JPH0361421B2 - - Google Patents

Info

Publication number
JPH0361421B2
JPH0361421B2 JP15775982A JP15775982A JPH0361421B2 JP H0361421 B2 JPH0361421 B2 JP H0361421B2 JP 15775982 A JP15775982 A JP 15775982A JP 15775982 A JP15775982 A JP 15775982A JP H0361421 B2 JPH0361421 B2 JP H0361421B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
group
weight
monomer
monomer composition
immobilized enzyme
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Expired
Application number
JP15775982A
Other languages
Japanese (ja)
Other versions
JPS5948079A (en
Inventor
Yasuo Kihara
Takashi Kawasaki
Toshio Higuchi
Yutaka Moroishi
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Nitto Denko Corp
Original Assignee
Nitto Denko Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Nitto Denko Corp filed Critical Nitto Denko Corp
Priority to JP15775982A priority Critical patent/JPS5948079A/en
Publication of JPS5948079A publication Critical patent/JPS5948079A/en
Publication of JPH0361421B2 publication Critical patent/JPH0361421B2/ja
Granted legal-status Critical Current

Links

Description

【発明の詳細な説明】[Detailed description of the invention]

本発明は固定化酵素及びその製造方法に関す
る。 酵素反応は医薬品、食品等の製造の過程で一部
工業的にも実施されているが、従来は酵素を基質
の水溶液に溶解させて、この水溶液中で反応を行
なわせている。しかし、このような方法によれば
反応条件を一定に維持しつつ、新鮮な酵素を補給
したり、また、反応後に酵素を失活させることな
く、生成物と酵素を分離することが非常に困難で
あり、酵素が不経済に消費される。そのうえ、反
応が回分式であるから生産性に劣る。 このような問題を解決するために、既に水不溶
性の担体に酵素を固定化し、この固定化酵素に基
質を反応させることが提案されている。このよう
な酵素の固定化方法の代表的なものに、水不溶性
の担体に酵素を共有結合、イオン結合又は物理吸
着によつて結合させる担体結合法が知られてい
る。しかし、従来、この方法において用いられて
いる担体は、通常、セルロース、デキストラン、
アガロース等の多糖類の誘導体、ポリアクリルア
ミドゲル、多孔性ガラス等の径1mm乃至数mmの粒
子であり、このような粒子に酵素が固定化された
固定化酵素は、通常、カラムに充填され、固定さ
れて基質溶液と接触されるので、基質が高分子量
の場合、固定化酵素表面に拡散し難く、反応に長
時間を要すると共に、反応収率が低いという問題
がある。 本発明は上記した問題を解決するためになされ
たものであつて、反応系において遊離の酵素と同
様に自由に移動でき、従つて、固定化酵素表面へ
の基質の拡散が殆ど問題にならない高活性の固定
化酵素の製造方法を提供することを目的とする。
特に、本発明は、イオン交換性基又は官能基を高
密度に有する水分散性高分子重合体粒子に酵素を
高負荷量で固定化すると共に、酵素活性が長期に
わたつて高く保持される固定化酵素、及びその製
造方法を提供することを目的とする。 本発明による固定化酵素は、第1のエチレン性
単量体組成物の重合体からなる50〜98重量%の重
合体芯部と、イオン交換性基又は官能基を有する
エチレン性単量体を含む第2の単量体組成物の重
合体からなる2〜50重量%の重合体殻部とより構
成される水分散性高分子重合体粒子に、上記イオ
ン交換性基又は官能基を介して酵素が固定化され
ていることを特徴とし、かかる固定化酵素は、本
発明に従つて、第1のエチレン性単量体組成物を
水媒体中で乳化共重合させて水分散性高分子重合
体粒子からなる重合体芯部を形成した後、水媒体
中でこの重合体芯部の存在下にイオン交換性基又
は官能基を有するエチレン性単量体を含む第2の
単量体組成物を乳化共重合させて、上記重合体芯
部の上に重合体殻部を有する水分散性高分子重合
体粒子を形成させ、次いで、この重合体粒子に上
記イオン交換性基又は官能基を介して酵素を固定
化することにより製造される。 本発明においては、先ず、第1の単量体組成物
を水媒体中で乳化共重合させて水分散性高分子重
合体粒子からなる重合体芯部を形成する。ここに
得られる重合体芯部は、酵素反応が行なわれる温
度、一般的には5〜90℃の温度で溶融軟化しない
ことを要し、従つて、得られる重合体粒子のガラ
ス転移温度が少なくとも0℃であるように単量体
組成が選ばれ、好ましくは5℃以上であるように
選ばれる。従つて、本発明においては、第1の単
量体組成として、スチレン、メチルスチレン、ビ
ニルトルエン、塩化ビニル、アクリル酸エステ
ル、メタクリル酸エステル、特に炭素数1〜4の
アルキルエステル、アクリロニトリル、メタクリ
ロニトリル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、
ブタジエン、イソプレン、アクリルアミド、メタ
クリルアミド等の1種又は2種以上が用いられ
る。 尚、よく知られているように、ガラス転移点が
0℃以下の単独重合体を形成する単量体でも、他
の単量体と共に共重合させることにより、得られ
る共重合体のガラス転移点を0℃以上とすること
ができ、従つて、ガラス転移点が0℃以下の単独
重合体を与えるアクリル酸エチルやアクリル酸ブ
チル等を単量体成分として用いることは何ら差支
えない。例えば、アクリル酸エチルの単独重合体
のガラス転移点は−22℃であるが、単独重合体の
ガラス転移点が105℃であるメタクリル酸メチル
とアクリル酸エチルを共重合することによつて、
通常、ガラス転移点が約30℃である共重合体を得
ることができる。 本発明においては、第1の単量体組成が1〜80
重量%のアクリロニトリル及び/又はメタクリロ
ニトリルを含有するのが好ましい。この単量体を
存在させることにより、乳化剤を用いなくとも、
重合の安定性が確保されると共に、得られる水分
散性高分子重合体粒子の分散性もまた、良好とな
るからである。 特に、本発明において好ましい第1の単量体組
成物は、(a)アクリロニトリル及び/又はメタクリ
ロニトリル1〜80重量%、好ましくは5〜75重量
%、特に好ましくは10〜60重量%、(b)多官能性内
部架橋用単量体0〜10重量%、好ましくは0.1〜
15重量%、特に好ましくは0.5〜10重量%、及び
(c)アクリル酸アルキルエステル、メタクリル酸ア
ルキルエステル及びスチレンから選ばれる少なく
とも1種の単量体20〜99重量%、好ましくは25〜
95重量%、特に好ましくは40〜90重量%からな
る。かかる単量体組成物を用いることにより、乳
化剤の不存在下にも重合は非常に安定に行なわ
れ、望ましくない水溶性重合体等の副生を抑える
ことができるからである。尚、多官能性内部架橋
用単量体は後述するように、重合の安定性を高め
るのに役立ち、その具体例については、後述す
る。 上記の第1の単量体組成物の乳化共重合は水媒
体中で行なわれ、重合開始剤としては、例えば、
2,2′−アゾビスイソブチルアミジウム塩酸塩、
2,2′−アゾビスシアノバレリアン酸、過硫酸塩
等が用いられる。このようにして得られる水分散
性高分子重合体粒子は、本発明において担体とし
て用いる水分散性高分子重合体粒子の芯部を構成
し、通常、平均粒径が0.03〜1.5μの範囲である。
本発明においては、乳化剤を用いないで乳化共重
合体させるのが好ましく、また、上記したように
乳化剤なしで共重合させることができる。得られ
る水分散性高分子重合体粒子に乳化剤が混入して
いると、酵素の固定化の際に酵素が失活すること
があり、また、固定化された酵素が脱離しやすい
等の有害な影響を及ぼす傾向があるからである。
しかし、乳化剤がかかる有害な影響を与えないと
きは、乳化剤の存在下に乳化共重合を行なつても
よいのは勿論である。 次に、本発明においては、水媒体中で上で得た
重合体芯部をなす重合体粒子の存在下に、イオン
交換性基又は官能基を有する単量体を含む第2の
単量体組成を乳化共重合させ、上記第1の単量体
組成物からなる重合体芯部の上に重合体殻部を形
成させる。この場合においても、乳化剤を用いな
いのが好ましいのは前記と同じである。尚、本発
明においては、共重合した後、化学反応によつて
上記官能基に変換し得る側鎖を有する単量体を単
量体組成物の成分として用いる場合も、官能基を
有する単量体を共重合させる場合に含めることと
する。 本発明において、イオン交換性基とは、これに
より酵素をイオン結合により固定化し得る有機基
を意味し、また、官能基とは、これを介して酵素
を共有結合にて固定化し得る有機基を意味し、従
つて、有機基によつてはイオン交換性基であると
同時に官能基であることもある。 ここに、イオン交換性基としては、例えば、ス
ルホン酸基、カルボキシル基、リン酸基等の酸性
基、第3級アミノ基、第4級アミノ基等の塩基性
基等を挙げることができる。このようなイオン交
換性基を有する単量体の具体例としては、スチレ
ンスルホン酸、スルホプロピルメタクリレートの
ようなスルホン酸基を有する単量体、アクリル
酸、メタクリル酸、イタコン酸のようにカルボキ
シル基を有する単量体、アシツドホスホキシエチ
ルメタクリレート、3−クロロ−2−アシツドホ
スホキシエチルメタクリレートのようなリン酸基
を有する単量体、ジメチルアミノエチルメタクリ
レート、ジメチルアミノプロピルメタクリルアミ
ドのような第3級アミノ基を有する単量体、メタ
クリルアミドプロピルトリメチルアンモニウムク
ロライド、メタクリロイルオキシエチルトリメチ
ルアンモニウムクロライドのような第4級アミノ
基を有する単量体を挙げることができる。 また、官能基としては、カルボキシル基、第1
級アミノ基、ヒドラジド基、グリシジル基等を挙
げることができる。かかる官能基を有する単量体
の具体例として、例えば、アクリル酸、メタクリ
ル酸、イタコン酸のようなカルボキシル基を有す
る単量体、ヒドロキシエチルアクリレート、ヒド
ロキシエチルメタクリレートのような水酸基を有
する単量体、グリシジルメタクリレートのような
グリシジル基を有する単量体を挙げることができ
る。 また、重合体芯部をなす重合体粒子の存在下に
水媒体中で、アクリルアミドのようなアミド基を
有する単量体、及びアクリル酸メチル、メタクリ
ル酸メチルのようなメチルエステル基を有する単
量体をれぞれ含有する第2の単量体組成物を乳化
共重合し、上記重合体芯部の上にこれらを単量体
組成として有する共重合体を重合体殻部として生
成させ、次いで、この共重合体中の上記アミド基
をホフマン分解し、また、メチルエステル基にヒ
ドラジンを作用させることによつて、官能基とし
てアミド基やヒドラジド基を有する共重合体から
なる重合体殻部を形成させることができる。ま
た、第2の単量体組成物にアクリル酸エステルの
ようなエステル基を有する単量体を含有させ、こ
れを重合体芯部の存在下に共重合させ、次いで、
このエステル基を加水分解することにより、官能
基としてカルボキシル基を有する共重合体からな
る重合体殻部を形成させることもできる。 第2の単量体組成において、イオン交換性基又
は官能基を有する単量体は水溶性であることが多
く、従つて、これを単独で乳化重合させると、望
ましくない水溶性重合体が生じることがある。従
つて、本発明においては、第2の単量体組成物と
して、上記イオン交換性基又は官能基を有する単
量体1〜70重量%と共に、アクリロニトリル及
び/又はメタクリロニトリル1〜80重量%と、多
官能性内部架橋用単量体0〜20重量%と、これら
と共重合性を有する単量体20〜98重量%を含有す
る単量体組成物を乳化共重合させるのがよい。ま
た、ここにおいても、形成される重合体殻部が酵
素反応の行なわれる温度で溶融軟化しないことを
要し、従つて、形成される重合体殻部のガラス転
移温度が少なくとも0℃、好ましくは5℃以上で
あるように選ばれる。 上記共重合性単量体としては、前記したスチレ
ン、メチルスチレン、ビニルトルエン、塩化ビニ
ル、アクリル酸エステル、メタクリル酸エステ
ル、特に炭素数1〜4のアルキルエステル、アク
リロニトリル、メタクリロニトリル、酢酸ビニ
ル、プロピオン酸ビニル、ブタジエン、イソプレ
ン、アクリルアミド、メタクリルアミド等の1種
又は2種以上が好ましく用いられるが、特に、ア
クリル酸及びメタクリル酸の炭素数1〜4のアル
キルエステル及びスチレンが好ましく用いられ
る。 従つて、特に本発明においては好ましい第2の
単量体組成物は、(a)イオン交換性基又は官能基を
有する単量体1〜70重量%、好ましくは5〜65重
量%、特に好ましくは10〜60重量%、(b)アクリロ
ニトリル及び/又はメタクリロニトリル1〜80重
量%、好ましくは5〜75重量%、特に好ましくは
10〜60重量%、(c)多官能性内部架橋用単量体0〜
20重量%、好ましくは0.1〜15重量%、特に好ま
しくは0.5〜10重量%、及び(d)アクリル酸エステ
ル、メタクリル酸エステル及びスチレンから選ば
れる少なくとも1種の単量体20〜98重量%、好ま
しくは25〜95重量%、特に好ましくは40〜80重量
%とからなる。 このような単量体組成物を乳化共重合させるこ
とにより、イオン交換性基又は官能基を有する単
量体からなる単独重合体の生成が抑制されて、特
に重合が安定に行なわれると共に、得られる水分
散性高分子重合体粒子もまた、分散安定性にすぐ
れ、更に、これに酵素を固定化したとき、酵素の
脱離も抑えられるからである。 上記の内部架橋用多官能性単量体としては、多
価アルコールのポリ(メタ)アクリレートが好ま
しく、具体的には、エチレングリコールジメタク
リレート、ジエチレングリコールジメタクリレー
ト、トリエチレングリコールジメタクリレート、
ジプロピレングリコールジメタクリレート、1,
3−ブチレングリコールジメタクリレート、トリ
エチレングリコールジアクリレート、トリメチロ
ールプロパントリメタクリレート、トリメチロー
ルプロパントリアクリレート、テトラメチロール
メタンテトラアクリレート等が用いられる。ジビ
ニルベンゼンも好ましく用いられる。 一般に、イオン交換性基や官能基を有する単量
体は親水性であるため、これを単独で乳化重合す
ると、重合が不安定になると共に、望ましくない
水溶性重合体等の副性が多く、分散性の良好な重
合体粒子を得ることが困難である。 特に、水溶性重合体が生成すると、その一部は
水不溶性高分子重合体粒子上に吸着されて残り、
これを担体として酵素を固定化すると、この水溶
性重合体にも酵素が固定化される。このような水
溶性重合体を含む担体に酵素が固定化された固定
化酵素によれば、酵素反応の際に酵素が水溶性重
合体と共に基質溶液中に溶出して、酵素活性の経
時低下が著しいうえに、溶出した酵素が基質や反
応生成物と混在することとなるので、反応後にそ
の分離を要する等の種々の不都合を生じる。 しかしながら、本発明に従つて、予め調製され
た重合体芯部の存在下に、イオン交換性基又は官
能基を有する単量体と、アクリロニトリル及び/
又はメタクリロニトリルと、好ましくは多官能性
内部架橋用単量体と乳化共重合させることによ
り、乳化剤の不存在下においても、重合の安定性
が確保されると共に、望ましくない水溶性重合体
の生成が抑えられて、これらの単量体組成物を重
合体芯部の上に安定に共重合させることができ、
かくして、表面にイオン性基又は官能基を高密度
に有する水分散性高分子重合体粒子を得ることが
できるのである。 このような結果が得られる理由は必ずしも明ら
かではないが、第2の単量体組成物の乳化共重合
に際しては、既に重合の場として第1の単量体組
成物からなる重合体芯部が与えられており、且
つ、重合初期に生じるイオン性基又は官能基を有
する単量体を主成分とする水溶性の低分子量の重
合体にアクリロニトリル及び/又はメタクリロニ
トリルと多官能性内部架橋用単量体とが有効に共
重合して水不溶化すると共に、芯部重合体粒子と
の親和性がよくなつて、その表面に円滑にグラフ
ト化され、かくして、重合が安定化するのであろ
う。従つて、本発明においては、第2の単量体組
成物は、前記したように、アクリロニトリル及
び/又はメタクリロニトリル、及び多官能性内部
架橋用単量体を含有するのが望ましいのである。 また、重合体芯部の上に上記のような第2の単
量体組成物を乳化共重合させて、重合体殻部を形
成することにより、酵素の固定化に役立つイオン
交換性基又は官能基を水分散性高分子重合体粒子
の表面に高密度で形成させることができ、かくし
て、本発明によれば、酵素を高負荷量で固定化す
ることができるのである。 更に、本発明においては、以上のようにして得
られる水分散性高分子重合体粒子において、重合
体芯部が50〜98重量%であり、重合体殻部が2〜
50重量%となるように第1及び第2の単量体組成
物を逐次的に乳化共重合させる必要がある。殻部
が重合体粒子において2重量%よりも少ないとき
は、重合体殻部として重合体粒子がその表面に有
する共重合体のイオン交換性基又は官能基の量が
少なくなり、固定化し得る酵素の量が限られるこ
ととなつて、高い酵素活性を有する固定化酵素を
得難くなるからである。一方、50重量%を越える
ときは、イオン交換性基及び官能基が親水性であ
るために、重合体芯部をなす水分散性高分子重合
体粒子の存在下に第2の単量体組成物を共重合を
行なつても、殻部を形成する以外に、第2の単量
体組成物のみによる水溶性重合体を生成し、前記
したような不都合を生じ、更に、重合の安定性や
重合体粒子の分散性も損なわれることがあるから
である。 本発明において用いる水分散型高分子重合体粒
子は、その平均粒径が0.05μ〜2μ、好ましくは
0.1μ〜1μである。粒径が小さすぎると、これを担
体とする固定化酵素を水中に分散させて酵素反応
を行なわせた後の回収が困難となり、一方、粒径
が大きすぎると、単位体積当りの粒子表面積が小
さくなり、酵素の固定化量が少なくなると共に、
水中に分散させるのが困難となるので好ましくな
い。 上記のような水分散性高分子重合体粒子の有す
るイオン交換性基に酵素をイオン結合にて固定化
し、又は官能基にこれを介して酵素を固定化する
方法は特に制限されず、従来より知られている方
法が適宜に採用される。 例えば、イオン交換性基を有する水分散性高分
子重合体粒子に酵素をイオン結合にて固定化する
には、酵素の失活の起こらない温度、PH等適宜の
条件で重合体粒子の分散液と酵素溶液とを混合す
ればよい。例えば、反応時のPHは酵素の等電点、
イオン交換性基の種類等に応じて適宜に選ばれる
が、一般的には5〜8が好ましい。この後、必要
に応じて、遠心分離、膜分離等き適宜の手段にて
未固定の酵素を除去すれば、本発明による固定化
酵素を得ることができる。 また、官能基を有する水分散性高分子重合体粒
子に酵素を固定化する方法も特に制限されず、従
来より一般に知られている方法が適宜に採用され
る。かかる方法として、官能基の種類に応じて、
例えば、ジアゾ法、カルボジイミド法、臭化シア
ン法、アジド法等が挙げられるが、これらに限定
されるものではない。例えば、水酸基をもつ水分
散性高分子重合体粒子に酵素を共有結合にて固定
化するには、水酸基をエピクロロヒドリンにより
エポキシ化した後、このエポキシ基に酵素のアミ
ノ基を反応させ、アミド基を形成させることによ
り、酵素を重合体粒子に結合させることができ
る。このエポキシ化は従来知られている通常の条
件の下に行なわれ、例えば、水分散性高分子重合
体粒子の有する水酸基の1〜10倍当量のエピクロ
ロヒドリンを用い、アルカリ水溶液中、室温で反
応させる。このエポキシ基への酵素の固定化も従
来の普通の条件下に行なわれる。 また、カルボキシル基に酵素を固定化する一つ
の方法として、水溶性カルボジイミドを用いて、
酵素のアミノ基と水分散性高分子重合体粒子表面
のカルボキシル基とを直接アミド結合を形成させ
ることにより結合させることができる。水溶性カ
ルボジイミドとしては、例えば、1−エチル−3
−(3−ジメチルアミノプロピル)カルボジイミ
ド塩酸塩、1−シクロヘキシル−3−(2−モル
ホリノエチル)カルボジイミド−メト−p−トル
エンスルホネート等を挙げることができる。この
ような水溶性カルボジイミドを用いる酵素固定化
は従来知らている通常の条件の下で行なわれ、例
えば、水分散性高分子重合体粒子の有するカルボ
キシル基の3〜50倍当量のカルボジイミドの水溶
液に酵素を混合し、温度を5℃程度、PHを4.5〜
6.0に保持して、一夜反応させればよい。 また、本発明においては、酵素を重合体粒子の
官能基を介して共有結合にて固定化するに際し
て、必要に応じて、重合体粒子にヘキサメチレン
ジアミン、ドデカメチレンジアミン、グリシルグ
リシルグリシン等のスペーサ基を介して酵素を結
合させ、固定化された酵素の重合体粒子上での自
由度を拡大することができる。 以上のようにして、酵素を重合体粒子に固定化
させた後、用いた反応試薬や固定化されていない
酵素を遠心分離、膜分離等の適宜の手段によつて
除去すれば、本発明の固定化酵素を得る。 本発明による固定化酵素は水分散液として用い
られ、基質と接触される。固定化酵素の使用量
は、固定化酵素の粒径や酵素の固定化量、必要と
する反応速度、基質濃度等により適宜に決定され
る。 本発明において固定化される酵素は菌体内酵素
でもよく、菌体外酵素でもよい。また、酵素は必
ずしも高度に精製されている必要はなく、抽出液
や部分精製品も用いられる。更に、本発明に従つ
て、単一の酵素を固定化してもよいが、複数の酵
素を同時に固定化してもよい。 本発明において酵素は特に制限されず、種々の
酵素が用いられる。具体例として、アミノ酸オキ
シダーゼ、カタラーゼ、キサンチンオキシダー
ゼ、グルコースオキシダーゼ、グルコース−6−
リン酸デヒドロゲナーゼ、グルタミン酸デヒドロ
ゲナーゼ、チトクロムCオキシダーゼ、チロシナ
ーゼ、乳酸デヒドロゲナーゼ、ペルオキシダー
ゼ、6−ホスホグルコン酸デヒドロゲナーゼ、リ
ンゴ酸デヒドロゲナーゼのような酸化還元酵素、
アスパラギン酸アセチルトランスフエラーゼ、ア
スパラギン酸アミノトランスフエラーゼ、グリシ
ンアミノトランスフエラーゼ、グルタミン酸−オ
キザロ酢酸アミノトランスフエラーゼ、グルタミ
ン酸−ピルビン酸アミノトランスフエラーゼ、ク
レアチンホスホキナーゼ、ヒスタミンメチルトラ
ンスフエラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、フラクト
キナーゼ、ヘキソキナーゼ、δ−リジンアセチル
トランスフエラーゼ、ロイシンアミノペプチダー
ゼのような転移酵素、アスパラギナーゼ、アセチ
ルコリンエステラーゼ、アミノアシラーゼ、アミ
ラーゼ、アルギナーゼ、L−アルギニンデイミナ
ーゼ、インベルターゼ、ウレアーゼ、ウリカー
ゼ、ウロキナーゼ、エステラーゼ、β−ガラクト
シダーゼ、カリクレイン、キモトリプシン、トリ
プシン、トロンビン、オリンギナーゼ、ヌクレオ
チダーゼ、パパイン、ヒヤウロニダーゼ、プラス
ミン、ペクチナーゼ、ヘスペリジナーゼ、ペプシ
ン、ペニシリナーゼ、ペニシリアミダーゼ、ホス
ホリパーゼ、ホスフアターゼ、ラクターゼ、リパ
ーゼ、リボヌクレアーゼ、レンニンのような加水
分解酵素、アスパラギン酸デカルボキシラーゼ、
アルパルターゼ、クエン酸リアーゼ、グルタミン
酸デカルボキシラーゼ、ヒスチジンアンモニアリ
アーゼ、フエニルアラニンアンモニアリアーゼ、
フマラーゼ、フマール酸ヒドラターゼ、リンゴ酸
シンテターゼのようなリアーゼ、アラニンラセマ
ーゼ、グリコースイソメラーゼ、グリコースホス
フエートイソメラーゼ、グルタミン酸ラセマー
ゼ、乳酸ラセマーゼ、メチオニンラセマーゼのよ
うな異性化酵素、アスパラギンシンターゼ、グル
タチオンシンターゼ、ピルビン酸シンターゼのよ
うなリガーゼ等を挙げることができる。 本発明による固定化酵素は以上のように、水不
溶性の担体としての水分散性高分子重合体粒子
が、重合体芯部の上に高密度にイオン交換性基又
は官能基をする重合体殻部が形成されている。従
つて、従来のセルロース誘導体粒子等を担体とす
る場合と異なり、酵素が高負荷量にて固定化され
ると共に、固定化酵素自体が遊離の酵素と同様に
反応系内を自由に移動できるため、基質の拡散が
反応に殆ど影響を与えず、従つて、高分子量の基
質の場合にも遊離の酵素と同様の高い反応速度で
酵素反応を行なわせることができる。 しかも、本発明による固定化酵素は水不溶性の
担体に固定化されているため、酵素反応後には遠
心分離、塩析、凝集剤を用いる凝集沈殿、多孔性
膜による膜分離等によつて容易に回収でき、かく
して、長期間にわたつて高い酵素活性を保持させ
つつ、繰返して使用することができる。 また、本発明の固定化酵素をその製造面からみ
れば、一般にイオン交換性基又は官能基を有する
単量体を含む単量体組成物を乳化共重合させて、
表面に高密度にこれらイオン交換性基や官能基を
有する水分散性高分子重合体粒子を生成させるこ
とは困難であるが、本発明によれば、予め重合体
芯部を形成しておき、この上にイオン交換性基又
は官能基を有する単量体を含む単量体組成物を乳
化共重合させるので、安定な共重合によつて重合
体粒子を得ることができ、且つ、得られる水分散
性高分子重合体粒子は第2の単量体組成物のみを
乳化共重合させる場合と異なつて、表面に高密度
でこれらイオン交換性基又は官能基を有すること
となり、この結果、本発明の方法により得られる
水分散性高分子重合体粒子には高負荷量にて酵素
を固定化することができるのである。 以下に本発明の実施例を挙げるが、本発明はこ
れらの実施例により限定されるものではない。 実施例 1 メタクリル酸メチル80g及びアクリロニトリル
15gを蒸留水421gに加え、2,2′−アゾビス−
2−アミジノプロパン二塩酸塩0.3gを水10gに
溶解した重合開始剤水溶液を60℃の温度で窒素気
流下に加え、120rpmで撹拌しつつ4時間重合さ
せて、重合体芯部としての水分散性高分子重合体
粒子を得た。次いで、これに上記と同じ重合開始
剤0.03gを水10mlを溶解した重合開始剤水溶液を
加え、更に、メタクリル酸メチル5.5g、アクリ
ロニトリル5g、メタクリル酸3g及びトルエチ
レングリコールジメタクリレート0.5gの混合物
を1時間要して添加し、3時間反応させて、上記
芯部の上に官能基としてカルボキシル基を有する
重合体殻部を形成させた。このようにして得た重
合体粒子の水分散液は、固形分20%、重合体粒子
の平均粒径は0.45μであつた。平均粒径0.45μの重
合体粒子の水分散液を得た。重合は非常に安定に
行なわれて、凝集物は0.08%であつた。 この分散液を遠心分離し、上澄中のカルボキシ
ル基について定量したところ、仕込み量の0.9%
のカルボキシル基しか定量されず、水溶性重合の
生成は僅かであつた。 次に、上記重合体粒子を固形物20重量%になる
ように蒸留水に分散させて分散液50mlを得、1−
シクロヘキシル−3−(2−モルホリノエチル)
カルボジイミド−メト−p−トルエンスルホネー
ト2.5gを水30mlに溶解した水溶液を上記分散液
に加え、PHを塩酸で6.5に調整した。この後、α
−アミラーゼ500mgを水10mlに溶解させた酵素水
溶液を加え、5℃でPHを6.5に調整しつつ、24時
間放置して反応させ、α−アミラーゼを共有結合
にて重合体粒子に固定化した。次いで、遠心分離
し、沈降した重合体粒子を塩化ナトリウム、酢酸
ナトリウム及び酢酸カルシウムをそれぞれ0.1M、
0.02M及び0.001Mとなるように溶解したPH7.0と
緩衝液中に再分散させ、かくして、本発明による
固定化α−アミラーゼを得た。 この固定化酵素において、α−アミラーゼの固
定化量は重合体粒子1g当り40mgであり、また、
活性収率は45%であつた。 尚、活性収率とは、固定化された酵素の活性の
理論量に対する実際の活性の割合として定義され
る。ここでは、1%のデンプン水溶液を基質とし
て固定化酵素を35℃で10分間反応させ、ヨウ素デ
ンプン反応からデンプンの分解量を求めることに
より、固定化酵素の活性、即ち、デンプン分解速
度(mg/分)を得、これと等しい活性を有する遊
離の酵素量を酵素固定化量で除して求めた。 参考例 本参考例は、実施例1と同様にして単量体組成
物を段階的に共重合させた場合において、第1及
び第2の単量体組成を種々に変化させて共重合し
たときの凝集物及び重合後の分散液の上澄中のカ
ルボキシル基量を示す。結果を表に示す。 また、実験番号4の単量体組成を一括して共重
合させたとき、凝集物は7.3%、カルボキシル基
量は6%であつて、分散液中の重合体粒子はその
1g当りカルボキシル基を0.08ミリモル有してい
た。しかし、段階的に共重合した場合の重合体粒
子はその1g当りのカルボキシル基を0.35ミリモ
ル有していた。 実施例 2 実施例1で得たカルボキシル基を有する重合体
粒子をPH7.0のリン酸塩緩衝液50ml中に固形分20
重量%となるように分散させ、α−キモトリプシ
ン50mgを上と同じ緩衝液に溶解させた酵素水溶液
を上記重合体粒子分散液に加え、5℃で24時間放
置した後、遠心分離した。沈降した重合体粒子を
緩衝液にて洗滌して未固定のα−キモトリプシン
を除去し、再び緩衝液に分散させて、本発明によ
る共有結合固定化α−キモトリプシンを得た。 この固定化酵素のα−キモトリプシンの固定化
The present invention relates to an immobilized enzyme and a method for producing the same. Enzyme reactions are partially carried out industrially in the manufacturing process of pharmaceuticals, foods, etc., but conventionally the enzyme is dissolved in an aqueous solution of a substrate and the reaction is carried out in this aqueous solution. However, with this method, it is extremely difficult to maintain constant reaction conditions, replenish fresh enzyme, and separate the product and enzyme without deactivating the enzyme after the reaction. and enzymes are consumed uneconomically. Moreover, since the reaction is a batch process, productivity is poor. In order to solve these problems, it has already been proposed to immobilize an enzyme on a water-insoluble carrier and react the immobilized enzyme with a substrate. A typical example of such an enzyme immobilization method is known as a carrier binding method in which an enzyme is bound to a water-insoluble carrier by covalent bonding, ionic bonding, or physical adsorption. However, the carriers conventionally used in this method are usually cellulose, dextran,
Immobilized enzymes, which are particles of 1 mm to several mm in diameter made of polysaccharide derivatives such as agarose, polyacrylamide gel, porous glass, etc., are usually packed into columns, and the enzymes are immobilized on such particles. Since the substrate is immobilized and brought into contact with the substrate solution, if the substrate has a high molecular weight, it is difficult to diffuse onto the surface of the immobilized enzyme, resulting in a problem that the reaction takes a long time and the reaction yield is low. The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and is capable of moving freely in the reaction system in the same way as free enzymes, so that diffusion of the substrate to the surface of the immobilized enzyme is hardly a problem. An object of the present invention is to provide a method for producing an active immobilized enzyme.
In particular, the present invention aims to immobilize enzymes at a high loading amount on water-dispersible polymer particles having a high density of ion exchange groups or functional groups, and to immobilize enzymes that maintain high enzyme activity over a long period of time. The purpose of the present invention is to provide a chemical enzyme and a method for producing the same. The immobilized enzyme according to the present invention has a polymer core of 50 to 98% by weight consisting of the polymer of the first ethylenic monomer composition, and an ethylenic monomer having an ion exchange group or a functional group. 2 to 50% by weight of a polymer shell made of a polymer of the second monomer composition containing The immobilized enzyme is characterized in that the enzyme is immobilized, and the immobilized enzyme is obtained by emulsion copolymerizing the first ethylenic monomer composition in an aqueous medium to obtain a water-dispersible polymeric polymer according to the present invention. After forming a polymer core consisting of coalesced particles, a second monomer composition containing an ethylenic monomer having an ion exchange group or a functional group in the presence of this polymer core in an aqueous medium. is emulsion copolymerized to form water-dispersible polymer particles having a polymer shell on the polymer core, and then the polymer particles are treated with the ion exchange group or functional group via the ion exchange group or functional group. It is produced by immobilizing the enzyme. In the present invention, first, the first monomer composition is emulsion copolymerized in an aqueous medium to form a polymer core made of water-dispersible polymer particles. The polymer core obtained here must not melt and soften at the temperature at which the enzymatic reaction is carried out, generally from 5 to 90°C, and therefore the glass transition temperature of the obtained polymer particles must be at least The monomer composition is selected so that the temperature is 0°C, preferably 5°C or higher. Therefore, in the present invention, as the first monomer composition, styrene, methylstyrene, vinyltoluene, vinyl chloride, acrylic ester, methacrylic ester, especially alkyl ester having 1 to 4 carbon atoms, acrylonitrile, methacrylic ester, etc. Nitrile, vinyl acetate, vinyl propionate,
One or more of butadiene, isoprene, acrylamide, methacrylamide, etc. can be used. As is well known, even if a monomer forms a homopolymer with a glass transition point of 0°C or lower, by copolymerizing it with other monomers, the glass transition point of the resulting copolymer will change. Therefore, there is no problem in using ethyl acrylate, butyl acrylate, etc., which provide a homopolymer having a glass transition point of 0° C. or lower, as a monomer component. For example, the glass transition point of a homopolymer of ethyl acrylate is -22°C, but by copolymerizing methyl methacrylate and ethyl acrylate, whose homopolymer glass transition point is 105°C,
Usually, copolymers having a glass transition point of about 30°C can be obtained. In the present invention, the first monomer composition is 1 to 80
Preferably it contains % by weight of acrylonitrile and/or methacrylonitrile. By the presence of this monomer, even without using an emulsifier,
This is because the stability of polymerization is ensured, and the dispersibility of the obtained water-dispersible polymer particles is also improved. In particular, the first monomer composition preferred in the present invention includes (a) 1 to 80% by weight of acrylonitrile and/or methacrylonitrile, preferably 5 to 75% by weight, particularly preferably 10 to 60% by weight, ( b) Polyfunctional internal crosslinking monomer 0-10% by weight, preferably 0.1-10% by weight
15% by weight, particularly preferably 0.5-10% by weight, and
(c) 20 to 99% by weight, preferably 25 to 99% by weight of at least one monomer selected from acrylic acid alkyl ester, methacrylic acid alkyl ester and styrene
It consists of 95% by weight, particularly preferably from 40 to 90% by weight. By using such a monomer composition, polymerization can be carried out very stably even in the absence of an emulsifier, and the production of undesirable by-products such as water-soluble polymers can be suppressed. Incidentally, the polyfunctional internal crosslinking monomer is useful for increasing the stability of polymerization, as will be described later, and specific examples thereof will be described later. The emulsion copolymerization of the first monomer composition described above is carried out in an aqueous medium, and as a polymerization initiator, for example,
2,2′-azobisisobutyramidium hydrochloride,
2,2'-azobiscyanovaleric acid, persulfate, etc. are used. The water-dispersible polymer particles obtained in this way constitute the core of the water-dispersible polymer particles used as a carrier in the present invention, and usually have an average particle size in the range of 0.03 to 1.5μ. be.
In the present invention, it is preferable to carry out emulsion copolymerization without using an emulsifier, and as described above, copolymerization can be carried out without using an emulsifier. If the obtained water-dispersible polymer particles contain an emulsifier, the enzyme may be deactivated during enzyme immobilization, and the immobilized enzyme may be easily detached, causing harmful effects. This is because they tend to have an influence.
However, it is of course possible to carry out emulsion copolymerization in the presence of an emulsifier if the emulsifier does not have such a harmful effect. Next, in the present invention, in the presence of the polymer particles forming the polymer core obtained above in an aqueous medium, a second monomer containing a monomer having an ion exchange group or a functional group is added. The composition is emulsion copolymerized to form a polymer shell on a polymer core made of the first monomer composition. In this case as well, it is preferable not to use an emulsifier, as mentioned above. In the present invention, even when a monomer having a side chain that can be converted into the above-mentioned functional group by a chemical reaction after copolymerization is used as a component of the monomer composition, the monomer having the functional group It shall be included when copolymerizing a polymer. In the present invention, an ion-exchangeable group refers to an organic group through which an enzyme can be immobilized through an ionic bond, and a functional group refers to an organic group through which an enzyme can be immobilized through a covalent bond. Therefore, depending on the organic group, it may be both an ion exchange group and a functional group. Examples of the ion exchange group include acidic groups such as sulfonic acid groups, carboxyl groups, and phosphoric acid groups, and basic groups such as tertiary amino groups and quaternary amino groups. Specific examples of monomers having such ion exchange groups include monomers having sulfonic acid groups such as styrene sulfonic acid and sulfopropyl methacrylate, and monomers having carboxyl groups such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid. Monomers with phosphoric acid groups such as acid phosphoxyethyl methacrylate, 3-chloro-2-acid phosphoxyethyl methacrylate, dimethylaminoethyl methacrylate, dimethylaminopropyl methacrylamide, etc. Examples include monomers having a tertiary amino group, monomers having a quaternary amino group such as methacrylamide propyltrimethylammonium chloride, and methacryloyloxyethyltrimethylammonium chloride. In addition, as a functional group, a carboxyl group, a primary
Examples include a class amino group, a hydrazide group, and a glycidyl group. Specific examples of monomers having such functional groups include monomers having a carboxyl group such as acrylic acid, methacrylic acid, and itaconic acid, and monomers having a hydroxyl group such as hydroxyethyl acrylate and hydroxyethyl methacrylate. , a monomer having a glycidyl group such as glycidyl methacrylate. In addition, monomers having an amide group such as acrylamide and monomers having a methyl ester group such as methyl acrylate and methyl methacrylate can be used in an aqueous medium in the presence of polymer particles forming the polymer core. emulsion copolymerize a second monomer composition containing each of these compounds to form a copolymer having these as a polymer shell on the polymer core, and then By subjecting the amide group in this copolymer to Hoffmann decomposition, and by allowing hydrazine to act on the methyl ester group, a polymer shell consisting of a copolymer having an amide group or hydrazide group as a functional group was obtained. can be formed. Alternatively, the second monomer composition contains a monomer having an ester group such as an acrylic ester, and this is copolymerized in the presence of the polymer core, and then,
By hydrolyzing this ester group, a polymer shell made of a copolymer having a carboxyl group as a functional group can also be formed. In the second monomer composition, monomers with ion-exchangeable groups or functional groups are often water-soluble, and therefore emulsion polymerization alone will result in undesirable water-soluble polymers. Sometimes. Therefore, in the present invention, the second monomer composition contains 1 to 70% by weight of the above monomer having an ion exchange group or functional group, and 1 to 80% by weight of acrylonitrile and/or methacrylonitrile. It is preferable to emulsion copolymerize a monomer composition containing 0 to 20% by weight of a polyfunctional internal crosslinking monomer, and 20 to 98% by weight of a monomer copolymerizable with these monomers. In this case as well, it is necessary that the formed polymer shell does not melt and soften at the temperature at which the enzyme reaction is carried out, and therefore the glass transition temperature of the formed polymer shell should be at least 0°C, preferably The temperature is selected to be 5°C or higher. Examples of the copolymerizable monomer include the above-mentioned styrene, methylstyrene, vinyltoluene, vinyl chloride, acrylic ester, methacrylic ester, especially alkyl ester having 1 to 4 carbon atoms, acrylonitrile, methacrylonitrile, vinyl acetate, One or more of vinyl propionate, butadiene, isoprene, acrylamide, methacrylamide, etc. are preferably used, and in particular, C1-C4 alkyl esters of acrylic acid and methacrylic acid and styrene are preferably used. Therefore, particularly preferred in the present invention, the second monomer composition preferably contains (a) 1 to 70% by weight, preferably 5 to 65% by weight, particularly preferably 5 to 65% by weight of a monomer having an ion-exchangeable group or a functional group. (b) acrylonitrile and/or methacrylonitrile 1 to 80% by weight, preferably 5 to 75% by weight, particularly preferably
10~60% by weight, (c) 0~polyfunctional internal crosslinking monomer
20% by weight, preferably 0.1-15% by weight, particularly preferably 0.5-10% by weight, and (d) 20-98% by weight of at least one monomer selected from acrylic esters, methacrylic esters and styrene; It preferably comprises 25 to 95% by weight, particularly preferably 40 to 80% by weight. By emulsion copolymerizing such a monomer composition, the formation of a homopolymer made of a monomer having an ion exchange group or a functional group is suppressed, and the polymerization is particularly stable, and the resulting product is The water-dispersible polymer particles also have excellent dispersion stability, and furthermore, when an enzyme is immobilized thereon, detachment of the enzyme can be suppressed. The above internal crosslinking polyfunctional monomer is preferably poly(meth)acrylate of polyhydric alcohol, specifically, ethylene glycol dimethacrylate, diethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate,
Dipropylene glycol dimethacrylate, 1,
3-butylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, tetramethylolmethanetetraacrylate, etc. are used. Divinylbenzene is also preferably used. Generally, monomers having ion exchange groups or functional groups are hydrophilic, so if they are emulsion polymerized alone, the polymerization becomes unstable and there are many side effects such as undesirable water-soluble polymers. It is difficult to obtain polymer particles with good dispersibility. In particular, when a water-soluble polymer is produced, a part of it is adsorbed and remains on the water-insoluble polymer particles.
When an enzyme is immobilized using this as a carrier, the enzyme is also immobilized on this water-soluble polymer. With such an immobilized enzyme in which the enzyme is immobilized on a carrier containing a water-soluble polymer, the enzyme is eluted into the substrate solution together with the water-soluble polymer during the enzymatic reaction, and the enzyme activity decreases over time. In addition, the eluted enzyme will be mixed with the substrate and reaction products, resulting in various inconveniences such as the need to separate them after the reaction. However, according to the present invention, monomers having ion-exchangeable or functional groups are combined with acrylonitrile and/or in the presence of a previously prepared polymer core.
Alternatively, by emulsion copolymerization with methacrylonitrile, preferably with a polyfunctional internal crosslinking monomer, stability of the polymerization is ensured even in the absence of an emulsifier, and undesirable water-soluble polymers are eliminated. The formation is suppressed, and these monomer compositions can be stably copolymerized on the polymer core,
In this way, water-dispersible polymer particles having a high density of ionic groups or functional groups on the surface can be obtained. The reason why such a result is obtained is not necessarily clear, but during emulsion copolymerization of the second monomer composition, the polymer core made of the first monomer composition is already used as a polymerization site. For polyfunctional internal crosslinking with acrylonitrile and/or methacrylonitrile, a water-soluble low molecular weight polymer mainly composed of a monomer having an ionic group or a functional group generated in the initial stage of polymerization. The monomers are effectively copolymerized to make them insoluble in water, and their affinity with the core polymer particles improves, allowing them to be smoothly grafted onto the surface of the core polymer particles, thus stabilizing the polymerization. Therefore, in the present invention, the second monomer composition preferably contains acrylonitrile and/or methacrylonitrile and a polyfunctional internal crosslinking monomer, as described above. In addition, by emulsion copolymerizing the second monomer composition as described above on the polymer core to form a polymer shell, it is possible to form a polymer shell with ion-exchangeable groups or functional groups useful for immobilizing the enzyme. The groups can be formed at high density on the surface of water-dispersible polymer particles, and thus, according to the present invention, enzymes can be immobilized at high loadings. Furthermore, in the present invention, in the water-dispersible polymer particles obtained as described above, the polymer core portion is 50 to 98% by weight, and the polymer shell portion is 2 to 98% by weight.
It is necessary to sequentially emulsion copolymerize the first and second monomer compositions so that the total concentration is 50% by weight. When the shell portion is less than 2% by weight in the polymer particle, the amount of ion exchange groups or functional groups of the copolymer that the polymer particle has as the polymer shell portion on its surface is reduced, and the enzyme that can be immobilized is reduced. This is because the amount of immobilized enzyme is limited, making it difficult to obtain an immobilized enzyme with high enzymatic activity. On the other hand, when it exceeds 50% by weight, the ion-exchangeable groups and functional groups are hydrophilic, so the second monomer composition is Even if copolymerization is carried out, in addition to forming a shell, a water-soluble polymer is produced only from the second monomer composition, causing the above-mentioned disadvantages, and furthermore, the stability of the polymerization is affected. This is because the dispersibility of polymer particles may also be impaired. The water-dispersed polymer particles used in the present invention have an average particle diameter of 0.05μ to 2μ, preferably
It is 0.1μ to 1μ. If the particle size is too small, it will be difficult to recover the immobilized enzyme used as a carrier after dispersing it in water and performing an enzyme reaction. On the other hand, if the particle size is too large, the particle surface area per unit volume will be As the size of the enzyme decreases, the amount of enzyme immobilized decreases.
This is not preferred because it becomes difficult to disperse in water. The method of immobilizing the enzyme to the ion exchange group of the water-dispersible polymer particles as described above through ionic bonding, or the method of immobilizing the enzyme to the functional group via this, is not particularly limited. Known methods are employed as appropriate. For example, in order to immobilize an enzyme on water-dispersible polymer particles having an ion-exchange group through ionic bonding, a dispersion of polymer particles can be prepared under appropriate conditions such as temperature and pH that will not cause deactivation of the enzyme. and the enzyme solution may be mixed. For example, the pH during the reaction is the isoelectric point of the enzyme,
Although it is appropriately selected depending on the type of ion exchange group, etc., 5 to 8 is generally preferable. Thereafter, if necessary, unimmobilized enzymes are removed by appropriate means such as centrifugation or membrane separation, thereby obtaining the immobilized enzyme of the present invention. Furthermore, the method of immobilizing the enzyme on the water-dispersible polymer particles having a functional group is not particularly limited, and any conventionally known method may be employed as appropriate. As such a method, depending on the type of functional group,
Examples include, but are not limited to, the diazo method, the carbodiimide method, the cyanogen bromide method, and the azide method. For example, in order to covalently immobilize an enzyme on water-dispersible polymer particles having hydroxyl groups, the hydroxyl groups are epoxidized with epichlorohydrin, and then the amino groups of the enzyme are reacted with the epoxy groups. Enzymes can be attached to polymer particles by forming amide groups. This epoxidation is carried out under conventionally known conditions, for example, using epichlorohydrin in an amount of 1 to 10 times the equivalent of the hydroxyl groups of the water-dispersible polymer particles, in an alkaline aqueous solution at room temperature. React with. Immobilization of the enzyme onto this epoxy group is also carried out under conventional and common conditions. In addition, one method of immobilizing enzymes on carboxyl groups is to use water-soluble carbodiimide.
The amino group of the enzyme and the carboxyl group on the surface of the water-dispersible polymer particles can be directly bonded by forming an amide bond. Examples of water-soluble carbodiimide include 1-ethyl-3
-(3-dimethylaminopropyl)carbodiimide hydrochloride, 1-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl)carbodiimide-meth-p-toluenesulfonate, and the like. Enzyme immobilization using water-soluble carbodiimide is carried out under conventionally known conventional conditions. Mix the enzyme, keep the temperature around 5℃, and the pH 4.5~
6.0 and react overnight. In addition, in the present invention, when the enzyme is immobilized by covalent bonds through the functional groups of the polymer particles, if necessary, hexamethylene diamine, dodecamethylene diamine, glycylglycylglycine, etc. are added to the polymer particles. Enzymes can be bound via spacer groups to increase the degree of freedom of immobilized enzymes on polymer particles. After the enzyme is immobilized on the polymer particles as described above, if the reaction reagent used and the unimmobilized enzyme are removed by appropriate means such as centrifugation or membrane separation, the present invention can be achieved. Obtain immobilized enzyme. The immobilized enzyme according to the invention is used as an aqueous dispersion and contacted with the substrate. The amount of immobilized enzyme to be used is appropriately determined depending on the particle size of the immobilized enzyme, the amount of immobilized enzyme, the required reaction rate, substrate concentration, etc. The enzyme immobilized in the present invention may be an intracellular enzyme or an extracellular enzyme. Furthermore, the enzyme does not necessarily have to be highly purified, and extracts and partially purified products can also be used. Furthermore, in accordance with the present invention, a single enzyme may be immobilized, or multiple enzymes may be immobilized simultaneously. In the present invention, the enzyme is not particularly limited, and various enzymes can be used. Specific examples include amino acid oxidase, catalase, xanthine oxidase, glucose oxidase, glucose-6-
oxidoreductases such as phosphate dehydrogenase, glutamate dehydrogenase, cytochrome C oxidase, tyrosinase, lactate dehydrogenase, peroxidase, 6-phosphogluconate dehydrogenase, malate dehydrogenase;
Aspartate acetyltransferase, aspartate aminotransferase, glycine aminotransferase, glutamate-oxaloacetate aminotransferase, glutamate-pyruvate aminotransferase, creatine phosphokinase, histamine methyltransferase, pyruvate Kinases, fructokinase, hexokinase, δ-lysine acetyltransferase, transferases such as leucine aminopeptidase, asparaginase, acetylcholinesterase, aminoacylase, amylase, arginase, L-arginine deiminase, invertase, urease, uricase, urokinase, Esterase, β-galactosidase, kallikrein, chymotrypsin, trypsin, thrombin, oringinase, nucleotidase, papain, hyauronidase, plasmin, pectinase, hesperidinase, pepsin, penicillinase, peniciliamidase, phospholipase, phosphatase, lactase, lipase, ribonuclease, rennin, etc. hydrolase, aspartate decarboxylase,
alpartase, citrate lyase, glutamate decarboxylase, histidine ammonia lyase, phenylalanine ammonia lyase,
Lyases such as fumarase, fumarate hydratase, malate synthetase, isomerases such as alanine racemase, glycose isomerase, glycose phosphate isomerase, glutamate racemase, lactate racemase, methionine racemase, asparagine synthase, glutathione synthase, pyruvate synthase. Examples include ligases such as As described above, in the immobilized enzyme of the present invention, water-dispersible polymer particles as a water-insoluble carrier form a polymer shell having ion exchange groups or functional groups densely formed on a polymer core. A section is formed. Therefore, unlike the case of using conventional cellulose derivative particles as a carrier, the enzyme is immobilized at a high loading amount, and the immobilized enzyme itself can move freely within the reaction system like a free enzyme. The diffusion of the substrate has little effect on the reaction, and therefore, even in the case of a high molecular weight substrate, the enzymatic reaction can be carried out at a high reaction rate similar to that of free enzyme. Moreover, since the immobilized enzyme of the present invention is immobilized on a water-insoluble carrier, it can be easily processed by centrifugation, salting out, coagulation precipitation using a flocculant, membrane separation using a porous membrane, etc. after the enzyme reaction. It can be recovered and thus used repeatedly while retaining high enzymatic activity over a long period of time. In addition, from the viewpoint of manufacturing the immobilized enzyme of the present invention, generally, a monomer composition containing a monomer having an ion exchange group or a functional group is emulsion copolymerized,
Although it is difficult to produce water-dispersible polymer particles having these ion exchange groups and functional groups on the surface at high density, according to the present invention, a polymer core is formed in advance, Since a monomer composition containing a monomer having an ion exchange group or a functional group is emulsion copolymerized thereon, polymer particles can be obtained by stable copolymerization, and the resulting water Unlike the case where only the second monomer composition is emulsion copolymerized, the dispersible polymer particles have these ion exchange groups or functional groups at a high density on the surface, and as a result, the present invention Enzyme can be immobilized at a high loading amount on the water-dispersible polymer particles obtained by the above method. Examples of the present invention are listed below, but the present invention is not limited to these Examples. Example 1 80g of methyl methacrylate and acrylonitrile
Add 15g to 421g of distilled water and add 2,2'-azobis-
A polymerization initiator aqueous solution prepared by dissolving 0.3 g of 2-amidinopropane dihydrochloride in 10 g of water was added under a nitrogen stream at a temperature of 60°C, and polymerized for 4 hours while stirring at 120 rpm to obtain a water dispersion as a polymer core. Polymer particles with high molecular weight were obtained. Next, an aqueous polymerization initiator solution containing 0.03 g of the same polymerization initiator as above dissolved in 10 ml of water was added thereto, and a mixture of 5.5 g of methyl methacrylate, 5 g of acrylonitrile, 3 g of methacrylic acid, and 0.5 g of toluethylene glycol dimethacrylate was added. It took 1 hour to add and react for 3 hours to form a polymer shell having a carboxyl group as a functional group on the core. The aqueous dispersion of polymer particles thus obtained had a solid content of 20% and an average particle size of the polymer particles of 0.45μ. An aqueous dispersion of polymer particles with an average particle size of 0.45μ was obtained. The polymerization was very stable, with 0.08% agglomerates. This dispersion was centrifuged and the carboxyl groups in the supernatant were quantified and found to be 0.9% of the charged amount.
Only the carboxyl groups in the sample were quantified, and the formation of water-soluble polymerization was minimal. Next, the above polymer particles were dispersed in distilled water to a solid content of 20% by weight to obtain 50 ml of a dispersion liquid.
Cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl)
An aqueous solution of 2.5 g of carbodiimide-meth-p-toluenesulfonate dissolved in 30 ml of water was added to the above dispersion, and the pH was adjusted to 6.5 with hydrochloric acid. After this, α
- An enzyme aqueous solution prepared by dissolving 500 mg of amylase in 10 ml of water was added, and while the pH was adjusted to 6.5 at 5° C., the mixture was left to react for 24 hours, thereby immobilizing α-amylase on the polymer particles through covalent bonds. Next, the precipitated polymer particles were centrifuged and treated with 0.1M each of sodium chloride, sodium acetate, and calcium acetate.
The immobilized α-amylase according to the present invention was thus obtained by redispersing it in a buffer solution with pH 7.0 dissolved at 0.02M and 0.001M. In this immobilized enzyme, the amount of α-amylase immobilized is 40 mg per 1 g of polymer particles, and
The activity yield was 45%. Incidentally, the activity yield is defined as the ratio of the actual activity to the theoretical amount of the activity of the immobilized enzyme. Here, the activity of the immobilized enzyme, that is, the starch decomposition rate (mg/ The amount of free enzyme having the same activity was divided by the amount of immobilized enzyme. Reference example This reference example shows the case where the monomer composition was copolymerized stepwise in the same manner as in Example 1, and when the first and second monomer compositions were variously changed and copolymerized. The amounts of carboxyl groups in the aggregates and the supernatant of the dispersion after polymerization are shown. The results are shown in the table. Furthermore, when the monomer composition of Experiment No. 4 was copolymerized all at once, the amount of aggregates was 7.3%, the amount of carboxyl groups was 6%, and the polymer particles in the dispersion contained carboxyl groups per gram. It had 0.08 mmol. However, in the case of stepwise copolymerization, the polymer particles had 0.35 mmol of carboxyl groups per gram. Example 2 The carboxyl group-containing polymer particles obtained in Example 1 were dissolved in 50 ml of a phosphate buffer solution with a solid content of 20 ml.
An enzyme aqueous solution prepared by dissolving 50 mg of α-chymotrypsin in the same buffer as above was added to the above polymer particle dispersion, left at 5° C. for 24 hours, and then centrifuged. The precipitated polymer particles were washed with a buffer solution to remove unimmobilized α-chymotrypsin, and then dispersed in the buffer solution again to obtain covalently immobilized α-chymotrypsin according to the present invention. Immobilization of this immobilized enzyme α-chymotrypsin

【表】【table】

【表】 ールジメタクリレートを表わす。
量は、重合体粒子1g当り4.0mgであり、活性収
率は90%であつた。ここに、活性収率は、0.05m
MのN−アセチル−L−チロシンエチルエステル
を基質として30℃で固定化酵素を反応させ、アル
カリ滴定によりカルボキシル基の生成速度(μモ
ル/分)から求めた。 実施例 3 実施例1と同じ重合体芯を実施例1と同様にし
て形成した後、これを含む水分散液に第2の単量
体組成として、ジメチルアミノエチルメタクリレ
ート4g、アクリロニトリル4g、アクリル酸エ
チル5.5g及びトリエチレングリコールジメタク
リレート0.5gを添加した以外は、実施例1と全
く同様にして重合体殻部を形成させ、固形分20
%、平均粒径0.3μの重合体粒子の水分散液を得
た。 遠心分離により沈降した重合体粒子を0.1Mリ
ン酸塩緩衝液(PH7.0)100mlに固形分10重量%と
なるように分散させ、これにウレアーゼ500mgを
加え、5℃で24時間撹拌して、ウレアーゼをイオ
ン結合にて重合体粒子に固定化した。この後、遠
心分離し、沈降した重合体粒子を上と同じ緩衝液
で洗滌して、未固定のウレアーゼを除去し、再び
同じ緩衝液に分散させて、本発明による固定化ウ
レアーゼを得た。 この固定化酵素におけるウレアーゼの固定化量
は、重合体粒子1g当り45mgであり、活性収率は
95%であつた。活性収率は、0.03Mの尿素水溶液
を基質とし、35℃で10分間固定化酵素を反応さ
せ、生成したアンモニア量(μモル/分)を塩酸
滴定で求めて活性を測定し、これと等しい活性を
有する遊離の酵素量を酵素固定化量で除して求め
た。
[Table] Represents dimethacrylate.
The amount was 4.0 mg per gram of polymer particles, and the activity yield was 90%. Here, the activity yield is 0.05m
The immobilized enzyme was reacted at 30°C using N-acetyl-L-tyrosine ethyl ester of M as a substrate, and the rate of carboxyl group production (μmol/min) was determined by alkaline titration. Example 3 After forming the same polymer core as in Example 1 in the same manner as in Example 1, an aqueous dispersion containing the same was added with 4 g of dimethylaminoethyl methacrylate, 4 g of acrylonitrile, and acrylic acid as a second monomer composition. A polymer shell was formed in the same manner as in Example 1 except that 5.5 g of ethyl and 0.5 g of triethylene glycol dimethacrylate were added, and the solid content was 20
%, an aqueous dispersion of polymer particles with an average particle size of 0.3 μm was obtained. The polymer particles precipitated by centrifugation were dispersed in 100 ml of 0.1 M phosphate buffer (PH7.0) to a solid content of 10% by weight, and 500 mg of urease was added thereto, followed by stirring at 5°C for 24 hours. , urease was immobilized on polymer particles by ionic bonding. Thereafter, the precipitated polymer particles were centrifuged and washed with the same buffer as above to remove unimmobilized urease, and then dispersed again in the same buffer to obtain immobilized urease according to the present invention. The amount of urease immobilized in this immobilized enzyme was 45 mg per 1 g of polymer particles, and the activity yield was
It was 95%. The activity yield is determined by reacting the immobilized enzyme at 35°C for 10 minutes using a 0.03M urea aqueous solution as a substrate, and measuring the activity by determining the amount of ammonia produced (μmol/min) by hydrochloric acid titration. It was determined by dividing the amount of active free enzyme by the amount of immobilized enzyme.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 第1のエチレン性単量体組成物の重合体から
なる50〜98重量%の重合体芯部と、イオン交換性
基又は官能基を有するエチレン性単量体を含む第
2の単量体組成物の重合体からなる2〜50重量%
の重合体殻部とより構成される水分散性高分子重
合体粒子に、上記イオン交換性基又は官能基を介
して酵素が固定化されていることを特徴とする固
定化酵素。 2 第1の単量体組成物が(a)アクリロニトリル及
び/又はメタクリロニトリル1〜80重量%、(b)多
官能性内部架橋用単量体0〜20重量%、及び(c)ア
クリル酸アルキルエステル、メタクリル酸アルキ
ルエステル及びスチレンから選ばれる少なくとも
1種の単量体20〜99重量%とからなることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の固定化酵素。 3 第2の単量体組成物が(a)イオン交換性基又は
官能基を有する単量体1〜70重量%、(b)アクリロ
ニトリル及び/又はメタクリロニトリル1〜80重
量%、(c)多官能性内部架橋用単量体0〜20重量
%、及び(d)アクリル酸アルキルエステル、メタク
リル酸アルキルエステル及びスチレンから選ばれ
る少なくとも1種の単量体20〜98重量%とからな
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
固定化酵素。 4 第2のエチレン性単量体組成物における官能
基が第1級アミノ基、水酸基、グリシジル基及び
カルボキシル基から選ばれる少なくとも1種であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
固定化酵素。 5 第2のエチレン性単量体組成物におけるイオ
ン交換性基がカルボキシル基、スルホン酸基及び
リン酸から選ばれる少なくとも1種の酸性基であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
固定化酵素。 6 第2のエチレン性単量体組成物におけるイオ
ン性基が第3級アミノ基及び第4級アミノ基、リ
ン酸から選ばれる少なくとも1種の塩基性基であ
ることを特徴とする特許請求の範囲第1項記載の
固定化酵素。 7 水分散性高分子重合体粒子が0.05〜2μの平均
粒径を有することを特徴とする特許請求の範囲第
1項記載の固定化酵素。 8 第1のエチレン性単量体組成物を水媒体中で
乳化共重合させて水分散性高分子重合体粒子から
なる重合体芯部を形成した後、水媒体中でこの重
合体芯部の存在下にイオン交換性基又は官能基を
有するエチレン性単量体を含む第2の単量体組成
物を乳化共重合させて、上記重合体芯部の上に重
合体殻部を有する水分散性高分子重合体粒子を形
成させ、次いで、この重合体粒子に上記イオン交
換性基又は官能基を介して酵素を固定化すること
を特徴とする固定化酵素の製造方法。 9 第1の単量体組成物が(a)アクリロニトリル及
び/又はメタクリロニトリル1〜80重量%、(b)多
官能性内部架橋用単量体0〜20重量%、及び(c)ア
クリル酸アルキルエステル、メタクリル酸アルキ
ルエステル及びスチレンから選ばれる少なくとも
1種の単量体20〜99重量%とからなることを特徴
とする特許請求の範囲第8項記載の固定化酵素の
製造方法。 10 第2の単量体組成物が(a)イオン交換性基又
は官能基を有する単量体1〜70重量%、(b)アクリ
ロニトリル及び/又はメタクリロニトリル1〜80
重量%、(c)多官能性内部架橋用単量体0〜20重量
%、及び(d)アクリル酸アルキルエステル、メタク
リル酸アルキルエステル及びスチレンから選ばれ
る少なくとも1種の単量体20〜98重量%とからな
ることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の
固定化酵素の製造方法。 11 第2のエチレン性単量体組成物における官
能基が第1級アミノ基、水酸基、グリシジル基及
びカルボキシル基から選ばれる少なくとも1種で
あることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載
の固定化酵素の製造方法。 12 第2のエチレン性単量体組成物におけるイ
オン交換性基がカルボキシル基、スルホン酸基及
びリン酸から選ばれる少なくとも1種の酸性基で
あることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載
の固定化酵素の製造方法。 13 第2のエチレン性単量体組成物におけるイ
オン性基が第3級アミノ基及び第4級アミノ基、
リン酸から選ばれる少なくとも1種の塩基性基で
あることを特徴とする特許請求の範囲第8項記載
の固定化酵素の製造方法。 14 水分散性高分子重合体粒子が0.05〜2μの平
均粒径を有することを特徴とする特許請求の範囲
第8項記載の固定化酵素の製造方法。
[Scope of Claims] 1. Contains a 50 to 98% by weight polymer core made of the polymer of the first ethylenic monomer composition and an ethylenic monomer having an ion exchange group or a functional group. 2-50% by weight of the polymer of the second monomer composition
1. An immobilized enzyme, characterized in that the enzyme is immobilized on water-dispersible polymer particles comprising a polymer shell portion and the above-mentioned ion exchange group or functional group. 2 The first monomer composition contains (a) 1 to 80% by weight of acrylonitrile and/or methacrylonitrile, (b) 0 to 20% by weight of a polyfunctional internal crosslinking monomer, and (c) acrylic acid. The immobilized enzyme according to claim 1, comprising 20 to 99% by weight of at least one monomer selected from alkyl esters, alkyl methacrylates, and styrene. 3 The second monomer composition includes (a) 1 to 70% by weight of a monomer having an ion exchange group or a functional group, (b) 1 to 80% by weight of acrylonitrile and/or methacrylonitrile, (c) 0 to 20% by weight of a polyfunctional internal crosslinking monomer, and (d) 20 to 98% by weight of at least one monomer selected from acrylic acid alkyl ester, methacrylic acid alkyl ester, and styrene. An immobilized enzyme according to claim 1, characterized in: 4. The functional group according to claim 1, wherein the functional group in the second ethylenic monomer composition is at least one selected from a primary amino group, a hydroxyl group, a glycidyl group, and a carboxyl group. Immobilized enzyme. 5. Claim 1, wherein the ion exchange group in the second ethylenic monomer composition is at least one acidic group selected from a carboxyl group, a sulfonic acid group, and a phosphoric acid group. immobilized enzyme. 6. A patent claim characterized in that the ionic group in the second ethylenic monomer composition is at least one basic group selected from a tertiary amino group, a quaternary amino group, and phosphoric acid. The immobilized enzyme according to scope 1. 7. The immobilized enzyme according to claim 1, wherein the water-dispersible polymer particles have an average particle size of 0.05 to 2μ. 8 After emulsion copolymerizing the first ethylenic monomer composition in an aqueous medium to form a polymer core made of water-dispersible polymer particles, the polymer core is copolymerized in an aqueous medium. A second monomer composition containing an ethylenic monomer having an ion-exchangeable group or a functional group in the presence thereof is emulsion copolymerized to form an aqueous dispersion having a polymer shell on the polymer core. 1. A method for producing an immobilized enzyme, which comprises forming polymer particles, and then immobilizing the enzyme on the polymer particles via the ion exchange group or functional group. 9 The first monomer composition contains (a) 1 to 80% by weight of acrylonitrile and/or methacrylonitrile, (b) 0 to 20% by weight of a polyfunctional internal crosslinking monomer, and (c) acrylic acid. 9. The method for producing an immobilized enzyme according to claim 8, comprising 20 to 99% by weight of at least one monomer selected from alkyl esters, alkyl methacrylates, and styrene. 10 The second monomer composition contains (a) 1 to 70% by weight of a monomer having an ion exchange group or a functional group, (b) 1 to 80% by weight of acrylonitrile and/or methacrylonitrile.
(c) 0 to 20 weight % of a polyfunctional internal crosslinking monomer, and (d) 20 to 98 weight % of at least one monomer selected from acrylic acid alkyl ester, methacrylic acid alkyl ester, and styrene. %. 9. The method for producing an immobilized enzyme according to claim 8. 11. The functional group according to claim 8, wherein the functional group in the second ethylenic monomer composition is at least one selected from a primary amino group, a hydroxyl group, a glycidyl group, and a carboxyl group. Method for producing immobilized enzyme. 12 Claim 8, wherein the ion exchange group in the second ethylenic monomer composition is at least one acidic group selected from carboxyl group, sulfonic acid group, and phosphoric acid group. A method for producing an immobilized enzyme. 13 The ionic group in the second ethylenic monomer composition is a tertiary amino group and a quaternary amino group,
9. The method for producing an immobilized enzyme according to claim 8, wherein the basic group is at least one kind selected from phosphoric acid. 14. The method for producing an immobilized enzyme according to claim 8, wherein the water-dispersible polymer particles have an average particle size of 0.05 to 2μ.
JP15775982A 1982-09-10 1982-09-10 Immobilized enzyme and its preparation Granted JPS5948079A (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15775982A JPS5948079A (en) 1982-09-10 1982-09-10 Immobilized enzyme and its preparation

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
JP15775982A JPS5948079A (en) 1982-09-10 1982-09-10 Immobilized enzyme and its preparation

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS5948079A JPS5948079A (en) 1984-03-19
JPH0361421B2 true JPH0361421B2 (en) 1991-09-19

Family

ID=15656704

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP15775982A Granted JPS5948079A (en) 1982-09-10 1982-09-10 Immobilized enzyme and its preparation

Country Status (1)

Country Link
JP (1) JPS5948079A (en)

Also Published As

Publication number Publication date
JPS5948079A (en) 1984-03-19

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US4478976A (en) Water-insoluble protein material, its preparation and its use
US3915797A (en) Immobilized enzymes
JPH0416156B2 (en)
US4525457A (en) Method of immobilizing enzymatically active materials
JPH0361421B2 (en)
JPS6153036B2 (en)
JPS5945357B2 (en) immobilized enzyme
JPH0229312B2 (en)
JPH03236777A (en) Immobilization of enzyme
JPH0314433B2 (en)
JPH0314432B2 (en)
JPH0314428B2 (en)
JPS6012034B2 (en) Method for producing immobilized enzyme
JPS5945883A (en) Immobilized enzyme and its preparation
JPH0314429B2 (en)
JPH0314430B2 (en)
JPS5945884A (en) Immobilized enzyme and its preparation
JPS6012033B2 (en) immobilized enzyme
JPS5944038B2 (en) immobilized enzyme
JPS5914789A (en) Immobilized enzyme and its preparation
JPS58149682A (en) Immobilized enzyme
JPS5945885A (en) Immobilized enzyme and its preparation
CA1271439A (en) Immobilized enzyme having reversible solubility
JPS58152486A (en) Method for enzymic reaction
JPS6251105B2 (en)