JPS58149680A - Preparation of immobilized enzyme - Google Patents

Preparation of immobilized enzyme

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JPS58149680A
JPS58149680A JP3268582A JP3268582A JPS58149680A JP S58149680 A JPS58149680 A JP S58149680A JP 3268582 A JP3268582 A JP 3268582A JP 3268582 A JP3268582 A JP 3268582A JP S58149680 A JPS58149680 A JP S58149680A
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enzyme
polymer particles
immobilized enzyme
monomer
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Yutaka Moroishi
裕 諸石
Isoji Sakai
酒井 五十治
Shuji Senda
千田 修治
Yasuo Kihara
木原 康夫
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Nitto Electric Industrial Co Ltd
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Abstract

PURPOSE:To obtain a highly active immobilized enzyme having negligibly small diffusion of the substrate to the surface of the immobilized enzyme, by immobilizing the enzyme to a specific water-dispersible polymer particle through covalent bond. CONSTITUTION:Water-dispersible polymer particles having an average particle diameter of 0.03-2mu are prepared by the emulsion copolymerization of (A) 0.2- 10wt% radically polymerizable monomer selected from methyl acrylate, ethyl acrylate and acrylamide, (B) 10-95wt% radically polymerizable monomer copolymerizable with the monomer (A), (C) 1-20wt% polyfunctional monomer for internal crosslinking, e.g. polyacrylate of a polyhydric alcohol, etc., and (D) 1- 60wt% acrylonitrile or methacrylonitrile. The dispersion of the particles is made to react with hydrazine to convert the acrylic acid ester unit or the acrylamide unit contained in the polymer particles to acid hydrazide unit, and an enzyme is bonded to the polymer by covalent bond through the acid hydrazine group.

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固定化酵素の製造方法に関する。[Detailed description of the invention] The present invention relates to a method for producing an immobilized enzyme.

酵素反応は医薬品、食品等の製造の過程で一部工業的に
も行なわれているが、従来は酵素を基質の水溶液に溶解
させて、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(、生成物と酵素を分離することが非常に固
着であり、酵素が不経済に消費される。そのうえ、反応
が回公式であるから生産性に劣る。
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 the aqueous solution. However, according to this method, while maintaining the reaction conditions constant,
Do not replenish fresh enzyme or deactivate the enzyme after the reaction (separation of the product and enzyme is very sticky and the enzyme is consumed uneconomically. Because it is official, it is less productive.

このような問題を解決するため、既に種々の方法にて酵
素を担体に固定化し、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
の一つとして、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て結合させる担体詰合法が知られ
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1−乃至数一の粒子であり、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(、反
応に長時間を要すると共に反応収率か低いという問題が
ある。
In order to solve these problems, it has already been proposed to immobilize an enzyme on a carrier by various methods and to react the immobilized enzyme with a substrate. As one method for immobilizing such an enzyme, a carrier packing method is known in which the enzyme is bonded to a water-insoluble carrier by covalent bonding, ionic bonding, or physical adsorption. However, the carriers conventionally used in this method are usually particles with a diameter of 1 to several dozen, such as polysaccharide derivatives such as cellulose, dextran, and agarose, polyacrylamide gel, and porous glass. An immobilized enzyme, in which the enzyme is immobilized on particles, is usually packed into a column, immobilized, and brought into contact with a substrate solution. There are problems in that it takes a long time and the reaction yield is low.

本発明は上記した問題を解決するためになされたものて
あって、反応系に詔いて遊離の酵素と同様に自由に移動
でき、従って、固定化酵素表面への基質の拡散が殆ど間
層にならない高活性の固定化酵素を提供することを目的
とする。
The present invention was made in order to solve the above-mentioned problems, and it allows the enzyme to move freely in the same way as a free enzyme by injecting it into the reaction system. The purpose of the present invention is to provide highly active immobilized enzymes that are highly active.

本発明による固定化酵素の製造方法は、(a)メチルア
クリレート、エチルアクリレート及びアクリルアミドか
ら選ばれる少な(とも一種のラジカル重合性単量体0.
2〜lO重量襲、(b)この単量体と共重合し得る第一
のラジカル重合性単量体10〜95重量襲、(c)多官
能性内部架橋用単量体1〜20重量囁、及び(d)第二
のラジカル共重合性単量体としてのアクリロニトリル又
はメタクリロニトリル1〜60重量%を乳化共重合させ
て得られる水分散型高分子重合体粒子の分散液にヒドラ
ジンを反応させ、上記重合体の有する前記アクリル酸エ
ステル又はアクリルアミド単位を酸ヒドラジド単位に変
換し、この酸ヒドラジド基を介して酵素を上記重合体粒
子に共有結合にて結合させることを特徴とする。
The method for producing an immobilized enzyme according to the present invention includes (a) a small amount of a radically polymerizable monomer selected from methyl acrylate, ethyl acrylate, and acrylamide;
(b) a first radically polymerizable monomer copolymerizable with this monomer, 10 to 95 weight units; (c) a polyfunctional internal crosslinking monomer, 1 to 20 weight units; and (d) reacting hydrazine with a dispersion of water-dispersible polymer particles obtained by emulsion copolymerizing 1 to 60% by weight of acrylonitrile or methacrylonitrile as the second radical copolymerizable monomer. The acrylic acid ester or acrylamide unit of the polymer is converted into an acid hydrazide unit, and the enzyme is covalently bonded to the polymer particles via the acid hydrazide group.

本発明においてはメチルアクリレート、エチルアクリレ
ート及びアクリルア夷ドから選ばれる少なくとも一種の
ラジカル重合性単量体を後述する他の単量体と乳化共重
合させ、か(して得られる水分散型高分子重合体粒子の
有する上記アクリル酸エステル又はアクリルアミド単位
をヒドラジンにより酸ヒドラジド単位に変換させる。こ
の峻ヒドラジド単位に変換される単量体としてアクリル
酸のOs以上のアルキルエステルやメタクリル酸エステ
ル、メタクリルアミドを用いると、酸ヒドラジド化に厳
しい条件を要し、高分子重合体粒子の分散安定性を損な
うので好ましくな(、また、多量の熱エネルギーを要す
るので好ましくない。
In the present invention, at least one radically polymerizable monomer selected from methyl acrylate, ethyl acrylate, and acryl acrylate is emulsion copolymerized with other monomers described below, and the water-dispersed polymer obtained by The above-mentioned acrylic ester or acrylamide unit possessed by the polymer particles is converted into an acid hydrazide unit by hydrazine.As the monomer to be converted into this strong hydrazide unit, an alkyl ester of acrylic acid having Os or higher, a methacrylic ester, or methacrylamide is used. If used, severe conditions are required for acid hydrazidation, impairing the dispersion stability of the polymer particles, which is undesirable (and also undesirable, since a large amount of thermal energy is required).

第一のラジカル重合性単量体としては上記メチルアクリ
レート、エチルアクリレート及びアクリルアミド並びに
後述する第二のラジカル重合性単量体としてのアクリロ
ニトリル反びメタクリロニトリルを除いて、特に制限さ
れることなく、種々の単量体が用いられ、好家しくはエ
チレン、プロピレン、塩化ビニル、酢酸ビニル、プロピ
オン酸ビニル、アクリル酸のOs以上のアルキルエステ
ル、メタクリル酸エステル、スチレン、メチルスチレン
、ビニルトルエン、ブタジエシ、イソプレン、メタクリ
ルアミド等の一種又は二種以上が用いられる。特に好ま
しくはアクリル酸のOs以上のアルキルエステル、メタ
クリル酸エステル又はスチレンが用いられる。これらの
ラジカル共重合性単量体は、得られる共重合体が酵素反
応の行なわれる温度より高いガラス転移点を有するよう
に選ばれる。
The first radically polymerizable monomer is not particularly limited, except for the above-mentioned methyl acrylate, ethyl acrylate, and acrylamide, and acrylonitrile and methacrylonitrile as the second radically polymerizable monomer described below. Various monomers are used, preferably ethylene, propylene, vinyl chloride, vinyl acetate, vinyl propionate, alkyl esters of acrylic acid with Os or higher, methacrylic esters, styrene, methylstyrene, vinyltoluene, butadiene, One or more types of isoprene, methacrylamide, etc. are used. Particularly preferably, alkyl esters of acrylic acid having Os or higher, methacrylic esters, or styrene are used. These radical copolymerizable monomers are selected so that the resulting copolymer has a glass transition point higher than the temperature at which the enzyme reaction is carried out.

また、多官能性内部架橋用ラジカル重合性単量体として
は多価アルコールのポリ(メタ)アクリレートか好まし
く、具体的にはエチレ、ングリコールジメタクリレート
、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ラレル
。ジビニルベンゼンも廟いられる。
In addition, as the radically polymerizable monomer for polyfunctional internal crosslinking, poly(meth)acrylates of polyhydric alcohols are preferable, and specifically, ethylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol dimethacrylate, and dipropylene glycol dimethacrylate. , 1,3-butylene glycol dimethacrylate, triethylene glycol diacrylate, trimethylolpropane trimethacrylate, trimethylolpropane triacrylate, tetramethylolmethanetetraacrylate, etc. are used as larel. Divinylbenzene is also used.

更に、本発明においては、水分散型高分子重合体粒子は
、第二の共重合性単鎖体成分としてアクリロニトリル及
び/又はメタクリロ二トリルを含有することが必須であ
る。
Furthermore, in the present invention, it is essential that the water-dispersed polymer particles contain acrylonitrile and/or methacrylonitrile as the second copolymerizable single chain component.

本発明において用いる水分散型高分子重合体粒子は上記
各単量体を水媒体中にて通常の方法で乳化共重合させる
ことにより得ることかできるが、得られる重合体粒子中
に乳化剤が混在すると、酵素が失活する等の有害な影響
かあられれることがあるので、乳化重合に際しては乳化
剤を用いないのが好ましい。本発明にかける単量体組成
によれば、特に乳化剤を要せずして安定に乳化共重合さ
せることかできるからである。但し、乳化剤が酵素に対
して有害な影響を与えなければ乳化剤を必要に応じて用
いてもよい。
The water-dispersed polymer particles used in the present invention can be obtained by emulsion copolymerizing the above-mentioned monomers in an aqueous medium by a conventional method, but the resulting polymer particles contain an emulsifier. This may cause harmful effects such as deactivation of the enzyme, so it is preferable not to use an emulsifier during emulsion polymerization. This is because, according to the monomer composition of the present invention, stable emulsion copolymerization can be carried out without particularly requiring an emulsifier. However, an emulsifier may be used if necessary, provided that the emulsifier does not have a detrimental effect on the enzyme.

本発明において乳化共重合させる単量体組成は、メチル
アクリレート、エチルアクリレ−[及びアクリルアミド
から選ばれる少な(とも一種の単量体・!l−10重量
襲、好家計くは0.5〜8重量重量率一の単量体10〜
980〜98璽量襲くは20〜900〜90璽量襲橋用
単量体1〜20璽量襲、好ましくは2〜10璽量襲、及
びアクリロニトリル又はメタクリロニトリル1〜60重
量囁、好ましくは5〜40璽量襲である。
In the present invention, the monomer composition to be emulsion copolymerized is a monomer selected from methyl acrylate, ethyl acrylate, and acrylamide. Monomer with a weight ratio of 1 to 10
980 to 98 weight range is 20 to 900 to 90 weight range monomer 1 to 20 weight range, preferably 2 to 10 weight range, and acrylonitrile or methacrylonitrile 1 to 60 weight range, preferably is 5 to 40 times.

メチルアクリレート、エチルアクリレート及び/又はア
クリルアミドの量は、得られる重合体粒子への酵素固定
化量と関連し、少なすぎるときは酵素を十分な量にて固
定化することができず、一方、多すぎるときは、得られ
る重合体粒子の有する上記アクリル酸エステル又はアク
リルアミド単位をヒドラジンにて酸ヒドラジド化する際
に水溶性成分が多量に生じるので好ましくない。即ち、
このような水溶性成分が生じると、一部は水不溶性の重
合体粒子中テルに吸着されて残り、ヒドラジド基を介し
て酵素を重合体粒子に固定化するとき、この水溶性成分
にも酵素が固定化される。仁のように水溶性成分を含む
担体6ζ酵素が固定化された固定化酵素は、酵素反応の
際に水不溶性の水分散型高分子重合体粒子から溶出し、
固定化酵素自体の活性の経時低下が著しいうえに、基質
や反応生成物と混合するので、反応後にその分離を要す
る等の種々の不都合か生じる。
The amount of methyl acrylate, ethyl acrylate and/or acrylamide is related to the amount of enzyme immobilized on the obtained polymer particles; if it is too small, the enzyme cannot be immobilized in a sufficient amount; If it is too high, a large amount of water-soluble components will be produced when the acrylic ester or acrylamide units of the obtained polymer particles are acid-hydrazided with hydrazine, which is not preferable. That is,
When such water-soluble components are generated, some of them are adsorbed to the polymer particles in the water-insoluble polymer particles and remain. is fixed. The immobilized enzyme, on which the 6ζ enzyme is immobilized, is eluted from the water-insoluble water-dispersible polymer particles during the enzymatic reaction.
The activity of the immobilized enzyme itself decreases markedly over time, and since it mixes with the substrate and reaction products, it causes various inconveniences, such as the need to separate them after the reaction.

しかしながら、本発明に従って、メチルアクリレート、
エチルアクリレート及びアクリルアミドから選ばれる少
なくとも一種の単量体と内部架橋用単量体とアクリロニ
トリル又はメタクリロニトリルとを乳化共重合させるξ
とkより、重合の安定性が確保されると共に、!It、
<ない水溶性重合体の生成が抑止される。このような結
果が得られる理由は明確ではないか、重合初期に生じる
メチルアククレート、エチルアククレート及び/又はア
クリルアミドを主成分とする水溶性低分子量重合体にア
クリロニトリル又はメタクリロニトリルと内部架橋用車
量体か有効に共重合して水不溶化すると共に、重合が安
定化するのであろう。従って、アクリロニトリル又はメ
タタリロニトリルの量が上記範囲より少なすぎるとき、
又は多すぎるときは、重合の安定性が損なわれる。また
、内部架橋用単量体が少なすぎるときは水溶性重合体の
副生が多くなり、一方、多すぎるときは重合が安定性に
欠けるようになる。
However, according to the invention, methyl acrylate,
ξ Emulsion copolymerization of at least one monomer selected from ethyl acrylate and acrylamide, an internal crosslinking monomer, and acrylonitrile or methacrylonitrile
From and k, the stability of polymerization is ensured, and! It,
<The formation of water-soluble polymers is inhibited. The reason why such results are obtained is not clear, or the water-soluble low molecular weight polymer mainly composed of methyl acrylate, ethyl acrylate and/or acrylamide produced at the initial stage of polymerization is mixed with acrylonitrile or methacrylonitrile for internal crosslinking. The polymer may effectively copolymerize to make the polymer insoluble in water and stabilize the polymerization. Therefore, when the amount of acrylonitrile or metatallonitrile is too less than the above range,
Alternatively, if the amount is too large, the stability of polymerization will be impaired. Furthermore, if the internal crosslinking monomer is too small, a large amount of water-soluble polymer will be produced as a by-product, while if it is too large, the polymerization will lack stability.

本発明において水分散型高分子重合体粒子の平均粒径は
0.03〜21.好ましくは0.07〜IPである。粒
径が小さすぎると、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か困難となり、一方、粒径か
大きすぎると、単位体積当りの粒子表面積が小さくなり
、酵素の固定化量か少なくなると共に、水中に分散させ
るのが困難となるので好ましくない。
In the present invention, the average particle diameter of the water-dispersed polymer particles is 0.03-21. Preferably it is 0.07 to IP. If the particle size is too small, it will be difficult to recover the immobilized enzyme after dispersing it in water and carrying out the enzymatic reaction. On the other hand, if the particle size is too large, the particle surface area per unit volume will be small, and the enzyme will be difficult to recover. This is not preferable because it reduces the amount of immobilization and makes it difficult to disperse in water.

本発明においては、このようにして得られる水分散型高
分子重合体粒子の水分散液にヒドラジンを反応させ、重
合体の有するメチルアクリレート、エチルアクリレート
又はアクリルアミド単位を酸ヒドラジド単位に変換する
。このための条件としては重合体粒子の水分散性か損な
われずに、酵素の固定化に用い得るに足る量のヒドラジ
ド基が生成するように選ばれる。好ましくは5〜50襲
濃度の抱水ヒドラジンを用い、40〜80℃の温度で1
〜24時間反応させる。反応温度か高い程、また、抱水
ヒドラジンのJiffが高い程、ヒドラジド基が多く生
成することは明らかであろう。
In the present invention, the aqueous dispersion of water-dispersible polymer particles thus obtained is reacted with hydrazine to convert the methyl acrylate, ethyl acrylate, or acrylamide units contained in the polymer into acid hydrazide units. Conditions for this purpose are selected so that a sufficient amount of hydrazide groups are generated to be used for immobilizing the enzyme without impairing the water dispersibility of the polymer particles. Preferably, hydrazine hydrate with a concentration of 5 to 50 is used, and 1
Allow to react for ~24 hours. It is clear that the higher the reaction temperature and the higher the Jiff of hydrazine hydrate, the more hydrazide groups are produced.

このようにしてヒドラジド基を有せしめた重合体粒子に
酵素を共有結合により固定化するには、ヒドラジド基に
酵素を固定化するため(従来より知られている方法によ
ることができる。例えば、一つの方法として、重合体粒
子の有するヒドラジド基に塩峻酸性下に亜硝酸ナトリウ
ムを作用させて酸アジド基とし、この酸アジド基に酵素
のアミノ基を反応させ、ペプチド結合を形成させること
により酵素を重合体粒子に固定化する。また、別の方法
として、重合体粒子に無水コハク酸を反応させてスクシ
ニルヒドラジド基とし、水溶性カルボジイミドを用いて
酵素を反応させることにより、酵素のアミノ基にペプチ
ド結合を形成させて、重合体粒子に固定化することもで
きる。このようにして酵素を重合体粒子に共有結合にて
固定した後、固定されていない酵素を遠心分離、膜分離
等によって除去すれば、本発明による固定化酵素が得ら
れる。
In order to immobilize the enzyme to the polymer particles having hydrazide groups in this way by covalent bonding, it is possible to immobilize the enzyme to the hydrazide groups by a conventionally known method. One method is to react the hydrazide group of the polymer particles with sodium nitrite under mildly acidic conditions to form an acid azide group, and react the amino group of the enzyme with the acid azide group to form a peptide bond. As another method, polymer particles are reacted with succinic anhydride to form succinyl hydrazide groups, and then reacted with an enzyme using water-soluble carbodiimide to form amino groups of the enzyme. It is also possible to form peptide bonds and immobilize the enzyme on polymer particles.After the enzyme is covalently immobilized on the polymer particle in this way, unimmobilized enzyme is removed by centrifugation, membrane separation, etc. Then, the immobilized enzyme according to the present invention is obtained.

不発明による固定化酵素は分散液として用いられ、基質
と接触される6wA定化醇化酵素用量は、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。
The immobilized enzyme according to the invention is used as a dispersion liquid, and the amount of the 6wA fixed fermentation enzyme contacted with the substrate is determined as appropriate depending on the particle size of the immobilized enzyme, the amount of immobilized enzyme, the required reaction rate, the substrate concentration, etc. determined.

本発明において固定化される酵素は菌体内酵素でよく、
菌体外酵素でもよい。また、酵素は必らずしも高度に精
製されている必要はな(、抽出液や部分精製品も用いら
れる。更に、本発明に従って単一の酵素を固定化しても
よいが、複数の酵素を固定化してもよい。酵素の具体例
としては、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1.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
ルトランスフェラーゼ、アスパラギン酸アミノトランス
フェラーゼ、グリシンアミノトランスフェラーゼ、グル
タミン酸−オキザロ酢酸アミノトランスフェラーゼ、グ
ルタミン酸−ビルピン酸アミノトランスフェラーゼ、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
ェラーゼ、ピルビン酸キナーゼ、アラクトキナーゼ、ヘ
キソキナーゼ、δ−リジンアセチルトランスフェラーゼ
、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、ナリンギナーゼ、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、ヘキ
ソキナーゼ、ペプシン、ペクチナーゼ、ペニシリンアミ
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、アスパ
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、フェニルア
ラニンアンモニアリアーゼ、フマラーゼ、7マール駿ヒ
ドラターゼ、リンゴ峻シンテターゼのようなリアーゼ、
アスパラギナーゼ、グルコースイソメラーゼ、グルコー
スホス7エートイソメラーゼ、グルタミン酸うセ7−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りガーゼ等を挙げ
ることかで舎る。
The enzyme immobilized in the present invention may be an intracellular enzyme,
It may also be an extracellular enzyme. Furthermore, enzymes do not necessarily need to be highly purified (extracts and partially purified products can also be used.Furthermore, a single enzyme may be immobilized according to the present invention, but multiple enzymes may be immobilized). Examples of enzymes include amino acid oxidase, catalase, xanthine oxidase, glucose oxidase, glucose-6-phosphate dehydrogenase 1. Glutamate dehydrogenase, cytochrome C oxidase, tyrosinase, lactate dehydrogenase, peroxidase, 6 −
Oxidoreductases such as phosphogluconate dehydrogenase, malate dehydrogenase, aspartate acetyltransferase, aspartate aminotransferase, glycine aminotransferase, glutamate-oxaloacetate aminotransferase, glutamate-virupate aminotransferase, creatine phosphokinase, histamine methyltransferase , pyruvate kinase, aractokinase, 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, naringinase, nucleotidase, papain, hyaluronidase, plasmin, pectinase, hexokinase, pepsin, pectinase, penicillin amidase, phospholipase, phosphatase, lactase, lipase, ribonuclease, rennin. Hydrolytic enzymes such as aspartate decarboxylase, aspartase, citrate lyase, glutamate decarboxylase, histidine ammonia lyase, phenylalanine ammonia lyase, fumarase, 7-mer hydratase, lyases such as apple synthetase,
Isomerase enzymes such as asparaginase, glucose isomerase, glucose phos-7ate isomerase, glutamate racemase, lactate racemase, methionine racemase, gauze such as asparagine synthase, glutathione synthase, pyruvate synthase, etc. Ru.

本発明による固定化酵素は、以上のように、酵素がヒド
ラジド基を有する水分散型高分子重合体粒子に共有結合
にて固定化されており、従来のセルロース誘導体担体粒
子等の場合と興なり、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(殆ど影響を与えず、従って、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、酵素は担体に固定化され
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って容易
に回収でき、長期間にわたって繰返して使用することが
できる。
As described above, in the immobilized enzyme of the present invention, the enzyme is covalently immobilized on water-dispersed polymer particles having hydrazide groups, and is different from conventional cellulose derivative carrier particles. Since the immobilized enzyme itself can move freely within the reaction system in the same way as free enzyme, diffusion of the substrate has almost no effect on the reaction. The enzyme reaction can be carried out at a high reaction rate.Moreover, since the enzyme is immobilized on a carrier, after the enzyme reaction, centrifugation, salting out, coagulation precipitation using a flocculant, membrane separation using a porous membrane, etc. It can be easily recovered and used repeatedly over a long period of time.

更に、本発明において用いる担体としての水分散性高分
子重合体粒子は、その製造面からみれば、乳化剤を用い
ることなく、且つ、望ましくない水溶性重合体の生成な
く、安定に乳化共重合にて得ることかできる。また、ア
クリロニトリル又はメタクリレートリルと内部架橋剤を
併用することにより、得られる水分散型高分子重合体粒
子は強度が大きいと共に、粒子相互の粘着も起らない。
Furthermore, from the viewpoint of production, the water-dispersible polymer particles used as a carrier in the present invention can be stably emulsion copolymerized without using an emulsifier and without producing undesirable water-soluble polymers. You can get it. Furthermore, by using acrylonitrile or methacrylaterile in combination with an internal crosslinking agent, the obtained water-dispersed polymer particles have high strength and do not cause adhesion between particles.

実施例1 メチルアクリレ−) 10y 、メチルメタクリレート
73g、  )リエチレングリコールジメタクリレー?
 2g及びアクリロニトリル151を蒸留水230gに
加え、過硫酸カリウム0.31を水10yに溶解した重
合開始剤水溶液を10℃の湿度で窒素気流下に加え、1
20mで攪拌しつつ8時間重合させて、固形分30襲、
平均粒径0.ISp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0.03弧であ
った。
Example 1 Methyl acrylate) 10y, methyl methacrylate 73g, )lyethylene glycol dimethacrylate?
2 g and acrylonitrile 151 were added to 230 g of distilled water, and an aqueous polymerization initiator solution prepared by dissolving 0.31 potassium persulfate in 10 y of water was added under a nitrogen stream at a humidity of 10°C.
Polymerization was carried out for 8 hours while stirring at 20 m, and the solid content was 30%.
Average particle size 0. An aqueous dispersion of polymer particles of ISp was obtained. The polymerization was very stable, with aggregates of 0.03 arc.

この重合体粒子分散液10G−に40襲抱水ヒドラジン
40 dを加え、攪拌しながら50℃の温度で6時間反
応させた後、遠心分離して沈降した重合体粒子を0.1
 M塩化す) +7ウム水溶液で洗滌した。
40 d of hydrazine hydrated was added to 10 g of this polymer particle dispersion, and after reacting at a temperature of 50° C. for 6 hours with stirring, the precipitated polymer particles were separated by centrifugation.
The sample was washed with an aqueous solution of M chloride).

このようにして得られた酸ヒドラジド基を有する重合体
粒子を0.3N塩酸水溶液10011114に再分散さ
せ、5℃に冷却し、1M亜硝酸ナトリウム水溶液50−
を加えて、5℃で1時間反応させることkより、酸ヒド
ラジド基を酸アジド基に変換した。
The thus obtained polymer particles having acid hydrazide groups were redispersed in 0.3N aqueous hydrochloric acid solution 10011114, cooled to 5°C, and 1M sodium nitrite aqueous solution 50-
was added and reacted at 5° C. for 1 hour to convert the acid hydrazide group to an acid azide group.

遠心分離して沈降した重合体粒子を0.1 Mスルファ
ミン酸水溶液、次に水で洗滌した後1、水100dに分
散させた。
The polymer particles precipitated by centrifugation were washed with a 0.1 M aqueous sulfamic acid solution and then with water, and then dispersed in 100 d of water.

トリプシン1.51 を水30mに溶解した酵素水溶液
を上記重合体粒子分散液に加え、5℃の温度で200時
間反応せた。反応後、遠心分離して沈降した重合体粒子
を0.1Mリン酸水素二カリウム及び0.1Mりン酸二
水素カリウムから皺襞した緩衝液(pH7,0)で洗滌
して未向定のトリプシンを除き、再び緩衝液に分散させ
て本発明による固定化酵素を得た。
An enzyme aqueous solution prepared by dissolving 1.51 g of trypsin in 30 ml of water was added to the above polymer particle dispersion, and reacted at a temperature of 5° C. for 200 hours. After the reaction, the precipitated polymer particles were centrifuged and washed with a buffer solution (pH 7.0) made from 0.1 M dipotassium hydrogen phosphate and 0.1 M potassium dihydrogen phosphate to remove undirected trypsin. was removed and dispersed again in a buffer solution to obtain an immobilized enzyme according to the present invention.

この固定化酵素のトリプシン同定化量は、重合体粒子1
g当り201119であり、また、1%カゼイン水溶液
を基質として測定した活性収率は70%であった。
The amount of trypsin identified in this immobilized enzyme is
The activity yield was 201,119 per g, and the activity yield measured using a 1% casein aqueous solution as a substrate was 70%.

尚、活性収率き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を意味する。ここでは、1%カゼ
イン水溶液を基質として酵素を35℃で10分間反応さ
せた後、5襲トサクロル酢酸により高分子量タンパク質
を沈殿させ、遊離の非タンパク性分解質量を280 a
mの吸光度から求め、この吸光度を1分間に1.0増加
させる活性を1単位として、酵素固定化量を同じ活性を
有する遊離の酵素量で除して求めた。
Incidentally, the activity yield means the ratio of the actual activity to the theoretical amount of the activity of the immobilized enzyme. Here, the enzyme was reacted with a 1% casein aqueous solution as a substrate at 35°C for 10 minutes, and then high molecular weight proteins were precipitated with 5-stroke tosachloroacetic acid, and the free non-protein decomposed mass was reduced to 280 a
The amount of immobilized enzyme was divided by the amount of free enzyme having the same activity, with the activity of increasing this absorbance by 1.0 per minute as one unit.

尚、反応後の上記固定化酵素を遠心分離し、緩衝液で洗
滌して再び基質と反応させたところ、最初の反応とほぼ
同じ活性を示した。
After the reaction, the immobilized enzyme was centrifuged, washed with a buffer, and reacted with the substrate again, and it showed almost the same activity as the initial reaction.

比較例1 メチルアクリレート10y 、メチルメタクサレ−ドア
51及びアクリロニトリル15yを実施例12同様にし
て乳化共重合させ、固形分30%、平均粒径0.15μ
の重合体粒子の水分散液を得た。凝集物は0.5%であ
った。
Comparative Example 1 Methyl acrylate 10y, methylmethacrylate 51 and acrylonitrile 15y were emulsion copolymerized in the same manner as in Example 12 to obtain a solid content of 30% and an average particle size of 0.15μ.
An aqueous dispersion of polymer particles was obtained. Aggregates were 0.5%.

この重合体粒子分散液に実施例1と同様の方法によりト
リプシンを固定化したところ、トリプシンの固定化量は
重合体粒子l、当り15IIIISJであり、活性収率
は実施例1と同じ条件下で70%であった。また、この
反応後に遠心分離して沈降した重合体粒子を緩衝液で洗
滌した後、再び基質と反応させたところ、その活性は最
初の活性の70%に低下していた。
When trypsin was immobilized on this polymer particle dispersion by the same method as in Example 1, the amount of trypsin immobilized was 15IIISJ per liter of polymer particles, and the activity yield was determined under the same conditions as in Example 1. It was 70%. Further, after this reaction, the precipitated polymer particles were centrifuged and washed with a buffer solution, and then reacted with the substrate again, and the activity was found to have decreased to 70% of the initial activity.

比較例2 メチルアクリレ−) 10f、メチルメタクリレート8
8f及びトリエチレングリコールジメタクリレ) 2y
を実施例1と同様に乳化共重合させ、固形分29%、平
均粒径0.25μの重合体粒子の水分散液を得た。重合
は不安定であって、凝集物は5外であった。
Comparative Example 2 Methyl acrylate) 10f, Methyl methacrylate 8
8f and triethylene glycol dimethacryle) 2y
was subjected to emulsion copolymerization in the same manner as in Example 1 to obtain an aqueous dispersion of polymer particles with a solid content of 29% and an average particle size of 0.25 μm. The polymerization was unstable and the aggregates were outside of 5.

実施例2 アクリルアミド10f、スチレン5%、メチルメタクリ
レ−)18y、ジビニルベンゼン2f及びアクリロニト
リル20pを蒸留水230fに加え、実施例1とris
sの方法にて乳化共重合して、固形分30囁、平均粒径
0.25μの重合体粒子の分散液を得た。
Example 2 10f of acrylamide, 5% of styrene, 18y of methyl methacrylate, 2f of divinylbenzene, and 20p of acrylonitrile were added to 230f of distilled water, and Example 1 and ris
Emulsion copolymerization was carried out using the method described in s. to obtain a dispersion of polymer particles with a solid content of 30 μm and an average particle size of 0.25 μm.

重合は非常に安定であって、凝集物は0.02%であっ
た。
The polymerization was very stable with 0.02% agglomerates.

この重合体粒子の水分散液100m1に40%抱水ヒド
ラジン40 sagを加え、攪拌しながら60℃の温度
で3時間反応させて、重合体の有する酸アミド基を酸ヒ
ドラジド基化した。遠心分離し、沈降した重合体粒子を
0.1M塩化ナトリウム水溶液で洗滌した。
40 sag of 40% hydrazine hydrate was added to 100 ml of the aqueous dispersion of the polymer particles, and the mixture was reacted with stirring at a temperature of 60° C. for 3 hours to convert the acid amide group of the polymer into an acid hydrazide group. After centrifugation, the precipitated polymer particles were washed with a 0.1M aqueous sodium chloride solution.

この重合体粒子を再び水tooyz分散させ、無水コハ
ク820gを加えて、pHを4に調整しながら室温で4
時間反応させた後、遠心分離して沈降した重合体粒子を
水で洗滌した。かくして得られたスクシニルヒドラジド
基を有する重合体粒子を水100 mに分散し、l−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−トルエンスルホン酸20yを水20
0dに溶解したカルボジイミド水溶液を上記分散液に加
え、攪拌し、pHをS、Oに調整した。
The polymer particles were again dispersed in water tooyz, 820 g of anhydrous amber was added, and the pH was adjusted to 4 at room temperature.
After reacting for an hour, the polymer particles were centrifuged and the precipitated polymer particles were washed with water. The thus obtained polymer particles having succinyl hydrazide groups were dispersed in 100 ml of water, and 20 y of l-cyclohexyl-3-(2-morpholinoethyl)carbodiimide-meth-p-toluenesulfonic acid was dissolved in 20 ml of water.
A carbodiimide aqueous solution dissolved in 0d was added to the above dispersion, stirred, and the pH was adjusted to S,O.

α−アミラーゼ2,5f を水5011Jに溶解し、p
Hを5.OK調整したif?素水溶水溶液記重合体粒子
分散液に加え、攪拌下、pHを5.6に調整しつつ、5
℃で24時間反応させてα−アミラーゼを重合体粒子に
固定化した。反応後、遠心分離によ′り沈降した重合体
粒子を緩衝液KC#c滌して未固定のα−アミラーゼを
除去し1、再び、緩衝液に分散させて本発明による固定
化酵素・番樽た。
α-amylase 2,5f was dissolved in 5011 J of water, and p
H5. OK adjusted if? 5. Add to the polymer particle dispersion as an aqueous solution and adjust the pH to 5.6 while stirring.
The α-amylase was immobilized on the polymer particles by reacting at ℃ for 24 hours. After the reaction, the polymer particles precipitated by centrifugation are added to buffer solution KC#c to remove unimmobilized α-amylase1, and then dispersed in the buffer solution again to obtain the immobilized enzyme/number according to the present invention. It was a barrel.

この固定化酵素のα−アーミ・ラー、ゼの固定化量は重
合体粒子1 当り307であり、活性収率は36外であ
った。活性収率は、3こつでは、1%デンプン水溶液を
葺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、デンプン分解速度(s9/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。
The amount of α-amylarase immobilized in this immobilized enzyme was 307 per polymer particle, and the activity yield was 36. The activity yield is calculated by reacting the immobilized enzyme at 35°C for 10 minutes using a 1% starch aqueous solution as a covering material, and determining the amount of starch decomposed from the iodine starch reaction. The speed (s9/min) was obtained, and the amount of free enzyme having the same activity was divided by the amount of immobilized enzyme.

特許出願人   日東電気工業株式会社代理人 弁理士
牧野逸部
Patent applicant Nitto Electric Industry Co., Ltd. Agent Patent attorney Itsube Makino

Claims (1)

【特許請求の範囲】 111  <aJメチルアクリレート、エチルアクリレ
ート及びアクリルアミドから選ばれる少な(とも一種の
ラジカル重合性単量体0.2〜10重量2゜(6)この
単量体と共重合し得る第一のラジカル重合性単量体10
−115重量囁、(C)多官能性内部架橋用単量体1−
20重量襲、及び(d)第二のラジカル共重合性単量体
としてのアクリロニトリル又はメタクリロニトリル1〜
60重量襲を乳化共重合させて得られる水分散型高分子
重合体粒子の分散液にヒドラジンを反応させ、上記重合
体の有する前記アクリル駿エステル又はアクリルアミド
単位を酸ヒドラジド単位に変換し、この酸ヒドラジド基
を介して酵素を上記重合体粒子に共有結合にて結合させ
ることを特徴とする固定化酵素の製造方法。 (2)  水分散型高分子重合体粒子が0.03〜2μ
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の製造方法。 口) 第一の単量体がアクリル酸のOs以上のアルキル
エステル、メタクリル酸エステル又はスチレンであるこ
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
の製造方法。 (4)多官能性内部架橋用単量体が多価アルコールのポ
リアククレート又はポリアククレートであることを特徴
とする特許請求の範囲第1項記載の固定化酵素の製造方
法。
[Scope of Claims] 111 <aJ A small amount selected from methyl acrylate, ethyl acrylate and acrylamide (both 0.2 to 10% by weight 2° (6) capable of copolymerizing with this monomer) First radically polymerizable monomer 10
-115 weight, (C) polyfunctional internal crosslinking monomer 1-
20% by weight, and (d) acrylonitrile or methacrylonitrile as the second radical copolymerizable monomer.
A dispersion of water-dispersed polymer particles obtained by emulsion copolymerization of 60% by weight is reacted with hydrazine to convert the acrylic ester or acrylamide units of the polymer into acid hydrazide units, and the acid A method for producing an immobilized enzyme, which comprises bonding the enzyme to the polymer particles via a hydrazide group through a covalent bond. (2) Water-dispersed polymer particles are 0.03 to 2μ
2. The method for producing an immobilized enzyme according to claim 1, wherein the immobilized enzyme has an average particle size of . 2. The method for producing an immobilized enzyme according to claim 1, wherein the first monomer is an alkyl ester of acrylic acid having an Os or higher, a methacrylic ester, or styrene. (4) The method for producing an immobilized enzyme according to claim 1, wherein the polyfunctional internal crosslinking monomer is polyacrylate or polyacrylate of a polyhydric alcohol.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS62167306A (en) * 1986-01-17 1987-07-23 Nippon Paint Co Ltd Three-dimensional resin particle

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