JPH07289284A - 光学活性4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸の製造法 - Google Patents
光学活性4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸の製造法Info
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Abstract
−ケトグルタル酸を製造する方法を提供する。 【構成】 ピルビン酸とグリオキシル酸から光学活性4
−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を生成する活性を有
する生体触媒を、水性媒体中でピルビン酸もしくは該生
体触媒によってピルビン酸に転換され得る化合物とグリ
オキシル酸に作用させ、生成した光学活性4−ヒドロキ
シ−2−ケトグルタル酸を採取することを特徴とする光
学活性4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸の製造法。
Description
シル酸から光学活性4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル
酸を生成する活性を有する生体触媒を用い、ピルビン酸
または該生体触媒によってピルビン酸に転換され得る化
合物とグリオキシル酸から光学活性4−ヒドロキシ−2
−ケトグルタル酸を製造する方法に関する。光学活性4
−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸は医薬品の合成原料
として有用な化合物である。
トグルタル酸の製造法としては、スレオまたはエリスロ
−4−ヒドロキシ−L−グルタミン酸を化学的に脱アミ
ノし、L−またはD−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸
を各々得る方法〔ジャーナル・オブ・バイオロジカル・
ケミストリー(J.B.C.), 238 ,3660(1963) 〕やオキザロ
酢酸とグリオキシル酸から合成したDL−4−ヒドロキ
シ−2−ケトグルタル酸からDおよびL体を分離する方
法〔メソッズ・イン・エンザイモロジー(Methodsin Enz
ymology), 17 partB, 253 〕が知られている。また動
物や大腸菌に存在するケトヒドロキシグルタル酸アルド
ラーゼによって、ピルビン酸とグリオキシル酸から酵素
的に4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を合成するこ
とができるが、いずれの場合も得られる4−ヒドロキシ
−2−ケトグルタル酸はD体とL体の混合物であること
が知られている〔メソッズ・イン・エンザイモロジー(M
ethods in Enzymology),41 partB ,115〕。
原料が高価である、(2) DL体の分離工程を要する、
(3) 収率が低い、などの点で、工業的な製法として必ず
しも満足できる方法ではなく、工業的に有利に光学活性
4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を製造する方法の
開発が求められている。本発明の目的は工業的に有利に
光学活性4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を製造す
る方法を提供することにある。
ン酸とグリオキシル酸から光学活性4−ヒドロキシ−2
−ケトグルタル酸を生成する能力を有する生体触媒を、
水性媒体中でピルビン酸または該生体触媒によってピル
ビン酸に転換され得る化合物とグリオキシル酸に作用さ
せ、水性媒体中に生成した光学活性4−ヒドロキシ−2
−ケトグルタル酸を採取することを特徴とする光学活性
4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸の製造法を提供す
ることができる。
グルタル酸とはD−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル
酸〔(R)-4-hydroxy-2-ketoglutaric acid 〕またはL−
4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸〔(S)-4-hydroxy-
2-ketoglutaric acid 〕のことをいう。さらに詳しく
は、ピルビン酸とグリオキシル酸からD−またはL−4
−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を生成する能力を有
する生体触媒を、水性媒体中でピルビン酸または該生体
触媒によってピルビン酸に転換され得る化合物とグリオ
キシル酸に作用させ、水性媒体中に生成したD−または
L−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を採取するこ
とを特徴とするD−またはL−4−ヒドロキシ−2−ケ
トグルタル酸の製造法を提供することができる。
用いられる生体触媒としては、微生物、該微生物の培養
物、菌体またはそれらの処理物があげられる。微生物と
しては、ピルビン酸または該微生物によってピルビン酸
に転換され得る化合物とグリオキシル酸から光学活性4
−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を生成する能力を有
する微生物であればいずれの微生物でも用いることがで
きる。具体的にはセルビブリオ属、バチルス属、シュウ
ドモナス属、パラコッカス属、プロビデンシア属、リゾ
ビウム属またはモルガネラ属に属する微生物があげられ
る。
を製造する場合にはとくにセルビブリオ属またはバチル
ス属に属する微生物が好ましい。さらに詳しくはセルビ
ブリオ属またはバチルス属に属し、かつピルビン酸また
は該微生物によってピルビン酸に転換され得る化合物と
グリオキシル酸からD−4−ヒドロキシ−2−ケトグル
タル酸を生成する能力を有する微生物が好ましい。
vibrio gilvus)ATCC13127 株、バチルス エスピー
(Bacillus sp.)OC187 株、バチルス エスピー(Baci
llus sp.)S16 株などがあげられる。ATCC13127 株およ
びOC187 株は60〜90℃、15分〜2時間の熱処理を
施すことにより、L−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタ
ル酸の生成能を失活させることができる。また、L−4
−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸の生成能を失活した
株は、セルビブリオ属またはバチルス属に属し、かつピ
ルビン酸または該微生物によってピルビン酸に転換され
得る化合物とグリオキシル酸からD−4−ヒドロキシ−
2−ケトグルタル酸を生成する能力を有する微生物を通
常の変異処理手段、たとえば、N−メチル−N’−ニト
ロ−N−ニトロソグアニジン(NTG)による通常の変
異処理により変異させ、L−4−ヒドロキシ−2−ケト
グルタル酸の生成能が失活した変異株を選択することに
よっても得ることができる。S16 株はOC187 株より変異
誘導され、L−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸の
生成能を失活した変異株である。
7 株は、本発明者らによって町田市の土壌より新たに分
離された菌株であって、その菌学的性質を第1−1表〜
第1−6表に詳述する。 (A) 形態
色性を示す桿菌で、周毛による運動性を示し、楕円状の
内性胞子を有する通性嫌気性菌であった。O-F テストで
は発酵的に糖を分解して酸を生成し、カタラーゼ活性は
陽性を、オキシダーゼ活性は陰性を示し、硝酸塩を還元
しなかった。また、10%の塩化ナトリウム耐性で、55℃
で生育したが10℃および65℃では生育しなかった。
チドグリカンジアミノ酸組成は、meso-A2pm を示し、DN
A のGC含量は45.9 mol% であった。以上の菌学的性質を
有する菌について、バージェイのマニュアル(Bergey's
Manual of Systematic Bacteriology) Vol.2(1986
年)の記載と照合した結果、該菌株をバチルス属に属す
る細菌と同定し、OC187 株をバチルス エスピー(Baci
llus sp.)OC187 と命名した。
は、ブダペスト条約に基づいて平成6年4月19日付で
工業技術院生命工学工業技術研究所に各々FERM BP-464
6、FERM BP-4647として寄託されている。L−4−ヒド
ロキシ−2−ケトグルタル酸を製造する場合にはとくに
シュウドモナス属、パラコッカス属、プロビデンシア
属、リゾビウム属またはモルガネラ属に属する微生物が
好ましい。さらに詳しくはシュウドモナス属、パラコッ
カス属、プロビデンシア属、リゾビウム属またはモルガ
ネラ属に属し、ピルビン酸または該微生物によってピル
ビン酸に転換され得る化合物とグリオキシル酸からL−
4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を生成する能力を
有する微生物であればよい。D−4−ヒドロキシ−2−
ケトグルタル酸を実質的に生成しない微生物であればよ
り好ましい。
domonas putida)ATCC 795株、シュウドモナス プチダ
(Pseudomonas putida)ATCC 4359 株、シュウドモナス
サッカロフィラ(Pseudomonas saccharophila)ATCC
9114 株〔=ATCC 15946株;IAM Catalogue of Strains
(1993) 〕、シュウドモナス ボレオポリス(Pseudomon
as boreopolis)ATCC 15452株、シュウドモナス タエ
トロレンス(Pseudomonas taetrolens)ATCC 17466株、
シュウドモナス オレオボランス(Pseudomonas oleovor
ans)ATCC 8062 株、パラコッカス デニトリフィカン
ス(Paracoccusdenitrificans)ATCC 19367株、プロビ
デンシア ルスチギアニ(Providencia rustigianii)A
TCC 13159株、リゾビウム メリロッティ(Rhizobium m
eliloti)RCR 2001株(FERM BP-4582)、モルガネラ
モルガニ(Morganella morganii)ATCC 25830株などが
あげられる。
liloti)RCR 2001株は、ブダペスト条約に基づいて平成
6年2月24日付で工業技術院生命工学工業技術研究所
にFERM BP-4582として寄託されている。本発明に用いら
れる微生物の培養は、通常用いられる合成ないし天然培
地を用いて行うことができる。培地中の炭素源として
は、セルビブリオ属またはビブリオ属細菌を用いてD−
4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を合成する場合に
はD−ガラクトン酸が使用可能である。その他の微生物
を用いてL−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を合
成する場合には、用いる微生物が資化しうるかぎり、グ
ルコース、フラクトース、シュークロース、マルトー
ス、澱粉、澱粉加水分解物、糖蜜などの糖類や、酢酸、
乳酸、グルコン酸などの有機酸、あるいはエタノールな
どのアルコールなどが使用可能である。
るかぎり、アンモニア、硫酸アンモニウム、塩化アンモ
ニウム、酢酸アンモニウムなどのアンモニウム塩や尿
素、硝酸塩ならびにペプトン、肉エキス、酵母エキス、
コーン・スチープリカーなどの各種の窒素含有有機物が
使用可能である。無機塩としては、用いる微生物が利用
しうるかぎり、リン酸カリウム、硫酸アンモニウム、塩
化アンモニウム、塩化ナトリウム、硫酸マグネシウム、
硫酸第一鉄、硫酸マンガンなどが使用できる。他に微量
元素としてカルシウム、亜鉛、ほう素、銅、コバルト、
モリブデンなどの塩類を加えてもよい。
うなビタミン、グルタミン酸、アスパラギン酸のような
アミノ酸、アデニン、グアニンのような核酸関連物質な
どを添加してもよい。ピルビン酸またはピルビン酸に転
換され得る化合物とグリオキシル酸から光学活性4−ヒ
ドロキシ−2−ケトグルタル酸を合成する方法は、微生
物の培養中に基質を添加する方法を用いてもよいし、培
養して得られた微生物の培養物、菌体もしくはそれらの
処理物を、基質に作用させて光学活性4−ヒドロキシ−
2−ケトグルタル酸を生成させる方法を用いてもよい。
物、界面活性剤処理物、酵素処理物、超音波処理物、機
械的磨砕処理物、溶媒処理物などの菌体処理物、菌体の
蛋白分画物、菌体および菌体処理物の固定化物などがあ
げられる。前者の方法を用いる場合には、ピルビン酸ま
たはピルビン酸に転換され得る化合物およびグリオキシ
ル酸は各々1〜200g/l 、好ましくは20〜200g/
lの濃度範囲で培養の初発もしくは途中に添加する。培
養時間は用いる微生物によって異なり、10〜100時
間程度である。
またはピルビン酸に転換され得る化合物1〜200g/l
、好ましくは20〜200g/l 、グリオキシル酸1〜
200g/l 、好ましくは20〜200g/l 、微生物の菌
体またはその処理物0. 1〜200g/l 、好ましくは5
〜100g/l (微生物菌体換算)を含む水性媒体中、温
度15〜60℃、好ましくは25〜45℃、pH3〜1
1、好ましくは5〜9の条件で行う。反応時間は30分
〜80時間程度である。
生理食塩水などが使用できる。また必要に応じてトリト
ンX−100(ナカライテスク社製)やナイミーン(日
本油脂社製)などの界面活性剤や少量のトルエンやキシ
レンなどの有機溶媒を0.1 〜20g/l 添加してもよい。ピ
ルビン酸に転換され得る化合物としては、菌体あるいは
その処理物によってピルビン酸に変換され得る化合物で
あれば如何なる物でも使用できるが、通常グルコース、
フラクトース、マルトース等の糖類あるいはグリセロー
ル、乳酸などを使用する。
2−ケトグルタル酸の採取は、通常水性媒体から有機酸
採取に用いられる方法に従って実施することができる。
例えば、遠心分離により菌体もしくはそれらの処理物を
除いた反応上清から、イオン交換樹脂あるいは膜処理法
などの操作を組み合わせて、光学活性4−ヒドロキシ−
2−ケトグルタル酸を単離することができる。
−2−ケトグルタル酸は医薬品合成原料として有用であ
り、たとえば4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸から
4−ヒドロキシプロリンを経て、カルバペネム系抗生物
質を合成することができる。4−ヒドロキシ−2−ケト
グルタル酸から4−ヒドロキシプロリンへの変換は、特
開平3−266995に記載の方法に準じておこなうこ
とができる。カルバペネム系抗生物質は4−ヒドロキシ
プロリンからヘテロサイクルズ(Heterocycles), 24,
p1331 (1986)に記載の方法に準じてN−p−ニトロベン
ジルオキシカルボニル−3−メルカプトピロリジンを合
成し、さらに特開昭58−32879に記載の方法に準
じて得ることができる。
(バクトペプトン10g 、酵母エキス5gおよびNaCl 10gを
水1リットルに含みpH7.0 に調整した培地)に接種し、
30℃で16時間振とう培養した。この培養液2mlを
下記第2表の組成からなるGNMS培地20mlに接種
した。
0時間培養した。培養終了後、1本の試験管には80℃で
1時間加温する熱処理を施し、もう一本は30℃に保っ
た。ついで遠心分離操作で各々菌体を集め、滅菌した1
mlの反応液(a) 〔KH2PO4 3g、NaH2PO4 6g、NH4Cl 1g、M
gSO4・7H2O 0.16g、NaCl 5g 、CaCl2 11mg、ピルビン酸
ナトリウム100mmol およびグリオキシル酸100mmol を純
水1リットルに含みNaOHでpH7. 0に調整した反応液〕
に懸濁し、ファルコン社製2059チューブ中で37℃で振
とうし5時間反応させた。反応終了後、遠心分離操作に
よって菌体を除き、上清中に生成した4−ヒドロキシ−
2−ケトグルタル酸をSUMICHIRAL OA-5000カラム(住友
化学社製)を用いたHPLCで定量した。測定結果を第
3表に示す。なお、DおよびL−4−ヒドロキシ−2−
ケトグルタル酸の標準化合物は各々、ジャーナル・オブ
・バイオロジカル・ケミストリー(J.B.C.), 237,476(19
62) および同, 238, 3660(1963) に記載の方法によって
調製した。
た微生物を各々接種し、30℃で16時間振とう培養し
た。この培養液1mlを下記第4表の組成からなるGM
S培地10mlに接種し試験管で20時間培養した。
め、滅菌した1mlの反応液(b) 〔KH 2PO4 3g 、NaH2PO4
6g、NH4Cl 1g、MgSO4・7H2O 0.16g、NaCl 5g 、CaCl2 1
1mg、ピルビン酸ナトリウム100mmol 、グリオキシル酸1
00mmol および亜ひ酸10mmolを純水1リットルに含みNaO
HでpH7. 0に調整した反応液〕に懸濁し、ファルコン
社製2059チューブ中で30℃で振とうし5時間反応させ
た。反応終了後、遠心分離操作によって菌体を除き、上
清中に生成した4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を
SUMICHIRAL OA-5000カラム(住友化学社製)を用いたH
PLCで定量した。結果を第5表に示す。
100mmol の代わりにグルコース20g 、グリセロール20g
または乳酸アンモニウム20g を含む反応液を各々調製し
た。この反応液にシュウドモナス プチダ ATCC795株を
実施例2と同様に培養して得た菌体を懸濁し、実施例2
と同様に30℃で振とうし5時間反応させた。反応終了
後、遠心分離操作によって菌体を除き、上清中に生成し
た4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸をSUMICHIRAL O
A-5000カラム(住友化学社製)を用いたHPLCで定量
した。結果を第6表に示す。
接種し30℃で16時間振とう培養した。この培養液全
量を300ml のGNMS培地に接種し2リットル容の三角
フラスコで30℃で20時間振とう培養した。この培養
液を80℃で1時間加熱処理した後、遠心分離によって
菌体を分離し、反応液(a) 60mlに懸濁し、300ml 容ビー
カー中で撹拌しつつ1規定硫酸でpHを6.5 に保って反応
を行った。反応開始6時間後にピルビン酸ナトリウム2
M溶液3ml とグリオキシル酸ナトリウム2M溶液3ml を
添加した。反応開始後24時間目で遠心分離によって反
応液から菌体を除き、遠心上清中の4−ヒドロキシ−2
−ケトグルタル酸をHPLCによって定量した。L−体
は検出されず、125mM のD−4−ヒドロキシ−2−ケト
グルタル酸が検出された。
填したカラムに上記上清のうち50mlを通塔し、0〜6M
蟻酸の指数的グラジエントによって溶出した。6〜8カ
ラム容量に溶出される4−ヒドロキシ−2−ケトグルタ
ル酸の溶出画分を減圧濃縮した後、0.01M のCa(OH)2 溶
液を加えpH7.5 に調整した。この溶液にアセトンを添加
し、D−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸のカルシ
ウム塩を晶出させた。このようにしてD−4−ヒドロキ
シ−2−ケトグルタル酸のカルシウム塩0.5gを得た。
種し30℃で16時間振とう培養した。この培養液全量
を300ml のGMS培地に接種し2リットル容の三角フラ
スコで30℃で20時間振とう培養した。得られた培養
液から菌体を遠心分離し、反応液(b)60ml に懸濁し、30
0ml 容ビーカー中で撹拌しつつ1規定硫酸でpHを6.5 に
保って反応を行った。反応開始6時間後にピルビン酸ナ
トリウム2M溶液3ml とグリオキシル酸ナトリウム2M
溶液3ml を添加した。反応開始後24時間目で遠心分離
によって反応液から菌体を除き、遠心上清中の4−ヒド
ロキシ−2−ケトグルタル酸をHPLCによって定量し
た。D−体は検出されず、150mM のL−4−ヒドロキシ
−2−ケトグルタル酸が検出された。
したカラムに上記上清のうち50mlを通塔し、0〜6M蟻
酸の指数的グラジエントによって溶出した。6〜8カラ
ム容量に溶出される4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル
酸の溶出画分を減圧濃縮した後、0.01M のCa(OH)2 溶液
を加えpH7.5 に調整した。この溶液にアセトンを添加
し、L−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸のカルシ
ウム塩を晶出させた。このようにしてL−4−ヒドロキ
シ−2−ケトグルタル酸のカルシウム塩0.7gを得た。
ス エスピー OC187株を用い、実施例1と同様に培養
し、同様に反応を行った。結果を第8表(実施例7参
照)に示す。
養した菌体を集め、0.05M トリス−マレイン酸緩衝液
(pH6.0 )で洗浄後、菌体濃度が約109 細胞/mlになる
ように同緩衝液に懸濁し、これにNTG を終濃度が600mg/
l になるように加え、30℃、20分間保持して変異処理を
行った。この変異処理菌体を第7表の組成からなるMG
寒天培地に塗布した。
天2%を加えたもの)に拾い、D−4−ヒドロキシ−2
−ケトグルタル酸の生産性を調べた。即ち、各株を実施
例1と同様に培養し、同様に反応を行った。ただしいず
れの株に対しても熱処理は行わなかった。反応終了後の
遠心上清中の4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を実
施例1と同様に分析した結果、L−4−ヒドロキシ−2
−ケトグルタル酸を生成せず、D−4−ヒドロキシ−2
−ケトグルタル酸のみを生成する変異株S16 株を得た。
S16 株の反応上清の分析結果を第8表に示す。
4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を工業的に有利に
得ることができる。
Claims (8)
- 【請求項1】 ピルビン酸とグリオキシル酸から光学活
性4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を生成する活性
を有する生体触媒を、水性媒体中でピルビン酸または該
生体触媒によってピルビン酸に転換され得る化合物とグ
リオキシル酸に作用させ、水性媒体中に生成した光学活
性4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を採取すること
を特徴とする光学活性4−ヒドロキシ−2−ケトグルタ
ル酸の製造法。 - 【請求項2】 光学活性4−ヒドロキシ−2−ケトグル
タル酸がD−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸
〔(R)-4-hydroxy-2-ketoglutaric acid 〕またはL−4
−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸〔(S)-4-hydroxy-2-
ketoglutaric acid 〕である請求項1記載の製造法。 - 【請求項3】 ピルビン酸とグリオキシル酸からD−4
−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を生成する活性を有
する生体触媒を、水性媒体中でピルビン酸または該生体
触媒によってピルビン酸に転換され得る化合物とグリオ
キシル酸に作用させ、水性媒体中に生成したD−4−ヒ
ドロキシ−2−ケトグルタル酸を採取する請求項1また
は2記載の製造法。 - 【請求項4】 生体触媒が、微生物、該微生物の培養
物、菌体またはそれらの処理物である請求項3記載の製
造法。 - 【請求項5】 微生物がセルビブリオ属またはバチルス
属に属し、かつピルビン酸または該微生物によってピル
ビン酸に転換され得る化合物とグリオキシル酸からD−
4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を生成する能力を
有する微生物である請求項4記載の製造法。 - 【請求項6】 ピルビン酸とグリオキシル酸からL−4
−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を生成する活性を有
する生体触媒を、水性媒体中でピルビン酸または該生体
触媒によってピルビン酸に転換され得る化合物とグリオ
キシル酸に作用させ、水性媒体中に生成したL−4−ヒ
ドロキシ−2−ケトグルタル酸を採取する請求項1また
は2記載の製造法。 - 【請求項7】 生体触媒が、微生物、該微生物の培養
物、菌体またはそれらの処理物である請求項6記載の製
造法。 - 【請求項8】 微生物が、シュウドモナス属、パラコッ
カス属、プロビデンシア属、リゾビウム属またはモルガ
ネラ属に属し、かつピルビン酸または該微生物によって
ピルビン酸に転換され得る化合物とグリオキシル酸から
L−4−ヒドロキシ−2−ケトグルタル酸を生成する能
力を有する微生物である請求項7記載の製造法。
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