gly−TBPの代わりに、片山製薬所から購入したイオン液体化したL−アラニン−1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(以下L−Ala−EMIM)を用い、イオン液体化したL−Ala−EMIMに対し200mmol/kg−L−Ala−EMIMとなるようL−アルギニンメチルエステル塩酸塩(以下L−Arg−OMe・HCl)を溶解させ(反応系全体に対する水の量0.12質量%)、反応時間を23時間から95時間に変更した以外は、実施例8と同様にして、L−アルギニルアラニン(L−Arg−Ala)を合成し、HPLCで分析して、L−Arg−Alaの生成を確認した。
上記で使用したL−Arg−OMe・HClは市販品であり、BACHEMより購入した。
60℃に加温及び95時間反応におけるL−Arg−Alaの収率は反応開始時に添加したL−Arg−OMe・HCl換算で82.9モル%となった。
Gly−TBPの代わりに、片山製薬所から購入したイオン液体化したグリシン−1-エチル-3-メチルイミダゾリウム(以下Gly−EMIM)を用い、イオン液体化したGly−EMIMに対し200mmol/kg−Gly−EMIMとなるようL−アルギニンメチルエステル塩酸塩(以下L−Arg−OMe・HCl)を溶解させ(反応系全体に対する水の量0.50質量%)、反応時間を23時間から95時間に変更した以外は、実施例8と同様にして、L−アルギニルグリシン(L−Arg−Gly)を合成し、HPLCで分析して、L−Arg−Glyの生成を確認した。
上記で使用したL−Arg−OMe・HClは市販品であり、BACHEMより購入した。
60℃に加温及び95時間反応におけるL−Arg−Glyの収率は反応開始時に添加したL−Arg−OMe・HCl換算で102.5モル%となった。
Claims (12)
- ペプチド加水分解酵素及び縮合剤の不存在下、(A)イオン結合によりイオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドを反応溶媒でかつ反応原料として用い、(B)第二のアミノ酸エステル又はペプチドのエステルと、反応系の全質量に対して20質量%以下の水の存在下で反応させて、当該第一のアミノ酸又はペプチドと当該第二のアミノ酸又はペプチド間にペプチド結合を形成させることを特徴とするペプチドの製造方法。
- 前記第一のアミノ酸又はペプチドが、イオン液体を構成するカチオンとイオン結合することによりイオン液体化されている、請求項1に記載の方法。
- 反応系の水は、(A)イオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドである反応溶媒中に溶解しており、(B)第二のアミノ酸又はペプチドの少なくとも一部が該反応溶媒中に溶解した状態で、(A)イオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドと(B)第二のアミノ酸又はペプチドが反応する請求項1又は2記載の方法。
- 第一のアミノ酸:第二のアミノ酸のモル比が、20:1〜1:1である請求項1〜3のいずれか1項記載の方法。
- 第一のアミノ酸又はペプチドが、分子内に2級アミノ基を有するものである請求項1〜4のいずれか1項記載の方法。
- 第二のアミノ酸又はペプチドのアミノ基が保護されていないものである請求項1〜5のいずれか1項記載の方法。
- 第二のアミノ酸又はペプチドのアミノ基が保護されているものである請求項1〜5のいずれか1項記載の方法。
- 第二のアミノ酸又はペプチドが1種以上の第二のアミノ酸及び/又はペプチドである請求項1〜7のいずれか1項記載の方法。
- 当該第一のアミノ酸又はペプチドのアミノ基と当該第二のアミノ酸又はペプチドのカルボキシル基との間にペプチド結合を形成させる請求項1〜8のいずれか1項記載の方法。
- 当該イオン液体化された第一のアミノ酸又はペプチドが、アルキルホスホニウムイオン、アルキルイミダゾリウムイオン、アルキルアンモニウムイオン、アルキルピリジニウムイオン、アルキルピロリジニウムイオン及びアルキルピぺリジニウムイオンから選ばれる少なくとも1種であるカチオンとイオン結合している請求項1〜9のいずれか1項記載の方法。
- ペプチド結合の形成を0〜100℃の温度で行う請求項1〜10のいずれか1項記載の方法。
- 反応系の全質量に対して10質量%以下の水の存在下で反応させる請求項1〜11のいずれか1項記載の方法。
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