JPH05993B2 - - Google Patents

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JPH05993B2
JPH05993B2 JP9957884A JP9957884A JPH05993B2 JP H05993 B2 JPH05993 B2 JP H05993B2 JP 9957884 A JP9957884 A JP 9957884A JP 9957884 A JP9957884 A JP 9957884A JP H05993 B2 JPH05993 B2 JP H05993B2
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JP
Japan
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enzyme
carbamoyl
buffer
solution
reaction
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JP9957884A
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Japanese (ja)
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Hiroyuki Kitagawa
Teruzo Myoshi
Masaaki Kato
Masahisa Ikemi
Hiroshi Oomine
Susumu Chiba
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Denka Co Ltd
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Denki Kagaku Kogyo KK
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Publication date
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Description

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

〔産業上の利用分野〕 本発明は、新規なヒダントイナーゼに関する。
更に詳しくは、5−置換ヒダントインを開裂加水
分解してN−カルバモイル−L−アミノ酸を生成
する活性を有する新規ヒダントイナーゼに関す
る。 〔従来の技術〕 従来、5−置換ヒダントインに作用するヒダン
トイナーゼとしては、各種動物の肝臓や腎臓、豆
科植物や微生物に存在し、ジヒドロウラシルまた
はジヒドロチミンを開裂加水分解して、それぞれ
N−カルバモイル−β−アラニンまたはN−カル
バモイル−β−アミノ−イソ酪酸に変換するとと
もに、5−置換ヒダントイン類にも作用し、立体
特異的に開裂加水分解して、光学活性N−カルバ
モイル−D−アミノ酸類に変換する作用をも有す
るジヒドロピリミジナーゼ(EC3.5.2.2)が知ら
れている(特開昭53−136583)。 一方、5−置換ヒダントインからN−カルバモ
イル−L−アミノ酸を生成する酵素としてはL−
5−カルボキシメチルヒダントインからN−カル
バモイル−L−アスパラギン酸を生成するカルボ
キシメチルヒダントイナーゼ(EC3.5.2.4)が知
られている(酵素ハンドブツク朝倉書店1982年発
行、p597)。 5−置換ヒダントインからL−アミノ酸を生成
させる方法としては、特公昭42−13850号公報に
は各種微生物の菌体又は培養液、破砕液を用い
て、L−アミノ酸を生成させる方法、特公昭45−
8633号公報にはL−リジンを製造する方法、さら
に特公昭54−2274号公報及び特公昭54−8749号公
報にはフラボバクテリムアミノゲネスを作用させ
て、5−置換ヒダントインからL−フエニルアラ
ニン及びL−トリプトフアンを製造する方法が開
示されている。本発明者らも、5置換ヒダントイ
ンに、アリスロバクター属DK−200菌株を作用
させて、L−アミノ酸を製造する方法をすでに提
案した(特願昭59−70906号明細書)。これらの方
法は医薬、化学工業用原料、食品添加物として有
用なL−アミノ酸の製造に極めて有効であり、実
用効果が期待される。 〔発明が解決しようとする問題点〕 しかしながら、これらのL−アミノ酸の製造法
において、5−置換ヒダントインを開裂加水分解
する酵素については、明らかにされていない。こ
のような酵素が入手できれば有用なL−アミノ酸
の製造が経済的に行なえ、工業的利用価値は大き
い、そこで、本発明者らは、5−置換ヒダントイ
ンから、相当するL−アミノ酸を生成する反応に
関与する微生物酵素について研究を行なつた結
果、アリスロバクター属の菌株が、5−置換ヒダ
ントインを開裂加水分解して、N−カルバモイル
−L−アミノ酸に変換する酵素を効率良く多量に
生産することを見い出し、本発明を完成するに到
つた。 〔問題点を解決するための手段〕 即ち本発明は、下記の理化学的性質を有し、且
つ5−置換ヒダントインを開裂加水分解してN−
カルバモイル−L−アミノ酸を生成する活性を有
する新規ヒダントイナーゼである。 基質特異性;5−カルボキシメチルヒダントイ
ンに作用しない。 至適PH;5−置換ヒダントインからの加水分解
反応PH8.0〜9.0 N−カルバモイル−アミノ酸からの逆反応
PH5.0〜7.0 安定PH範囲;PH5.0〜10.0 作用適温の範囲;30〜40℃ 温度安定性の範囲;35℃までは安定 阻害剤、金属イオンの影響;p−クロロマーキ
ユリベンゾエイト(PCMB)、エチレンジ
アミノテトラ酢酸によつて阻害される。コ
バルトイオン、マンガンイオン、亜鉛イオ
ンによつて活性が促進される、コバルトイ
オンは熱安定性を向上させる。 以下本発明をさらに詳細に説明する。 先ず、本酵素の理化学的性質を以下に記載す
る。 (1) 作用及び基質特異性 本酵素は、5−置換ヒダントインのL体及びD
体の開裂加水分解をし、それぞれ相当するN−カ
ルバモイル−L−アミノ酸及びN−カルバモイル
−D−アミノ酸に変換する。5−置換ヒダントイ
ンのうち、置換基に芳香環を有する5−ベンジル
ヒダントインや5−インドリルメチルヒダントイ
ン等にとくによく作用する。 しかしながら、5−カルボキシメチルヒダント
イン(DL−アスパラギン酸ヒダントイン)やDL
−グルタミン酸ヒダントイン及びヒダントインに
は作用しない。従つて、公知のカルボキシメチル
ヒダントイナーゼとは異なる新規のヒダントイナ
ーゼである。 またジヒドロウラシルやジヒドロチミンには、
ほとんど作用せず、ジヒドロピリミジナーゼとは
異なる。 (2) 至適PH 至適PHは緩衝液としてアンモニア緩
衝液(0.05Mアンモニア水−塩化アンモニウム
緩衝液、PH8.0〜10.0)を用い、5−ベンジル
ヒダントインを基質とし、温度35℃で30分間反
応させ、生成したN−カルバモイル−DL−フ
エニルアラニンを測定した場合、PH8.0−9.0で
ある。また緩衝液として、酢酸緩衝液(0.05M
酢酸−酢酸ナトリウム緩衝液、PH4.0−5.5)と
リン酸緩衝液(0.05Mリン酸−カリウム−リン
酸二ナトリウム緩衝液PH5.5〜8.0)を用い、N
−カルバモイル−L−フエニルアラニン又はN
−カルバモイル−D−フエニルアラニンを基質
として、5−ベンジルヒダントイン生成を測定
した場合の至適PH5.0〜7.0である。本酵素は、
N−カルバモイル−L−アミノ酸及びN−カル
バモイル−D−アミノ酸から5−置換ヒダント
インを生成する反応即ち逆反応作用を有する。 (3) 力価の測定法 5−ベンジルヒダントイン
2.5mgを含有し、PH8.0に調整した0.02Mトリス
−塩酸バツフアー0.8mlに、10mM塩化コバル
ト0.1ml、酵素液0.1mlを加え、35℃で30分反応
を行わせる。30分後に0.1Nの塩酸1mlを加え
て反応を停止する。本反応を薄層プレートにス
ポツトし、n−ブタノール:酢酸:水=4:
1:1の展開溶媒で展開する。乾燥後、10%p
−ジメチルアミノベンズアルデヒドのアセトン
溶液(1.5N塩酸含有)で発色させ、デンシト
メトリーにより、N−カルバモイルフエニルア
ラニンの生成量を定量する。毎分1.0μモルのN
−カルバモイルフエニルアラニンを生成させる
ヒダントイナーゼの量を1単位とし、試料のヒ
ダントイナーゼ力価を算出する。 (4) 安定PHの範囲 緩衝液として、酢酸緩衝液
(0.05M酢酸−酢酸ナトリウムPH4.0〜5.5)、リ
ン酸緩衝液(0.05Mリン酸−カリウム−リン酸
=ナトリウム緩衝液PH5.5〜8.0)、アンモニア
緩衝液(0.05Mアンモニア水−塩化アンモニウ
ム緩衝液PH8.0〜10.0)、ホウ酸緩衝液(0.05M
ホウ酸−ホウ酸ナトリウムPH9.5〜11.5)を用
いて、酵素液を各PHで、35℃、30分インキユベ
ート後、残存力価を測定することによつて求め
た安定PH範囲は、5.0〜10.0である。 (5) 作用適温の範囲 PH8.0で10〜30分間作用さ
せた場合、30〜40℃の範囲が最適である。 (6) PH、温度等による失活の条件 PH4.0以下及
びPH11以上で35℃、30分インキユベートする
と、完全に失活する。PH8.0において60℃で20
分間熱処理することにより完全に失活する。 (7) 阻害、活性化及び安定化 ○イ 阻害 阻害剤無添加時の酵素活性値を100とし、それ
ぞれ、塩化ニツケル、塩化銅、ヨード酢酸、
PCMB、エチレンジアミンテトラ酢酸、窒化ナ
トリウム、ヒドロキシルアミン塩酸を添加し、PH
8.0、温度30℃、30分間反応した場合の残存活性
を表に示す。なお、本活性測定においてコバルト
イオンは添加していない。
[Industrial Application Field] The present invention relates to a novel hydantoinase.
More specifically, the present invention relates to a novel hydantoinase having the activity of cleaving and hydrolyzing a 5-substituted hydantoin to produce an N-carbamoyl-L-amino acid. [Prior art] Hydantoinase that acts on 5-substituted hydantoins is present in livers and kidneys of various animals, leguminous plants, and microorganisms, and cleaves and hydrolyzes dihydrouracil or dihydrothymine to produce N-carbamoyl, respectively. - Converts to β-alanine or N-carbamoyl-β-amino-isobutyric acid, and also acts on 5-substituted hydantoins, stereospecifically cleaves and hydrolyzes them, resulting in optically active N-carbamoyl-D-amino acids. Dihydropyrimidinase (EC3.5.2.2) which also has the action of converting to On the other hand, L-
Carboxymethylhydantoinase (EC3.5.2.4) that generates N-carbamoyl-L-aspartic acid from 5-carboxymethylhydantoin is known (Enzyme Handbook, Asakura Shoten, 1982, p. 597). As a method for producing L-amino acids from 5-substituted hydantoin, Japanese Patent Publication No. 42-13850 describes a method for producing L-amino acids using bacterial cells, culture fluids, and disrupted fluids of various microorganisms. −
No. 8633 describes a method for producing L-lysine, and Japanese Patent Publication No. 54-2274 and Japanese Patent Publication No. 54-8749 disclose a method for producing L-lysine from 5-substituted hydantoin by the action of Flavobacterium aminogenes. A method for producing alanine and L-tryptophan is disclosed. The present inventors have also proposed a method for producing L-amino acids by reacting Arylobacter strain DK-200 with a 5-substituted hydantoin (Japanese Patent Application No. 70906/1982). These methods are extremely effective in producing L-amino acids useful as medicines, raw materials for the chemical industry, and food additives, and are expected to have practical effects. [Problems to be Solved by the Invention] However, in these L-amino acid production methods, the enzyme that cleaves and hydrolyzes the 5-substituted hydantoin has not been clarified. If such an enzyme is available, useful L-amino acids can be produced economically and have great industrial value. Therefore, the present inventors developed a reaction to produce the corresponding L-amino acid from a 5-substituted hydantoin. As a result of research on microbial enzymes involved in This discovery led to the completion of the present invention. [Means for Solving the Problems] That is, the present invention has the following physical and chemical properties, and cleaves and hydrolyzes 5-substituted hydantoin to produce N-
It is a novel hydantoinase with the activity of producing carbamoyl-L-amino acids. Substrate specificity: Does not act on 5-carboxymethylhydantoin. Optimum pH: Hydrolysis reaction from 5-substituted hydantoin PH8.0-9.0 Reverse reaction from N-carbamoyl-amino acid
PH5.0 to 7.0 Stable PH range; PH5.0 to 10.0 Suitable temperature range for action; 30 to 40℃ Temperature stability range; Up to 35℃, influence of stability inhibitors and metal ions; p-chloromercury benzoate ( PCMB), which is inhibited by ethylenediaminotetraacetic acid. The activity is promoted by cobalt ions, manganese ions, and zinc ions, and cobalt ions improve thermal stability. The present invention will be explained in more detail below. First, the physicochemical properties of this enzyme will be described below. (1) Action and substrate specificity This enzyme is a 5-substituted hydantoin in L form and D form.
The amino acids undergo cleavage hydrolysis and are converted into the corresponding N-carbamoyl-L-amino acids and N-carbamoyl-D-amino acids, respectively. Among 5-substituted hydantoins, it acts particularly well on 5-benzylhydantoin, 5-indolylmethylhydantoin, etc., which have an aromatic ring as a substituent. However, 5-carboxymethylhydantoin (DL-aspartate hydantoin) and DL
- Does not act on glutamate hydantoin and hydantoin. Therefore, it is a novel hydantoinase different from known carboxymethyl hydantoinases. Also, dihydrouracil and dihydrothymine,
It has little effect and is different from dihydropyrimidinase. (2) Optimal PH The optimal PH is determined by using ammonia buffer (0.05M aqueous ammonia-ammonium chloride buffer, PH8.0-10.0) as a buffer solution, using 5-benzylhydantoin as a substrate, and at a temperature of 35°C for 30 minutes. When the N-carbamoyl-DL-phenylalanine produced by the reaction is measured, the pH is 8.0-9.0. In addition, acetic acid buffer (0.05M
N
-carbamoyl-L-phenylalanine or N
The optimum pH is 5.0 to 7.0 when 5-benzylhydantoin production is measured using -carbamoyl-D-phenylalanine as a substrate. This enzyme is
It has a reaction to produce 5-substituted hydantoin from N-carbamoyl-L-amino acid and N-carbamoyl-D-amino acid, that is, it has a reverse reaction action. (3) Measurement method of potency 5-benzylhydantoin
To 0.8 ml of 0.02M Tris-HCl buffer containing 2.5 mg and adjusted to pH 8.0, 0.1 ml of 10 mM cobalt chloride and 0.1 ml of enzyme solution are added, and the reaction is carried out at 35°C for 30 minutes. After 30 minutes, 1 ml of 0.1N hydrochloric acid is added to stop the reaction. This reaction was spotted on a thin layer plate, and n-butanol:acetic acid:water=4:
Develop with a 1:1 developing solvent. After drying, 10% p
- Color is developed with an acetone solution of dimethylaminobenzaldehyde (containing 1.5N hydrochloric acid), and the amount of N-carbamoylphenylalanine produced is determined by densitometry. 1.0 μmol N per minute
- The amount of hydantoinase that produces carbamoylphenylalanine is taken as one unit, and the hydantoinase titer of the sample is calculated. (4) Stable PH range As buffer solutions, acetate buffer (0.05M acetic acid-sodium acetate PH4.0-5.5), phosphate buffer (0.05M phosphate-potassium-sodium phosphate buffer PH5.5-5.5) 8.0), ammonia buffer (0.05M aqueous ammonia-ammonium chloride buffer PH8.0-10.0), borate buffer (0.05M
The stable PH range was determined by measuring the residual titer after incubating the enzyme solution at 35℃ for 30 minutes at each pH using boric acid-sodium borate (PH9.5-11.5). It is 10.0. (5) Range of suitable temperature for action When allowed to work for 10 to 30 minutes at pH 8.0, the optimum temperature range is 30 to 40°C. (6) Conditions for inactivation due to PH, temperature, etc. Incubation at 35°C for 30 minutes at PH4.0 or below and PH11 or above completely inactivates. 20 at 60℃ at PH8.0
It is completely inactivated by heat treatment for a minute. (7) Inhibition, activation and stabilization ○a Inhibition The enzyme activity value without the addition of inhibitor is 100, and the enzyme activity value is 100, respectively.
Add PCMB, ethylenediaminetetraacetic acid, sodium nitride, hydroxylamine hydrochloric acid, and PH
8.0, the residual activity after reaction at 30°C for 30 minutes is shown in the table. Note that cobalt ions were not added in this activity measurement.

【表】 表より、明らかな如く、PCMBの他に、エチ
レンジアミンテトラ酢酸により、本酵素は顕著に
阻害され、金属酵素と考えられる。 ○ロ 活性化 本酵素は、0.1〜10mMのコバルトイオン、マ
ンガンイオン、亜鉛イオン、マグネシウムイオ
ン、鉄イオンのような金属イオンの存在下で反応
させると、無添加の場合に比べ、活性が促進され
る。 ○ハ 安定化 本酵素は、0.1〜10mMのコバルトイオンが共
存すると熱安定性が向上し、40℃で1時間、PH8
でインキユベートすると、無添加の酵素の残存活
性は30〜40%となるが、1mMコバルトイオン共
存下では活性低下は見られない。 (8) 精製方法 培養物を遠心分離して湿潤菌体を集菌し、この
菌体を0.02Mトリス−塩酸緩衝液(PH8.0、塩化
マンガン1mM含有)に懸濁し、超音波処理によ
り、菌体を破砕し、遠心分離にて固形分を除き、
粗酵素液を得る。 次いで、その粗酵素液に、3%プロタミン硫酸
水溶液(PH7.0)を加え、生じた沈澱を遠心分離
で除き、次いでこの上清液に硫酸アンモニウムを
0.30飽和になるまで加え、生じた沈澱を遠心分離
で除く。得られた上清液に更に硫酸アンモニウム
を0.60飽和になるまで加え、生じた沈澱を分離し
て、0.02Mトリス−塩酸緩衝液(PH8.0、塩化マ
ンガン1mM含有)に溶解し、この溶液を同緩衝
液で24時間透析する。 以上のようにして得た硫安分画を、上記緩衝液
で平衡化した蛋白精製用陰イオン交換樹脂カラム
(MONO Qフアマシア製)による液体クロマト
グラフイーにかけ、酵素をカラムに吸着させる。
次いで、塩化ナトリウム濃度を0〜1Mに直線的
に増加させた上記緩衝液を流して、流出液をフラ
クシヨンコレクターで分画し、活性区分を集め
る。 次いでその活性区分を、0.05Mトリス塩酸緩衝
液(0.2M塩化ナトリウム、1mM塩化マンガン含
有)で平衡化したゲルろ過用カラム(G3000SW
×2東洋曹達工業社製)にかけ、同組成の緩衝液
で溶出し、活性区分を集める。この活性区分を再
度、ゲルろ過用カラムにかけて、クロマトグラフ
イーを行い、活性区分を精製標品とする。 (9) 分子量 本酵素の分子量は高速液体クロマトグラフイー
(G3000SW×2東洋曹達工業社製)によるゲルろ
過法で測定した結果、約20万であり、エチレンジ
アミンテトラ酢酸処置して後測定すると、約10万
である。これらの分子量の異なる酵素は、分子量
の異なること以外は、その理化学的性質において
同様である。 (10) 等電点 MONOP(フアマシア製)を用い
た、クロマトフオーカシング法により測定した
結果4〜4.5であつた。 本酵素は、以上の性質から新規ヒダントイナー
ゼと認められ、本酵素の性質を活用すれば、極め
て有用なN−カルバモイル−L−アミノ酸製造が
可能となる。 次に本酵素を製造するための具体的手段を以下
に述べる。本酵素を製造する方法としては如何な
る方法でも良く、例えば以下の方法が挙げられ
る。 先ず、本酵素を製造するにあたり使用される菌
としては、アリスロバクター属に属し、上記ヒダ
ントイナーゼ生産能を有する菌であれば如何なる
菌でもよく、またこれらの菌の変種もしくは変異
株でも良い。そして、アリマロバクター属に属
し、新規ヒダントイナーゼ生産能を有する菌の具
体例として、例えばアリスロバクター属
(Arthro−bacter SP)DK−200が挙げられる。 上記アリスロバクターDK−200は本発明者ら
が、土壌中より新たに検索して得た菌株で、その
菌学的性質は、以下に示す通りである。 アリスロバクターDK−200の菌学的性質 (a) 形態的顕微鏡的観察 (1)細胞の形及び大きさ:0.3〜0.5μ×0.8〜
5.0μmの桿菌である。 (2)細胞の多形性の有無:多形性が認められる (3)運動の有無:運動性なし(鞭毛は認められな
い。) (4)胞子の有無:なし (5)グラム染色:陰性〜弱陽性だがグラム陽性粒
子を有する (6)抗酸性:陰性 (b) 各培地での生育状態 (1)肉汁寒天平板培養:コロニーの形状は円形
で、隆起は凸状であり、周辺は全縁状であ
り、コロニーの色は淡白色である。 (2)肉汁寒天斜面培養:適度の生育状態で糸状の
生育を示す。光沢がある (3)肉汁液体培養:混濁の程度は均一で、液面で
の生育は特になし。沈澱がある (4)肉汁ゼラチン穿刺培養:液化する。 (5)リトマスミルク培養:中性で液体しない。 (c) 生理的性質 (1)硝酸塩の還元:還元しない。 (2)脱窒反応:陽性 (3)MRテスト:陰性 (4)VPテスト:陰性 (5)インドールの生成:生成しない。 (6)硫化水素の生成:生成しない。 (7)デンプン加水分解:加水分解しない。 (8)クエン酸の利用:両方とも利用しない。 (Kosevの培地及びChristensenの培地使用 (9)無機窒素源の利用:利用する。(硝酸塩及び
アンモニウム塩) (10)色素の生成:生成しない (11)ウレアーゼ:陰性 (12)オキシダーゼ:陰性 (13)カタラーゼ:陽性 (14)酸素に対する態度:好気性 (15)生育の範囲:温度:17.8〜33.2℃ PH:5〜10 (16)O−Fテスト:酸化 (17)糖類からの酸及びガスの生成の有無:
[Table] As is clear from the table, this enzyme is significantly inhibited by ethylenediaminetetraacetic acid in addition to PCMB, and is considered to be a metalloenzyme. ○B Activation When this enzyme is reacted in the presence of 0.1 to 10mM of metal ions such as cobalt ions, manganese ions, zinc ions, magnesium ions, and iron ions, the activity is promoted compared to when no additives are used. Ru. ○C Stabilization The thermostability of this enzyme improves when 0.1-10mM cobalt ions coexist,
When incubated with 1mM cobalt ion, the residual activity of the enzyme without additives is 30-40%, but no decrease in activity is observed in the presence of 1mM cobalt ion. (8) Purification method Centrifuging the culture to collect wet bacterial cells, suspending the bacterial cells in 0.02M Tris-HCl buffer (PH8.0, containing 1mM manganese chloride), and applying sonication to Crush the bacterial cells, remove solids by centrifugation,
Obtain crude enzyme solution. Next, 3% protamine sulfate aqueous solution (PH7.0) was added to the crude enzyme solution, the resulting precipitate was removed by centrifugation, and ammonium sulfate was added to the supernatant.
Add 0.30 to saturation, and remove the precipitate by centrifugation. Ammonium sulfate was further added to the obtained supernatant until the saturation reached 0.60, and the resulting precipitate was separated and dissolved in 0.02M Tris-HCl buffer (PH8.0, containing 1mM manganese chloride), and this solution was added to the same solution. Dialyze for 24 hours against buffer. The ammonium sulfate fraction obtained as described above is subjected to liquid chromatography using an anion exchange resin column for protein purification (MONO Q manufactured by Pharmacia) equilibrated with the above buffer solution, and the enzyme is adsorbed onto the column.
Then, the above-mentioned buffer solution with increasing sodium chloride concentration linearly from 0 to 1M is passed through the tube, and the effluent is fractionated with a fraction collector to collect the active fraction. The active fraction was then transferred to a gel filtration column (G3000SW) equilibrated with 0.05M Tris-HCl buffer (containing 0.2M sodium chloride, 1mM manganese chloride).
×2 manufactured by Toyo Soda Kogyo Co., Ltd.), elute with a buffer solution of the same composition, and collect the active fraction. This active fraction is applied to a gel filtration column again, chromatography is performed, and the active fraction is used as a purified sample. (9) Molecular weight The molecular weight of this enzyme was measured by gel filtration using high-performance liquid chromatography (G3000SW x 2 manufactured by Toyo Soda Kogyo Co., Ltd.) and was approximately 200,000, and when measured after treatment with ethylenediaminetetraacetic acid, it was approximately 200,000. It is 100,000. These enzymes with different molecular weights are similar in their physicochemical properties except for their different molecular weights. (10) Isoelectric point The result was 4 to 4.5 as measured by the chromatofocusing method using MONOP (manufactured by Famacia). This enzyme is recognized as a novel hydantoinase based on the above properties, and by utilizing the properties of this enzyme, it becomes possible to produce extremely useful N-carbamoyl-L-amino acids. Next, specific means for producing the present enzyme will be described below. Any method may be used to produce the present enzyme, including the following methods. First, the bacteria used to produce the present enzyme may be any bacteria that belongs to the genus Arylobacter and has the ability to produce the above-mentioned hydantoinase, or may be a variant or mutant strain of these bacteria. A specific example of a bacterium belonging to the genus Arimalobacter and having the ability to produce a novel hydantoinase includes, for example, Arthro-bacter SP DK-200. The above-mentioned Arylobacter DK-200 is a strain newly obtained by the present inventors from soil, and its mycological properties are as shown below. Mycological properties of Arylobacter DK-200 (a) Morphological microscopic observation (1) Cell shape and size: 0.3-0.5μ x 0.8-
It is a rod of 5.0 μm. (2) Presence or absence of cell pleomorphism: Pleomorphism is observed (3) Presence or absence of movement: No motility (flagellates are not observed) (4) Presence or absence of spores: None (5) Gram staining: Negative ~ Weakly positive but with Gram-positive particles (6) Acid-fast: Negative (b) Growth status in each medium (1) Broth agar plate culture: Colonies are circular in shape, the ridges are convex, and the periphery is entirely It is edge-shaped and the color of the colony is pale white. (2) Broth agar slant culture: shows filamentous growth under moderate growth conditions. Glossy (3) Meat juice liquid culture: The degree of turbidity is uniform, and there is no particular growth on the liquid surface. There is a precipitate (4) Meat juice gelatin puncture culture: Liquefies. (5) Litmus milk culture: Neutral and non-liquid. (c) Physiological properties (1) Reduction of nitrate: No reduction. (2) Denitrification reaction: Positive (3) MR test: Negative (4) VP test: Negative (5) Indole production: Not produced. (6) Generation of hydrogen sulfide: Not generated. (7) Starch hydrolysis: Not hydrolyzed. (8) Use of citric acid: Do not use either. (Using Kosev's medium and Christensen's medium (9) Utilization of inorganic nitrogen sources: Utilize (nitrates and ammonium salts) (10) Pigment production: No production (11) Urease: Negative (12) Oxidase: Negative (13 ) Catalase: Positive (14) Attitude towards oxygen: Aerobic (15) Growth range: Temperature: 17.8-33.2℃ PH: 5-10 (16) O-F test: Oxidation (17) Acids and gases from sugars Whether or not to generate:

〔実施例〕〔Example〕

以下実施例を挙げて、本発明を具体的に説明す
るが、本発明はこれらに限定されるものではな
い。 実施例 1 ヒダントイナーゼの製造例 ポリペプトン1.0g、酵母エキス1.0g、グルコ
ース1.0g、塩化ナトリウム1.0g、N−カルバモ
イルトリプトフアン0.2gを水道水に溶解し、こ
のPHを7.5に調整し、全量を200mlとしたもの500
mlの坂口フラスコに100mlずつ2本分注した。こ
の培地を温度120℃で15分間殺菌後、アリスロバ
クターDK−200(微工研菌与第7472号)を接種
し、温度30℃で20時間振盪培養(100s.p.mの往
復)した。 培養終了後培養液200mlを遠心分離して得られ
た菌体を生理食塩水で1回洗浄後、0.02Mトリス
−塩酸緩衝液(PH8.0、塩化マンガン1mM含有)
に懸濁し、液量を20mlにした。この菌体懸濁液を
10mlずつに分け、20K Hzの超音波破砕機で、そ
れぞれ3分間1回処理して、遠心分離し、固形分
を除去し、粗酵素液を得た。その粗酵素液を集め
て、上記トリス−塩酸緩衝液で30mlとした後、3
%プロタミン硫酸水溶液1mlを攪拌しながら加
え、30分間攪拌を続けた。遠心分離によつて沈殿
を除去し、上清液を得た。その上清液に、硫酸ア
ンモニウムを0.30飽和になるまで加え、生じた沈
殿を遠心分離で除く。得られた上清液に更に硫酸
アンモニウムを0.60飽和になるまで加え、遠心分
離により沈殿を得る。この沈殿を、0.02Mトリス
−塩酸緩衝液(PH8.0、塩化マンガン1mM含有)
に溶解し、この溶液を同緩衝液で24時間透析し、
10mlの酵素液を得た。 以上のようにして硫安分画液5mlを、0.02Mト
リス−塩酸緩衝液(PH8.0、塩化マンガン1mM含
有)で平衡化した蛋白精製用陰イオン交換樹脂カ
ラム(Mono Qフアマシア社製)に吸着させる。
次いで、高速液体クロマトグラフイーにより、そ
の緩衝液を用いて充分に洗浄し、食塩濃度を0〜
1.0Mまで連続的に上昇させる方法により溶出を
行ないフラクシヨンコレクターで分画し、活性区
分を得た。本高速液体クロマトグラフイーを2回
行なうことにより、10mlの硫安分画液からの陰イ
オン交換樹脂精製酵素液が得られた。この酵素液
に0.80飽和硫酸アンモニウムを加えて塩析し、濃
縮酵素液を2ml得た。 次いで、0.2M塩化ナトリウム、1mM塩化マン
ガンを含有した0.05Mトリス塩酸緩衝液で平衡化
したゲルろ過用カラム(G3000SW×2、東洋曹
達製)にかけ、高速液体クロマトグラフイーによ
り、同緩衝液で溶出し、活性区分を集めた。この
活性区分を再度、同じゲルろ過用カラムにかけ、
高速液体クロマトグラフイーにより集めた活性区
分を精製酵素液とした。本酵素液の蛋白濃度を、
プロテイン・アツセイ(バイオラツド社製)によ
り測定し、活性を測定したところ、比活性34.2単
位/mgであつた。 本発明のヒダントイナーゼの利用例 本酵素液0.5単位を用い、5−ベンジルヒダン
トイン2mg、0.02Mトリス−塩酸バツフアー(PH
8),1mM塩化コバルトを含む1mlの溶液中、35
℃、15時間反応させた。煮沸により反応を停止し
て後生成したN−カルバモイル−フエニルアラニ
ンを薄層クロマトグラフイーにより、n−ブタノ
ール:酢酸:水=4:1:1で展開し、p−ジメ
チルアミノベンズアルデヒド試薬で発色させ、デ
ンシトメトリーにより定量したところ、2.1mg/
mlのN−カルバモイルフエニルアラニンが生成し
ていた。この反応液にN−カルバモイル−L−ア
ミノ酸に特異的に反応してL−アミノ酸を生成す
るシユードモナスDK−910微工研菌寄第7473号
(FERM P−7473)の酵素を0.05Mトリス・塩酸
緩衝液(PH8.0)中、35℃、15時間反応させた。
生成したL−フエニルアラニンをラクトバチル
ス、アラビノザスATCC8014を用いるバイオアツ
セイ法により測定したところ、0.83mgのL−フエ
ニルアラニンが生成していた(モル収率49.8%対
N−カルバモイルフエニルアラニン)。 実施例 2 本発明ヒダントイナーゼの利用例 実施例1と同様にして得た酵素液を用い、5−
ベンジルヒダントインのかわりに、5−インドリ
ルメチルヒダントインを用いて、実施例1と同様
にして反応させた。生成したN−カルバモイル−
トリプトフアンを実施例1と同様にして薄層クロ
マトグラフイーにより定量したところ2.1mg/ml
のN−カルバモイルトリプトフアンが生成してい
た。この反応液に実施例1と同様にして、シユー
ドモナスDK−910微工研菌寄第7473号(FERM
P−7473)の酵素を反応させた。生成したL−ト
リプトフアンをバイオアツセイ法により、測定し
たところ、0.86mgのL−トリプトフアンが生成し
ていた(モル収率49.6%対N−カルバモイルトリ
プトフアン)。 〔発明の効果〕 有機合成化学的に製造される5−置換ヒダント
インから、本酵素によつて常温常圧の温和な条件
下で、効率よく、N−カルバモイル−L−アミノ
酸を製造することが可能である。さらに、本酵素
はN−カルバモイル−L−アミノ酸加水分解酵素
との併用もしくは逐次反応により医薬・食品添加
物等として有用なL−アミノ酸の製造に有効であ
る。
The present invention will be specifically described below with reference to Examples, but the present invention is not limited thereto. Example 1 Production example of hydantoinase 1.0 g of polypeptone, 1.0 g of yeast extract, 1.0 g of glucose, 1.0 g of sodium chloride, and 0.2 g of N-carbamoyl tryptophan were dissolved in tap water, the pH was adjusted to 7.5, and the total amount was dissolved. 200ml 500
The mixture was dispensed into two 100 ml Sakaguchi flasks. After sterilizing this medium at a temperature of 120°C for 15 minutes, it was inoculated with Arylobacter DK-200 (Feiko Kenboku Yo No. 7472) and cultured with shaking (100 s.pm back and forth) at a temperature of 30°C for 20 hours. After culturing, 200 ml of the culture solution was centrifuged, the resulting bacterial cells were washed once with physiological saline, and then added to 0.02M Tris-HCl buffer (PH8.0, containing 1mM manganese chloride).
The suspension was made into a liquid volume of 20 ml. This bacterial suspension
The mixture was divided into 10 ml portions, each treated once for 3 minutes using a 20K Hz ultrasonic crusher, and centrifuged to remove solids to obtain a crude enzyme solution. The crude enzyme solution was collected and made up to 30 ml with the above Tris-HCl buffer, and then
% protamine sulfate aqueous solution was added with stirring, and stirring was continued for 30 minutes. The precipitate was removed by centrifugation to obtain a supernatant. Add ammonium sulfate to the supernatant until the saturation is 0.30, and remove the resulting precipitate by centrifugation. Ammonium sulfate is further added to the obtained supernatant until the saturation is 0.60, and a precipitate is obtained by centrifugation. This precipitate was dissolved in 0.02M Tris-HCl buffer (PH8.0, containing 1mM manganese chloride).
This solution was dialyzed against the same buffer for 24 hours,
10 ml of enzyme solution was obtained. As described above, 5 ml of the ammonium sulfate fraction was adsorbed onto an anion exchange resin column for protein purification (manufactured by Mono Q Famacia) equilibrated with 0.02 M Tris-HCl buffer (PH 8.0, containing 1 mM manganese chloride). let
Next, by high-performance liquid chromatography, the buffer solution was used to thoroughly wash the solution, and the salt concentration was adjusted to 0 to 0.
Elution was performed by continuously increasing the concentration to 1.0M, and the active fraction was obtained by fractionation using a fraction collector. By performing this high performance liquid chromatography twice, an anion exchange resin purified enzyme solution was obtained from 10 ml of the ammonium sulfate fraction. This enzyme solution was salted out by adding 0.80 saturated ammonium sulfate to obtain 2 ml of concentrated enzyme solution. Next, it was applied to a gel filtration column (G3000SW x 2, manufactured by Toyo Soda) equilibrated with 0.05M Tris-HCl buffer containing 0.2M sodium chloride and 1mM manganese chloride, and eluted with the same buffer using high performance liquid chromatography. and collected the active categories. This active fraction was applied to the same gel filtration column again.
The active fraction collected by high performance liquid chromatography was used as a purified enzyme solution. The protein concentration of this enzyme solution is
When the activity was measured using a protein assay (manufactured by Bio-Rad), the specific activity was 34.2 units/mg. Example of using the hydantoinase of the present invention Using 0.5 units of the present enzyme solution, 2 mg of 5-benzylhydantoin, 0.02M Tris-HCl buffer (PH
8), 35 in 1 ml of solution containing 1mM cobalt chloride
℃ for 15 hours. After stopping the reaction by boiling, the generated N-carbamoyl-phenylalanine was developed by thin layer chromatography with n-butanol:acetic acid:water=4:1:1, and colored with p-dimethylaminobenzaldehyde reagent. When quantified by densitometry, it was found that 2.1mg/
ml of N-carbamoylphenylalanine was produced. The enzyme of Pseudomonas DK-910 FERM P-7473, which reacts specifically with N-carbamoyl-L-amino acids to produce L-amino acids, was added to this reaction solution in 0.05 M Tris/HCl. The reaction was carried out in a buffer solution (PH8.0) at 35°C for 15 hours.
When the produced L-phenylalanine was measured by a bioassay method using Lactobacillus arabinosus ATCC8014, 0.83 mg of L-phenylalanine was produced (molar yield 49.8% vs. N-carbamoylphenylalanine). Example 2 Example of using the hydantoinase of the present invention Using an enzyme solution obtained in the same manner as in Example 1, 5-
A reaction was carried out in the same manner as in Example 1 except that 5-indolylmethylhydantoin was used instead of benzylhydantoin. The generated N-carbamoyl-
Tryptophan was quantified by thin layer chromatography in the same manner as in Example 1 and found to be 2.1 mg/ml.
of N-carbamoyltryptophan was produced. This reaction solution was treated with Pseudomonas DK-910 (FERM Bacteria No. 7473) in the same manner as in Example 1.
P-7473) enzyme was reacted. When the produced L-tryptophan was measured by a bioassay method, 0.86 mg of L-tryptophan was produced (molar yield 49.6% vs. N-carbamoyltryptophan). [Effect of the invention] It is possible to efficiently produce N-carbamoyl-L-amino acids from 5-substituted hydantoin produced by organic synthetic chemistry using the present enzyme under mild conditions at room temperature and normal pressure. It is. Furthermore, this enzyme is effective in producing L-amino acids useful as pharmaceuticals, food additives, etc. by combination or sequential reaction with N-carbamoyl-L-amino acid hydrolase.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 下記の理化学的性質を有し且つ5−置換ヒダ
ントインを開裂加水分解してN−カルバモイル−
L−アミノ酸を生成する活性を有する新規ヒダン
トイナーゼ。 基質特異性;5−カルボキシメチルヒダントイ
ンに作用しない。 至適PH;5−置換ヒダントインからの加水分解
反応PH8.0〜9.0 N−カルバモイル−アミノ酸からの逆反応
PH5.0〜7.0 安定PH範囲;PH5.0〜10.0 作用適温の範囲;30〜40℃ 温度安定性の範囲;35℃までは安定 阻害剤、金属イオンの影響;p−クロロマーキ
ユリベンゾエイト、エチレンジアミンテト
ラ酢酸によつて阻害される、コバルトイオ
ン、マンガンイオン、亜鉛イオンによつて
活性が促進される、コバルトイオンは熱安
定性を向上させる。
[Scope of Claims] 1. N-carbamoyl-
A novel hydantoinase having the activity of producing L-amino acids. Substrate specificity: Does not act on 5-carboxymethylhydantoin. Optimum pH: Hydrolysis reaction from 5-substituted hydantoin PH8.0-9.0 Reverse reaction from N-carbamoyl-amino acid
PH5.0 to 7.0 Stable PH range; PH5.0 to 10.0 Suitable temperature range for action; 30 to 40℃ Temperature stability range; Up to 35℃, influence of stability inhibitors and metal ions; p-chloromercuryuribenzoate, Cobalt ion improves thermal stability, activity promoted by cobalt, manganese, and zinc ions, inhibited by ethylenediaminetetraacetic acid.
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DE69333528T2 (en) * 1992-06-30 2005-06-02 Smithkline Beecham P.L.C., Brentford D-N-CARBAMOYLAMINOQUEAMIDE HYDROLASE AND HYDANTOINASE

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