JPH09121855A - 新規アルカリプロテアーゼおよびその製造法 - Google Patents

新規アルカリプロテアーゼおよびその製造法

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JPH09121855A
JPH09121855A JP7322535A JP32253595A JPH09121855A JP H09121855 A JPH09121855 A JP H09121855A JP 7322535 A JP7322535 A JP 7322535A JP 32253595 A JP32253595 A JP 32253595A JP H09121855 A JPH09121855 A JP H09121855A
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典恵 吉住
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Ariyoshi Osaki
有美 大崎
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 可溶性タンパク質のみならず、ケラチンなど
の不溶性タンパク質に対しても強力な活性を有する新規
アルカリプロテアーゼを提供する。 【構成】 下記の理化学的性質を有するアルカリプロテ
アーゼ。 (a) 作用および基質特異性:カゼイン、ゼラチン、
グルテン、ヘモグロビン、インシュリンなどの各種タン
パク質に作用し、そのペプチド結合をエンド的に加水分
解してオリゴペプチドおよびアミノ酸を生成する。特
に、従来の酵素では作用し難かったケラチン等の不溶性
タンパク質に対しても、強力に加水分解する。 (b) 最適pH: 最適pHはカゼインを基質とした
場合、11.0〜11.5である。 (c) 比活性:カゼインに対しては214,000
(U/mgタンパク)、ケラチンに対しては52,70
0(U/mgタンパク)である。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規なアルカリプ
ロテアーゼおよびその製造法ならびに該アルカリプロテ
アーゼ産生能を有する新規好アルカリ性放線菌に関す
る。
【0002】
【従来の技術】アルカリプロテアーゼはタンパク質のペ
プチド結合をアルカリ領域において特異的に加水分解す
る酵素であり、食品、繊維、皮革、洗剤等の工業におい
て広く利用されている。このようなアルカリプロテアー
ゼは糸状菌、酵母、細菌等の微生物により広く生産され
ることが知られており、またいわゆる好アルカリ性微生
物と呼ばれる一群の微生物によっても生産される。
【0003】前述された好アルカリ性微生物から生産さ
れるアルカリプロテアーゼとしては、いわゆる好アルカ
リ性バチルス属菌から得られる酵素(例えば、特公平7
−63366、特公平7−63367、特公平7−63
368等)が多数既に知られており、主に洗剤用として
開発が進められている。また、同様な好アルカリ性バチ
ルス属菌から得られる耐熱性酵素として、AH−101
株の生産するアルカリプロテアーゼ(特開平2−255
087)およびB18−1株の生産するアルカリプロテ
アーゼ(特公平7−63368)等が知られている。し
かしながら、同じ好アルカリ性微生物である好アルカリ
性放線菌の産生するプロテアーゼについてはあまり知ら
れておらず、わずかに好アルカリ性ストレプトミセス属
菌由来の酵素(Agr.Biol.Chem.,38
(1)37−44,1974)ならびに好アルカリ性サ
ーモアクチノミセス属HS682株のアルカリプロテア
ーゼ(Biosci.Biotech.Bioche
m.,56(2),246−250,1992)等が報
告されているにすぎない。
【0004】一方、洗剤用にプロテアーゼを応用する場
合、ケラチン等の不溶性タンパク質に対しても良好に作
用する酵素が望ましいことが指摘されている(皆川基:
繊消誌、第26巻,322頁,(1985))。もちろ
ん、この場合においてもカゼイン等の可溶性タンパク質
を強力に分解できなければならないことは当然である。
また、プロテアーゼを浴槽や浴床排水溝あるいは洗面化
粧台ドレインの洗浄剤に応用する場合では、40℃前後
の中温で充分な活性を保持し、かつ毛髪、垢などのケラ
チンを強力に分解する能力が要求される。現状の洗剤お
よび洗浄剤は、配合組成の関係からそのpHがアルカリ
領域にあることから、配合する酵素はアルカリプロテア
ーゼが最適である。
【0005】さらに、ケラチンを主要タンパク質とする
毛髪、羽毛等は化学合成が不可能なアミノ酸であるシス
テインの製造原料として重要である。現状では毛髪等を
酸加水分解処理し、化学的反応によりシステインを製造
している。しかしながら、過激な反応条件のため著量の
システインが分解されてしまい、収量が極めて悪いた
め、プロテアーゼ処理等の温和な加水分解方法が望まれ
ていた。この場合においても、ケラチンが高アルカリ領
域において膨潤し酵素の作用を受けやすくなるという性
質から、加水分解剤としての酵素はアルカリプロテアー
ゼが最適である。
【0006】このような用途に対して、先述のAH−1
01株および好アルカリ性ストレプトミセス属菌由来の
アルカリプロテアーゼの有用性が提案されている。しか
しながら、特にケラチンの分解力において両酵素ともそ
の実用化に対しては不充分であり、さらに強力なケラチ
ン分解力を有する新規なアルカリプロテアーゼの開発が
望まれていた。
【0007】上記のような観点から、発明者らは強力な
ケラチン分解力を有するアルカリプロテアーゼを生産す
る微生物を主に好アルカリ性放線菌を中心として検索し
た結果、好アルカリ性のストレプトミセス属に属する放
線菌1株が、好気的培養により目的とする新規アルカリ
プロテアーゼを効率良く生産することを見い出し、本発
明を完成するに至った。
【0008】
【発明が解決しようとする課題】したがって本発明は、
特にケラチンのような不溶性タンパク質をも強力に加水
分解できる、新規なアルカリプロテアーゼを提供するこ
とを目的としている。
【0009】また本発明は、上記アルカリプロテアーゼ
を生産する新規微生物およびその微生物を利用した上記
アルカリプロテアーゼの製造法を提供することを目的と
している。
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明による新規アルカ
リプロテアーゼは、以下のような理化学的性質を有する
もの、である。
【0011】(a)作用および基質特異性:各種タンパ
ク質およびペプチドに特異的に作用し、そのペプチド結
合をエンド型の機作により切断して、低分子量のオリゴ
ペプチドおよびアミノ酸を生成する。また特に従来のプ
ロテアーゼでは分解が困難であったケラチンなどの不溶
性タンパク質についても高い活性を示す。 (b)最適pH:最適pHはカゼインを基質とした場
合、11.0〜11.5である。 (c)安定pH:30℃、24時間の処理条件におい
て、pH1.5〜12.0で安定である。 (d)最適温度:最適作用温度は70〜75℃である。 (e)安定温度:pH7.0、10分間の処理条件にお
いて、カルシウム無添加の場合は55℃、カルシウムを
添加した場合は60℃まで安定である。 (f)分子量:約56,000(SDS電気泳動法)で
ある。 (g)等電点:約10〜10.5(等電点電気泳動法)
である。 (h)比活性:カゼインを基質とした場合は214,0
00(U/mgタンパク)、ケラチンを基質とした場合
は52,700(U/mgタンパク)である。 (i)阻害:PCMB(パラクロロマーリュリーベンゾ
エイト)、ヨード酢酸、EDTA(エチレンジアミン四
酢酸)では活性は阻害されないが、DFP(ジイソプロ
ピルフルオロホスフェート)、PMSF(フェニルメタ
ンスルフォニルフルオライド)では阻害される。
【0012】また、本発明による上記新規アルカリプロ
テアーゼの製造法は、好アルカリ性ストレプトミセス属
に属し、上記アルカリプロテアーゼ産生能を有する微生
物を培養する工程と、該工程で得られる培養物より該新
規アルカリプロテアーゼを分離する工程を含んでなるも
の、である。さらにまた、本発明による上記新規アルカ
リプロテアーゼ産生能を有する新規菌株は、ストレプト
ミセス エスピー TOTO−9305株(FERM
P−13640)である。
【0013】本発明によるアルカリプロテアーゼは比活
性が極めて高く、特に従来のプロテアーゼでは分解され
にくかったケラチン等の不溶性タンパク質をも、強力に
加水分解する。したがって、衣料用洗剤や柔軟剤に洗浄
効果を高める目的で配合されたり、浴槽、浴室排水溝、
洗面化粧台ドレインなどの閉塞除去剤に添加されれば、
極めて効果的である。さらに、ケラチンを主要タンパク
質とする毛髪、羽毛等からのシステインなどのアミノ酸
製造にも応用が可能であり、広範囲の工業分野で利用さ
れ得る。また、本発明による菌株は、上記アルカリプロ
テアーゼを効率良く菌体外に分泌するので、簡便な工程
で高効率にその生産を行うことができる点で有利であ
る。
【0014】新規アルカリプロテアーゼ産生菌株 本発明による新規アルカリプロテアーゼは、微生物を用
いて生産することができる。特に好ましくは、本発明に
よるアルカリプロテアーゼは、好アルカリ性ストレプト
ミセス属、特にストレプトミセス エスピー(Stre
ptomyces sp.)TOTO−9305株によ
り生産される。この菌株は発明者らにより、北九州市の
一般家屋浴室のタイル目地上より分離されたものであ
る。この菌株は好アルカリ性放線菌であり、次の表1及
び表2に示す菌学的性質を有する。なお、本菌株は好ア
ルカリ微生物であり、通常の中性培地では生育しない
か、あるいは生育が極めて不良であるため、表1及び表
2の菌学的性質の検討に際しては0.5%Na2CO3
添加のアルカリ性培地を用いた。
【0015】
【表1】
【表2】
【0016】本菌株TOTO−9305株は表1の結果
より、形態学的に放線菌、ストレプトミセス属の特徴を
有する。また、細胞壁にL−L−ジアミノピメリン酸を
含有する等のことから、本菌株はストレプトミセス属に
属する一菌種と分類される。
【0017】TOTO−9305株は、各種寒天培地上
での気菌糸の色調から白色シリーズに属すること、胞子
表面は平滑であること、胞子の連鎖はおおむね直状であ
ること、メラニン色素は生成しないこと等の性質を有す
る。これらの性質と各種炭素源の同化性試験の結果をも
とに、既知菌種の中から本菌株の類似種をバージェーズ
マニュアル第8版(Bergey’s Manual
of Determinactive Bacteri
ology 8th Ed.)に従って検索を行った。
その結果、特に各種炭素源の同化性において本菌株と類
似の既知菌種は見いだせないことから、本菌株はストレ
プトミセス属に属する新菌種である。
【0018】なお、本菌株は工業技術院生命工学工業技
術研究所に寄託番号第13640号(FERM P−1
3640)のもと寄託されている。
【0019】培養条件 上記菌株は好アルカリ性放線菌であるため、その培養は
アルカリ領域で行う必要がある。培地をアルカリ性にす
るための方法としては格別である必要はなく、通常の培
地中に例えば炭酸ナトリウムあるいは炭酸水素ナトリウ
ムを添加するだけで良い。炭素源としてはグルコース、
可溶性デンプン、セルロース等の単糖、多糖などを用い
ることができる。窒素源としては、硝酸塩、アンモニウ
ム塩などの無機物をはじめ、尿素、ペプトン、乾燥酵
母、酵母エキス、ダイズ粉、コーンスチープリカー、カ
ゼイン、肉エキス、アミノ酸などが用いられる。これら
の炭素源や窒素源の他に各種無機塩、例えばマグネシウ
ム塩、カリウム塩、ナトリウム塩、リン酸塩などを必要
に応じて添加しても良い。培地に加えるアルカリ源とし
ては、0.5〜2.0%程度の炭酸ナトリウム、炭酸水
素ナトリウム等の炭酸塩あるいは水酸化ナトリウム、ア
ンモニアなどが使用でき、培地のpHは8.0〜11.
0程度が望ましい。
【0020】培養は、このような培地中で培養温度20
〜40℃、好ましくは27〜38℃で2日〜5日間好気
的に撹袢または振とうしながら行う。
【0021】本発明による新規なアルカリプロテアーゼ
は、上記のような培養条件のもとで、主として培養液中
に分泌され、蓄積される。
【0022】酵素の採取 上記培養液から本発明による酵素を採取、精製するため
には、既知の精製法を単独もしくは併用して利用するこ
とができる。本酵素は主として菌体外(培養液中)に分
泌されるため、例えば濾過あるいは遠心分離で菌体を除
去することにより容易に粗酵素液を得ることができる。
この粗酵素は、さらに既知の精製法、例えば硫安などに
よる塩析;メタノール、エタノール、アセトンなどの有
機溶媒による沈殿法;ケラチン等による吸着法;限外濾
過;ゲル濾過クロマトグラフィー;イオン交換クロマト
グラフィー;疎水クロマトグラフィー、その他の各種ク
ロマトグラフィーを、単独もしくは併用して、精製する
ことができる。
【0023】好ましい精製法を示せば以下の通りであ
る。まず、培養濾液に80%飽和硫安を添加して塩析を
行い、得られた沈殿を緩衝液に溶解する。次いでCM−
Toyopearl 650M(東ソー社製)、DEA
E−Toyopearl 650M(同社製)によるイ
オン交換クロマトグラフィーを行うことにより、SDS
電気泳動的に均一な精製酵素を得ることができる。
【0024】酵素の性質 本発明によるアルカリプロテアーゼの性質は以下に示さ
れる通りである。なお、以下において活性測定法とは次
の方法をいうものとする。
【0025】(活性測定法)カゼイン0.6%またはケ
ラチン2%を含む50mMグリシンNaCl/NaOH
緩衝液(pH10.5)0.5mlを0.1mlの酵素
溶液と混合し、30℃、10分間(ケラチンを基質とし
た場合は振とうしながら20分間)反応させた後、2.
5mlのトリクロロ酢酸混合液(0.11Mトリクロロ
酢酸、0.22M酢酸ナトリウム、0.33M酢酸)を
加えて30℃で30分間静置した後、アドバンテック社
製濾紙No.5Cで濾過する。次いで、この濾液の0.
5mlを2.5mlの0.5M炭酸ナトリウム溶液に加
え、さらに3倍希釈したフェノール試薬を0.5ml添
加撹袢後、さらに室温にて30分間放置し、660nm
の吸光度を測定する。上記の測定条件下で1分間に1マ
イクログラムのチロシンに相当する吸光度を増加させる
酵素量を、酵素活性1単位(1U)と定義する。
【0026】(1)作用および基質特異性 カゼイン、ゼラチン、グルテン、ヘモグロビン、インシ
ュリンなどのタンパク質に作用し、そのペプチド結合を
エンド的に加水分解することによりオリゴペプチドおよ
びアミノ酸を生成する。また、特に従来の酵素では分解
の困難であったケラチンなどの不溶性タンパク質をも強
力に加水分解する。
【0027】(2)最適pHおよび安定pH 上記の活性測定法にもとづき、本酵素に及ぼすpHの影
響を調べた。なお、緩衝液としてKCl/HCl(pH
1.0−1.5)、グリシンNaCl/HCl(pH
2.0−3.5)、酢酸(pH4.0−5.5)、リン
酸(pH6.0−7.0)、トリス/HCl(pH7.
5−8.5)、グリシンNaCl/NaOH(pH9.
0−11.5)、KCl/NaOH(pH12.0−1
3.0)を使用した。第1図に活性の最大値を100と
した場合の各pHにおける相対活性を示した。第1図に
より本酵素の最適pHは30℃において11.0−1
1.5であることが分かる。
【0028】同様に本酵素のpH安定性について第2図
に示した。本酵素を各pHの緩衝液中に30℃で24時
間保持した後、その残存活性を未処理の酵素活性を10
0とした相対活性として示した。第2図から、本酵素は
上記処理条件下においてpH1.5−12.0までの極
めて広範囲のpH域で安定であることが分かる。
【0029】(3)最適温度および安定温度 上記活性測定法に準じて、本酵素に及ぼす温度の影響を
調べた。第3図に最大活性を100とした場合の各温度
における相対活性を示した。第3図から、本酵素の最適
温度は70〜75℃であることが分かる。
【0030】また、本酵素を50mMトリス塩酸緩衝液
(pH7.0)に添加し、40〜80℃の範囲の各条件
下で10分間保持した後、その残存活性を測定した。測
定は5mMの塩化カルシウムを添加した場合としない場
合の二通りについて行った。その結果を第4図に示し
た。第4図により、カルシウム無添加の場合は55℃ま
で、カルシウムを添加した場合は60℃まで安定である
ことがわかる。この結果より、本酵素はカルシウムの添
加により熱安定性が増加することが判明した。
【0031】(4)分子量 本酵素の分子量をSDS電気泳動法により測定したとこ
ろ、分子量は約56,000であった。
【0032】(5)等電点 本酵素の等電点を等電点電気泳動法により測定したとこ
ろ、等電点は約10〜10.5であった。
【0033】(6)比活性 本酵素の比活性を活性測定法に準じて測定した。なお、
タンパク質濃度はバイオラッド社製のプロテインアッセ
イキットを使用して測定し、酵素は電気泳動的に均一な
精製標品を使用した。その結果、本酵素の比活性は、カ
ゼインを基質とした場合は214,000(U/mgタ
ンパク)、ケラチンに対しては52,700(U/mg
タンパク)であり、本酵素は極めて強力な加水分解活性
を有することが判明した。
【0034】(7)阻害 一般的な酵素阻害剤であるDFP(ジイソプロピルフル
オロホスフェート)、PMSF(フェニルメタンスルフ
ォニルフルオライド)、PCMB(パラクロロマーキュ
リーベンゾエイト)、ヨード酢酸、EDTA(エチレン
ジアミン四酢酸)、SDS(ドデシル硫酸ナトリウム)
について、これらが本酵素の活性に及ぼす影響を調べ
た。各阻害剤を所定濃度となるように50mMトリス塩
酸緩衝液(pH9.0)に溶解し、本酵素を添加後30
℃で30分間処理を行った。次いで処理溶液より一定量
を分取して活性測定法に準じて、その残存活性を測定し
た。残存活性は阻害剤無添加で同様に処理した対照を1
00とした相対値で示した。この結果を表3に示した。
【0035】
【表3】
【0036】表3の結果から、本酵素はDFPおよびP
MSFにより阻害され、その他の阻害剤による阻害を受
けなかったことより、本アルカリプロテアーゼはセリン
プロテアーゼであることがわかる。また、本酵素は界面
活性剤であるSDSに対しても若干の阻害をうけたもの
の、まだ十分な活性を保持しており洗剤用として有望で
ある。
【0037】上記各特性を示す本酵素と、従来公知の細
菌、放線菌由来のアルカリプロテアーゼとの比較を表4
に示した。
【0038】
【表4】
【0039】表4に示した諸性質の比較より、本酵素が
極めて高い比活性を有する新規なアルカリプロテアーゼ
であることが分かる。
【0040】
【発明の実施の態様】次に本発明を以下の実施例により
更に詳細に説明するが、本発明はこれらに限定されるも
のではない。
【0041】実施例1 粗酵素粉末の調製 ストレプトミセス エスピー TOTO−9305株の
前培養液50ml(35℃、4日間振とう培養)を、可
溶性デンプン1.5%、スキムミルク1.5%、K2H
CO4 0.3%、酵母エキス0.1%、MgSO4・
7H2O0.05%および、別殺菌して添加したNaH
CO3 1.0%を含有する培地(pH9.0)450
0mlを入れた小型ジャーファーメンターに植菌し、3
5℃で4日間、通気量1v/v/min、回転数200
rpmで培養を行った。培養終了後、培養液を8000
rpmで10分間遠心分離して菌体を除去した。得られ
た上清液を凍結乾燥して、40U/mgの粗酵素粉末9
gを得た。
【0042】実施例2 精製酵素の調製 実施例1と同様の培地4500mlを入れた小型ジャー
ファーメンターに、ストレプトミセス エスピー TO
TO−9305株の前培養液50mlを植菌した。これ
を実施例1と同様に培養した後、遠心分離により培養上
清3800mlを得た。この上清液のpH10.5にお
けるプロテアーゼ活性は94.5U/mgであった。
【0043】次いで、この上清液に硫安粉末を80%飽
和になるまで加え、1昼夜5℃で暗所に静置後8000
rpmで遠心分離を行い、沈殿を回収した。この沈殿を
10mMリン酸緩衝液(pH7.0)に溶解し、セルロ
ースチューブを用いて同緩衝液に対し透析を行った。透
析後、その透析内液を1mMCaCl添加の10mMM
OPS緩衝液(pH7.5)で平衡化したCM−Toy
opearl 650Mカラムに通じて酵素を吸着さ
せ、0〜0.5M のNaCl濃度勾配で溶出させた。
活性画分を透析後、1mMCaClを含む10mMトリ
ス塩酸緩衝液(pH9.0)で平衡化したDEAE−T
oyopearl 650Mカラムに通じて活性画分を
通過させ、不純タンパク質を吸着させた。上記一連の精
製により、1920U/mlのアルカリプロテアーゼを
34ml得た。本画分はSDS電気泳動的にもゲル濾過
的にもそれぞれ単一バンドおよび単一ピークを示し、酵
素タンパク質として均一であることが確認された。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、本発明によるアルカリプロテアーゼの
最適pHを示すグラフである。
【図2】図2は、本発明によるアルカリプロテアーゼの
安定pHを示すグラフである。
【図3】図3は、本発明によるアルカリプロテアーゼの
最適温度を示すグラフである。
【図4】図4は、本発明によるアルカリプロテアーゼの
安定温度を示すグラフである。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 C12R 1:465) (72)発明者 村野 仁美 福岡県北九州市小倉北区中島二丁目1番1 号 東陶機器株式会社内 (72)発明者 大崎 有美 福岡県北九州市小倉北区中島二丁目1番1 号 東陶機器株式会社内

Claims (7)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】下記の理化学的性質を有するアルカリプロ
    テアーゼ (a)作用および基質特異性:各種タンパク質およびペ
    プチドに特異的に作用し、そのペプチド結合をエンド型
    の機作により切断して、低分子量のオリゴペプチドおよ
    びアミノ酸を生成する。また特に従来のプロテアーゼで
    は分解が困難であったケラチンなどの不溶性タンパク質
    についても高い活性を示す。 (b)最適pH:最適pHはカゼインを基質とした場
    合、11.0〜11.5である。 (c)安定pH:30℃、24時間の処理条件におい
    て、pH1.5〜12.0で安定である。 (d)最適温度:最適作用温度は70〜75℃である。 (e)安定温度:pH7.0、10分間の処理条件にお
    いて、カルシウム無添加の場合は55℃、カルシウムを
    添加した場合は60℃まで安定である。 (f)分子量:約56,000(SDS電気泳動法)で
    ある。 (g)等電点:約10〜10.5(等電点電気泳動法)
    である。 (h)比活性:カゼインを基質とした場合は214,0
    00(U/mgタンパク)、ケラチンを基質とした場合
    は52,700(U/mgタンパク)である。 (i)阻害:PCMB(パラクロロマーキュリーベンゾ
    エイト)、ヨード酢酸、EDTA(エチレンジアミン四
    酢酸)では活性は阻害されないが、DFP(ジイソプロ
    ピルフルオロホスフェート)、PMSF(フェニルメタ
    ンスルフォニルフルオライド)では阻害される。
  2. 【請求項2】好アルカリ性放線菌ストレプトミセス(S
    treptomyces)属菌から得られる、請求項1
    記載のプロテアーゼ。
  3. 【請求項3】ストレプトミセス エスピー(Strep
    tomyces sp.)TOTO−9305株から得
    られる、請求項1記載のプロテアーゼ。
  4. 【請求項4】好アルカリ性ストレプトミセス属に属し、
    請求項1記載のアルカリプロテアーゼ産生能を有する微
    生物を培養する工程と、該工程で得られた培養物より該
    アルカリプロテアーゼを分離する工程とを含んでなる、
    アルカリプロテアーゼの製造法。
  5. 【請求項5】前期微生物の培養がpH8.0〜13.0
    のアルカリ性で行われる、請求項4記載の製造法。
  6. 【請求項6】前記微生物がストレプトミセス エスピー
    TOTO−9305株である請求項4記載のプロテア
    ーゼ製造法。
  7. 【請求項7】ストレプトミセス エスピー TOTO−
    9305株(FERM P−13640)。
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