JPH0642836B2 - オリゴ糖の製造方法 - Google Patents

オリゴ糖の製造方法

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JPH0642836B2
JPH0642836B2 JP2268110A JP26811090A JPH0642836B2 JP H0642836 B2 JPH0642836 B2 JP H0642836B2 JP 2268110 A JP2268110 A JP 2268110A JP 26811090 A JP26811090 A JP 26811090A JP H0642836 B2 JPH0642836 B2 JP H0642836B2
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oligosaccharide
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哲夫 越島
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Japan Chemical Engineering and Machinery Co Ltd
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NIHON KAGAKU KIKAI SEIZOU KK
Japan Chemical Engineering and Machinery Co Ltd
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  • Saccharide Compounds (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) 本発明は、アスペルギルス・ニガーから生産されるβ−
グルコシダーゼを利用したオリゴ糖の製造方法に関し、
特に詳しくはアスペルギルス・ニガーの生産するβ−グ
ルコシダーゼの糖転移作用または糖縮合作用を利用し、
供与体に含まれるβ−グルコシル残基を受容体に転移ま
たは縮合させることによりオリゴ糖を製造する方法に関
する。
(従来の技術) オリゴ糖は、甘味料をはじめ医薬品,保水剤,安定化
剤,ビフィズス菌増殖因子,飼料,酵素活性測定用基質
および合成試薬等の用途に使用されている。さらに保健
剤,植物体賦活剤,植物組織化促進剤等としても用途が
広がっている。β−グルコシル残基を含むオリゴ糖の製
造方法としては、 (1)イミデート法、ケーニッヒ・クノール法等の有機
合成による方法、 (2)多糖を部分加水分解する方法、 (3)転移酵素の糖転移作用を利用する方法、 (4)加水分解酵素の縮合反応または転移反応を利用す
る方法、 が知られている。
(発明が解決しようとする課題) 前述したような従来の技術についてみれば、(1)の有
機合成法では、糖の水酸基を識別するために多段階の反
応ステップを必要とするため非効率的である。また、反
応の際ハロゲン化物を使用するため、合成されたオリゴ
糖の用途が限られる。
(2)の部分加水分解法では、製造できるオリゴ糖の構
造が出発物質の構造に依存することになるため適用範囲
が著しく狭い。また、部分加水分解の結果、重合度の異
なる多種のオリゴ糖が生ずるため反応後の分離精製が困
難である。
(3)の転移酵素を利用する方法では、グリコシル基供
与体が高価な上、工業的に利用できる有用酵素が発見さ
れていない等の問題点がある。
これらの方法に比べれば、(4)の加水分解酵素を利用
する方法は、 (i)保護基を用いなくてもよい、 (ii)合成できるオリゴ糖の構造が制限されない、 (iii)出発物質が安価である、 等の利点を有している。しかし、現在、この方法におい
ては、合成効率が高く、しかも反応の位置選択性に優れ
た有用酵素がほとんど知られておらず、β−グルコシド
基を持つオリゴ糖の生産は未だに工業化されていない。
例えば、アーモンドおよびペニシリウム・ファニカロサ
ム等のβ−グルコシダーゼを用いてグルコースを縮合さ
せる反応では、所望のグルコビオースが約30%の収率
で合成されるが、縮合の位置選択性が低いことからソフ
ァロース、ラミナリビオース、セロビオース、ゲンチオ
ビオース等の異性体混合物が共存合成される(Agri
c.Biol.Chem.,52,1345,198
8)といった問題点が残されている。
本発明は、加水分解酵素を利用する反応の実用性を高め
るために、合成効率と反応の位置選択性の双方に優れ、
さらに所望オリゴ糖についての生産性の高い酵素反応系
を提案することを目的とする。
(課題を解決するための手段) 本発明者達は前述したような目的を達成するため、β−
グルコシド結合を有する化合物に適用した場合に、縮合
または転移の位置選択性および合成効率が優れた加水分
解酵素とその反応を探索した。その結果、アスペルギル
ス・ニガーから生産されるβ−グルコシダーゼの高分子
画分を利用し、少糖類を受容体としてβ−グルコシル基
を含む供与体の縮合または転移反応を行うと高位置選択
率、高収率で非還元末端にβ−1.6グルコシド結合を有
するオリゴ糖が合成されるという知見を得た。
したがって本発明は、β結合を有する糖類を受容体と
し、β−グルコシド結合を有する化合物を供与体とする
糖合成反応を、アスペルギルス・ニガーから生産される
β−グルコシダーゼの高分子画分(分子量;230KD
a,作用;β−グルコシド結合を含む配糖体およびオリ
ゴ糖をエキソ型に切断し、糖転移活性も有り,基質特異
性;セロビオースの加水分解速度を100とするとき、
セロトリオース、セロテトラオース、ρ−ニトロフェニ
ル−β−グルコシドの加水分解速度が各96,91,6
8であってβ−キシロダーゼ活性、β−ガラクトシダー
ゼ活性等を有さない,至適pHおよび安定pH範囲;pH4.
5、pH4.5〜7.0)の存在のもとに行わせるとともに、前
記糖合成反応における反応液が水溶液に有機溶液を添加
したものであることを要旨とする。
(作用) 本発明の酵素反応の特質は、供与体中のβ−グルコシル
残基が受容体の非還元末端の一級水酸基に優先的に転移
することにある。この結果、β−グルコシル基がβ結合
をなす糖の非還元末端C−6位に転移し、受容体として
の糖類および供与体としてのβ−グルコシド結合を有す
る化合物により意図されるオリゴ糖が効率よく合成され
る。
(実施例) 次に本発明のオリゴ糖の製造方法につき具体的な実施例
を説明する。
アスペルギルス・ニガーから生産されるβ−グルコシダ
ーゼの存在下、受容体としてのβ結合を有する糖類、た
とえばセロビオースとβ−グルコシル基の供与体とを、
pH2〜12の溶液中で混和することによって4−O−ゲ
ンチオシルグルコースの合成が位置選択的に達成され
る。
β−グルコシル基の供与体としては、セロビオース,セ
ロトリオース,セロテトラオース,ゲンチオビオース,
ソファロース,ラミナリビオース等のβ−グルコシド結
合を少くとも一つ有する少糖類またはサリシン,フェニ
ル−β−グルコシド,p−ニトロフェニル−β−グルコ
シド,o−ニトロフェニル−β−グルコシド,オクチル
−β−グルコシド等の配糖体を用いることができる。
受容体としてはセロビオースが望ましいが、β−グルコ
ース,セロトリオース,セロテトラオース,セロペンタ
オース,セロヘキサオース等の単糖または少糖類が使用
できる。
アスペルギルス・ニガーから生産されるβ−グルコシダ
ーゼは糖結合作用をもつため、グルコースをβ−グルコ
シル基受容体および/または供与体の原料とすることも
できる。酵素は直接反応系に加えることもできるが、ア
クリル樹脂,メタクリル樹脂,セライト,アルミナ,デ
キストラン等の各種の担体に固定化後使用してもよる。
また、グルタルアルデヒド等で架橋した固定化酵素を使
用することもできる。
本発明の酵素反応は10〜70℃の温度範囲で進行する
が、20〜60℃の温度範囲で行うことが好ましい。ま
た、反応系が水溶液のみでは供与体のβ−グルコシド結
合が切れるだけであるが、有機溶液を添加すると、糖転
移作用が優先する。したがって、反応系にメタノール,
エタノール,イソプロピルアルコール,アセトニトリ
ル,ジメチルスルホキシド,N,N−ジメチルホルムア
ミド,アセトン等の有機溶液およびツイン21等の界面
活性剤を添加することが必要であり、これらの添加は反
応速度と生成物の組成を変化させることも可能とする。
本発明の反応系に使用するアスペルギルス・ニガーから
生産されるβ−グルコシダーゼは、次の手段により得ら
れる精製β−グルコシダーゼを用いた。
(a)アスペルギルス・ニガーから生産される菌体外粗
酵素をファルマシア社製セファーデックスG−75カラ
ムに通し高分子画分(G1)と低分子画分とに分離し
た。
(b)β−グルコシダーゼ活性を含む高分子画分(G
1)を、さらにカチオン変換クロマトグラフィーとクロ
マトフォーカシングで7種のβ−グルコシダーゼアイソ
ザイムに分離し、それぞれをアフィニティークロマトグ
ラフィーによって精製した。
なお、精製β−グルコシダーゼの分子量は230KDa
であり、作用としてはβ−グルコシド結合を含む配糖体
およびオリゴ糖をエキソ型に切断し、糖転移活性も有
し、また基質特異性としてはセロビオースの加水分解速
度を100とするときにセロトリオース、セロテトラオ
ース、ρ−ニトロフェニル−β−グルコシドの加水分解
速度が各96,91,68であってβ−キシロダーゼ活
性、β−ガラクトシダーゼ活性等は有さない。さらに、
至適pHおよび安定pH範囲はpH4.5、pH4.5〜7.0である。
−実施例1− 受容体としてセロビオース0.5g,供与体としてp−ニ
トロフェニル−β−グルコシド0.5gおよび精製β−グ
ルコシダーゼ(分子量230kDa)100μに酢酸
バッファ(pH4)1mとアセトニトリル1mとを加
え、40℃で5時間反応させた。反応済み液を100℃
で5分間熱沸した後室温まで冷却し、生成したオリゴ糖
をトヨパールHW−40Sカラムで精製し、3糖類27
0mgを得た。合成した3糖類をメチル化分析したとこ
ろ、2,3,4,6−テトラ−O−メチル−D−グルコ
ースと2,3,6−トリ−O−メチル−D−グルコース
と2,3,4−トリ−O−メチル−D−グルコースと
が、1:0.99:0.94の比で検出された。ジ−O−メチル
グルコースは検出されなかった。また、H−NMR分
析の結果では還元末端D−グルコースのα型アノメリッ
クプロトンが5.29ppm(J1、2=3.51Hz)、β型アノメリ
ックプロトンが4.73ppm(J1、2=7.91Hz)、非還元末端
と中間構成単位とのグルコシディクプロトンが4.62ppm
(J1、2=7.69Hz)と4.58ppm(J1、2=7.85Hz)とに検
出された。還元末端、非還元末端、中間構成単位のC−
1位プロトンの面積比は1:1:1であった。また、
13C−NMR分析では中間構成単位のC−6位のケミ
カルシフトがセロビオース非還元末端C−6より8.0ppm
低磁場シフトし、69.7ppmに検出された。以上の結果か
ら、本発明の糖合成反応生成物はO−β−D−グルコピ
ラノシル−(1→6)−O−β−D−グルコピラノシル
−(1→4)−D−グルコースであり、その構造は次の
構造式1に示すとおりである。
−実施例2− セロビオース1gと部分精製β−グルコシダーゼ(G
1)100μと、アセトニトリル1mおよび0.02M
酢酸バッファ(pH4)1mを加え、40℃で5時間反
応させた。反応済み液を100℃で5分間煮沸した後室
温まで冷却し、生成したオリゴ糖をトヨパールHW−4
0Sカラムで精製し、3糖類300mgを得た。合成して
得られた3糖類をメチル化分析したところ、2,3,
4,6−テトラ−O−メチル−D−グルコースと2,
3,6−トリ−O−メチル−D−グルコースと2,3,
4−トリ−O−メチル−D−グルコースと2,4,6−
トリ−O−メチル−D−グルコースとが、1:0.98:0.
92:0.06の比で検出された。ジ−O−メチルグルコース
は検出されなかった。
−実施例3− 精製β−グルコシダーゼ(分子量230kDa)をロー
ム・ファルマ社製オーパーギットに固定化した固定化酵
素100mgとセロトリオース1gとに酢酸バッファ(pH
4)1mとアセトニトリル1mとを加え、40℃で
5時間反応させた。反応済み液を濾過した後濾液に含ま
れるオリゴ糖をトヨパールHW−40Sカラムで精製
し、3糖類310mgを得た。合成して得られた3糖類を
メチル化分析したところ、2,3,4,6−テトラ−O
−メチル−D−グルコースと2,3,6−トリ−O−メ
チル−D−グルコースと2,3,4−トリ−O−メチル
−D−グルコースとが、1:0.97:0.91の比で検出され
た。ジ−O−メチルグルコースは検出されなかった。
−実施例4− β−グルコース0.3gとp−ニトロフェニル−β−グル
コシド1gと精製β−グルコシダーゼ(G1)100μ
とに、アセトニトリル1mおよび0.02M酢酸バッフ
ァ(pH4)1mを加え、50℃で3時間反応させた。
反応済み液を100℃で5分煮沸した後室温まで冷却
し、生成したオリゴ糖をトヨパールHW−40Sカラム
で精製し、3糖類110mgを得た。合成して得られた3
糖類をメチル化分析したところ、2,3,4,6−テト
ラ−O−メチル−D−グルコースと2,3,6−トリ−
O−メチル−D−グルコースと2,3,4−トリ−O−
メチル−D−グルコースと2,4,6−トリ−O−メチ
ル−D−グルコースとが、1:0.94:0.90:0.05の比で
検出された。ジ−O−メチルグルコースは検出されなか
った。
−実施例5− セロトリオース1gとp−ニトロフェニル−β−グルコ
シド1gと精製β−グルコシダーゼ(G1)100μ
とに、アセトニトリル1mおよび0.02M酢酸バッファ
(pH4)1mを加え、50℃で2時間反応させた。反
応済み液を100℃で5分間煮沸した後室温まで冷却
し、生成したオリゴ糖をトヨパールHW−40Sカラム
で精製し、3糖類410mgを得た。合成して得られた3
糖類をメチル化分析したところ、2,3,4,6−テト
ラ−O−メチル−D−グルコースと2,3,6−トリ−
O−メチル−D−グルコースと2,3,4−トリ−O−
メチル−D−グルコースと2,4,6−トリ−O−メチ
ル−D−グルコースとが、1:0.97:0.90:0.02の比で
検出された。ジ−O−メチルグルコースは検出されなか
った。
なお、前記各実施例におけるNMR分析のスペクトルは
バリアン社製XL−200型装置を用い室温下の重水中
で測定した。
(発明の効果) アスペルギルス・ニガーから生産されるβ−グルコシダ
ーゼの高分子画分の糖転移作用または糖縮合作用を利用
することにより、糖合成中における転移反応または縮合
反応が位置選択的に効果的に行われた。そして酵素反応
系における合成効率を向上させ、所望のオリゴ糖が高収
率で得られた。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】β結合を有する糖類を受容体とし、β−グ
    ルコシド結合を有する化合物を供与体とする糖合成反応
    を、アスペルギルス・ニガーから生産されるβ−グルコ
    シダーゼの高分子画分(分子量;230KDa,作用;
    β−グルコシド結合を含む配糖体およびオリゴ糖をエキ
    ソ型に切断し、糖転移活性も有り,基質特異性;セロビ
    オースの加水分解速度を100とするとき、セロトリオ
    ース、セロテトラオース、ρ−ニトロフェニル−β−グ
    ルコシドの加水分解速度が各96,91,68であって
    β−キシロダーゼ活性、β−ガラクトシダーゼ活性等を
    有さない,至適pHおよび安定pH範囲;pH4.5、pH4.5〜7.
    0)の存在のもとに行わせるとともに、前記糖合成反応
    における反応液が水溶液に有機溶液を添加したものであ
    ることを特徴とするオリゴ糖の製造方法。
  2. 【請求項2】前記有機溶液は、メタノール,エタノー
    ル,イソプロピルアルコール,アセトニトリル,ジメチ
    ルスルホキシド,N,N′−ジメチルホルムアミドおよ
    びアセトンのうちの一種または二種以上の混合であるこ
    とを特徴とする請求項1に記載のオリゴ糖の製造方法。
  3. 【請求項3】前記受容体がセロビオースである場合の糖
    合成反応により生成されるオリゴ糖が、β−D−グルコ
    ピラノシル−(1→6)−β−D−グルコピラノシル−
    (1→4)−グルコースである請求項1または2のいず
    れかに記載のオリゴ糖の製造方法。
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