JPS587649B2 - NAD↑+-polyethylene glycol derivative - Google Patents

NAD↑+-polyethylene glycol derivative

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JPS587649B2
JPS587649B2 JP3789880A JP3789880A JPS587649B2 JP S587649 B2 JPS587649 B2 JP S587649B2 JP 3789880 A JP3789880 A JP 3789880A JP 3789880 A JP3789880 A JP 3789880A JP S587649 B2 JPS587649 B2 JP S587649B2
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nad
polyethylene glycol
derivative
glycol derivative
molecular weight
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岡田弘輔
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OOSAKA DAIGAKUCHO
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OOSAKA DAIGAKUCHO
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、応用生化学、酵素工学、酵素レアクター等の
技術分野で用いられるNAD+−ポリエチレングリコー
ル誘導体に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to NAD+-polyethylene glycol derivatives used in technical fields such as applied biochemistry, enzyme engineering, and enzyme reactors.

従来、補酵素、NAD+(=コチンアミドーアデニンジ
ヌクレオチド)を高分子化して尚かつ補酵素活性を保有
させた高分子化NAD+とじては、次のようなものが合
成されている。
Conventionally, the following polymerized NAD+, which is obtained by polymerizing the coenzyme NAD+ (=cotinamide adenine dinucleotide) and retains coenzyme activity, has been synthesized.

すなわち、N6−(6−aminohexyl)一ca
rbamoyl一NAD+一dextran、N6−(
6−aminohexyl)−carbamoyl−N
AD+−sephadex,8−(2−carboxy
etlylthio)−NAD十一polyethyl
cneimine、8−(2−c’arboxyetl
ylthio)−NAD十−polylysine,S
uccinyl−NAD+polyet}ylenei
mine、Succinyl−NAD十−forryl
polyethyleneimine、N6−(4−(
3−Hydroxybutyl))−NAD+−pol
yethyleneimineなどがある。
That is, N6-(6-aminohexyl) - ca
rbamoyl-NAD+1-dextran, N6-(
6-aminohexyl)-carbamoyl-N
AD+-sephadex, 8-(2-carboxy
etlylthio)-NAD eleven polyethyl
cneimine, 8-(2-c'arboxyetl
ylthio)-NAD-polylysine,S
uccinyl-NAD+polyet}ylenei
mine, Succinyl-NAD-forryl
polyethyleneneimine, N6-(4-(
3-Hydroxybutyl))-NAD+-pol
There are such things as yetyleneimine.

ところで上述の高分子化NAD+は、いずれも補酵素活
性が不安定であるか、低いか、特定の酵素に対してしか
補酵素活性を示さないものであったし、あるいは高い濃
度で使用したとき高粘度のため酵素レアクターに応用で
きないものであった本発明は、上述の諸点に鑑みて提案
されるもので、脱水素酵素反応またはその逆反応生産物
の全部に適当しうるNAD+−ポリエチレングリコール
誘導体を提供することを目的とする。
By the way, all of the above-mentioned polymerized NAD+ have unstable or low coenzyme activity, or only show coenzyme activity against specific enzymes, or when used at high concentrations. The present invention, which could not be applied to enzyme reactors due to its high viscosity, was proposed in view of the above-mentioned points. The purpose is to provide

このため本発明は、分子量3000〜20000のポリ
エチレングリコールの末端にアミノ基を導入した誘導体
と、N6−カルボキシアルキル−NAD+とからなり、
ポリエチレングリコール誘導体1分子に対してNAD十
残基1分子がペプチド結合した化学構造式、 で示されるNAD十一ポリエチレングリコール誘導体を
要旨とする。
Therefore, the present invention consists of a derivative of polyethylene glycol having a molecular weight of 3,000 to 20,000 and having an amino group introduced at the end, and N6-carboxyalkyl-NAD+.
The substance is an NAD 11 polyethylene glycol derivative represented by the following chemical structural formula, in which 1 molecule of NAD 10 residues is peptide-bonded to 1 molecule of the polyethylene glycol derivative.

以下、本発明の実施例について説明すると、その具体例
としては次のようなものがある。
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described. Specific examples thereof include the following.

こには、NAD+のアデニン環の6位のアミン基をカル
ボキシアルキル化したNAD十誘導体と、分子量300
0〜20000のポリエチレングリコールの末端水酸基
をテミノ基に置換した誘導体とをペプチド結合させた誘
導体である。
In this case, an NAD derivative with a molecular weight of 300 and a carboxyalkylated amine group at the 6-position of the adenine ring of NAD
It is a derivative obtained by bonding a peptide bond with a derivative in which the terminal hydroxyl group of polyethylene glycol of 0 to 20,000 is substituted with a temino group.

nは70以上450以下のもの、mは1以上6以下のも
のである。
n is 70 or more and 450 or less, and m is 1 or more and 6 or less.

ただしポリエチレングリコール誘導体1分子KNAD十
残基1分子が結合されている。
However, one molecule of polyethylene glycol derivative and one molecule of 10 KNAD residues are bound.

次に、その合成例について説明すると、N6−carb
oyethyl−NAD+0.6?と、ポリエチレング
リコールの末端をアミン化した誘導体(以下、NH2−
PEGと略称する。
Next, to explain the synthesis example, N6-carb
oyethyl-NAD+0.6? and a terminally aminated derivative of polyethylene glycol (hereinafter referred to as NH2-
It is abbreviated as PEG.

)(分子量3000〜3700)4.96fとを水15
mlに溶かし、pHを4.5以下に保ちながら少量ずつ dicyclohexyl carbodi imid
eを合計51加えて反応させる。
) (molecular weight 3000-3700) 4.96f and water 15
ml, and add dicyclohexyl carbodi imid little by little while keeping the pH below 4.5.
A total of 51 pieces of e were added and reacted.

室温で24時間反応させた反応混液をヂクロ口メタンで
抽出し、カチオン交換、アニオン交換、カラムクロマト
グラフイにより精製し、薄層クロマトグラフにより単一
スポットを与えるNAD十一ポリエチレングリコール誘
導体を得た。
The reaction mixture, which was reacted for 24 hours at room temperature, was extracted with dichloromethane and purified by cation exchange, anion exchange, and column chromatography to obtain an NAD 11 polyethylene glycol derivative that gave a single spot by thin layer chromatography. .

これは、セファデツクスG−75によるクロマトグラフ
イにより高分子化されたNAD+であり、その収率は4
6%であった。
This is NAD+ that has been polymerized by chromatography using Sephadex G-75, and the yield is 4.
It was 6%.

また分子量20000のポリエチレングリコールを出発
物質として末端をアミン基に置換し、N6−carbo
xyethyl−NAD十と結合させた。
In addition, using polyethylene glycol with a molecular weight of 20,000 as a starting material, the terminal was substituted with an amine group, and N6-carbo
It was combined with xyethyl-NAD.

このようにして得られる本発明のNAD+−ポリエチレ
ングリコール誘導体は、高い補酵素活性を広汎な脱水素
酵素に対して有するのみでなく、長期間の連続反応にも
安定であり、しかもNAD+相当で3mMに濃度を上げ
ても粘度、溶解性などの物性が酵素反応の障害にならな
いという特性がある。
The NAD+-polyethylene glycol derivative of the present invention obtained in this way not only has high coenzyme activity against a wide range of dehydrogenases, but is also stable for long-term continuous reactions, and is 3mM in NAD+ equivalent. It has the characteristic that physical properties such as viscosity and solubility do not interfere with enzyme reactions even when the concentration is increased.

そして、適当な分子量のものを合成するのが容易である
Moreover, it is easy to synthesize a compound having an appropriate molecular weight.

また本発明のNAD+ーポリエチレングリコール誘導体
が試験したすべての脱水素酵素に対して高い補酵素活性
をもっていることは、次表により示される。
Furthermore, the following table shows that the NAD+-polyethylene glycol derivative of the present invention has high coenzyme activity against all dehydrogenases tested.

NAD+−ポリエチレングリ コール誘導体の補酵素活性 従来の高分子化NAD+では、アルコール脱水素酵素と
乳酸脱水素酵素との双方に対して50%以上という高活
性を有するものが得られていない。
Coenzyme Activity of NAD+-Polyethylene Glycol Derivatives Conventional polymerized NAD+ has not been found to have high activity of 50% or more against both alcohol dehydrogenase and lactate dehydrogenase.

その原因は、ポリマー分子にNAD+を密に結合させる
と、却って酵素反応を阻害するものが生成するからであ
る。
The reason for this is that when NAD+ is tightly bound to polymer molecules, something that actually inhibits the enzymatic reaction is produced.

これに対し、本発明では、ポリマー1分子に対してNA
D+l残基しか結合させていないので、高い補酵素活性
を広範囲の脱水素酵素に対して発現しうるのである。
In contrast, in the present invention, NA per molecule of polymer is
Since only D+l residues are bound, high coenzyme activity can be expressed against a wide range of dehydrogenases.

本発明のNAD+−ポリエチレングリコール誘導体(P
EG−NAD+)の利用の1つとして、2種の脱水素酵
素の共役による連続反応系を組むことができる。
NAD+-polyethylene glycol derivative of the present invention (P
As one of the uses of EG-NAD+), it is possible to set up a continuous reaction system by coupling two types of dehydrogenases.

この共役反応系は、次のようなものである。This conjugate reaction system is as follows.

限外沢過膜(許容分子量1OOO)を付した反応器中に
、乳酸脱水素酵素25nM、アルコール脱水素酵素75
nMおよびPEG−NAD+3mMを入れ、これに10
mMピルビン酸500mMエタノール溶液を滞留時間3
0分の速度で注入する。
In a reactor equipped with an ultrafiltration membrane (acceptable molecular weight 100), 25 nM of lactate dehydrogenase and 75 nM of alcohol dehydrogenase were added.
Add nM and PEG-NAD + 3mM and add 10
Residence time of 500mM ethanol solution of pyruvic acid 3
Inject at a rate of 0 minutes.

そして、注入液量と同量の液量を沢過膜を通して取出し
連続反応させた。
Then, the same amount of liquid as the injected liquid was taken out through the filtration membrane and subjected to continuous reaction.

この条件でピルビン酸の乳酸への転換率は100%であ
り、エタノール濃度を100mMに低下しても転換率は
95%であった。
Under these conditions, the conversion rate of pyruvic acid to lactic acid was 100%, and even when the ethanol concentration was lowered to 100 mM, the conversion rate was 95%.

7日間の連続運転後、アルコール脱水素酵素を添加する
と、再び95%の転換率が得られたが、これはPEG−
NAD+が安定に作動していたことを示している。
After 7 days of continuous operation, when alcohol dehydrogenase was added, a conversion rate of 95% was again obtained, which was lower than that of PEG-
This indicates that NAD+ was operating stably.

従来の高分子化NAD+を用いた連続反応では、転換率
は30%以下であり、連続運転も1日以内であったので
、これにより本発明のNAD+−ポリエチレングリコー
ル誘導体の高性能が証明されている。
In the conventional continuous reaction using polymerized NAD+, the conversion rate was 30% or less, and the continuous operation was within one day.This proves the high performance of the NAD+-polyethylene glycol derivative of the present invention. There is.

なお、同定資料としては、次のものがある。Identification materials include the following:

(!)N6−(2−carboxyethyl)−NA
D+の同定 (a)Uv;吸収:最犬266nm(ε−18600M
−ICm−1)はNAD+のアデニン環6位の修飾を示
す。
(!)N6-(2-carboxyethyl)-NA
Identification of D+ (a) Uv; absorption: maximum 266 nm (ε-18600M
-ICm-1) indicates modification of the 6th position of the adenine ring of NAD+.

(b)元素分析:測定値 C、35.51%;H、4,
09%;N,11.74%: C24H29N7016p2”Na3H20として計算
値C,35.12%;H14.79%一N−11.95
%を得る。
(b) Elemental analysis: Measured value C, 35.51%; H, 4,
09%; N, 11.74%: C24H29N7016p2" Calculated value as Na3H20 C, 35.12%; H14.79%-N-11.95
Get %.

(e)赤外スペクトル分析;1630Cm―’に広い吸
収がありCOO−の存在を示す。
(e) Infrared spectrum analysis: There is a broad absorption at 1630 Cm-', indicating the presence of COO-.

(d)原子吸光スペクトル分析;NAD+誘導体1分子
につき3.1モルのNa原子の存在を示した。
(d) Atomic absorption spectroscopy; showed the presence of 3.1 mol of Na atoms per molecule of NAD+ derivative.

(e)NMRスペクトル分析;D20中でNAD十のプ
ロトンシグナルの他にδ値 2.56ppm(2H,t,CH2COO)と3.65
ppm((2H,t,N6−CH2)が観測できた。
(e) NMR spectrum analysis; in addition to the proton signal of NAD10 in D20, the δ value was 2.56 ppm (2H, t, CH2COO) and 3.65
ppm ((2H, t, N6-CH2)) could be observed.

(ii)アミノポリエチレングリコールの同定(a)M
Jニトロベ゛ンセンスルホン酸法により求めたアミン基
の数はポリエチレングリコール1分子当り1.2〜1.
4である。
(ii) Identification of aminopolyethylene glycol (a) M
The number of amine groups determined by the J nitrobenzene sulfonic acid method was 1.2 to 1.2 per molecule of polyethylene glycol.
It is 4.

(t)SP−Sephadexに吸着され45mMNa
Clで溶出される。
(t) 45mMNa adsorbed on SP-Sephadex
It is eluted with Cl.

(1i)NAD+−ポリエチレングリコール誘導体の同
定 (a)シリカゲル薄層クロマトグラフイ;溶媒系(イソ
酪酸:水:28%アンモニア水−66:33:1、7)
または(ジクロロメタン:メタノール=5:1)で単一
スポットを与える。
(1i) Identification of NAD+-polyethylene glycol derivative (a) Silica gel thin layer chromatography; solvent system (isobutyric acid: water: 28% ammonia water - 66:33:1, 7)
or (dichloromethane:methanol=5:1) to give a single spot.

(h}透析膜Spectrapor No.6(透過最
大分子量=1000)24時間透析で漏出せず。
(h) Dialysis membrane Spectrapor No. 6 (maximum permeation molecular weight = 1000) No leakage after 24 hours of dialysis.

(c)標品の266nm吸光度分析と、トリニトロさン
センスルホン酸によるアミノ基の測定からNAD+l残
基当りのアミノ基数は1.2〜1.4である。
(c) The number of amino groups per NAD+1 residue is 1.2 to 1.4 from 266 nm absorbance analysis of the standard sample and measurement of amino groups using trinitrosense sulfonic acid.

(d)SP−Sephadex C−25にもDEAE
−Sephadex A−25にも非吸着である。
(d) DEAE for SP-Sephadex C-25
- It is also non-adsorbed to Sephadex A-25.

(e)このものは酵母アルコール脱水素酵素、エタノー
ルの存在下で340nmの吸光が増大する。
(e) This substance is yeast alcohol dehydrogenase, and its absorbance at 340 nm increases in the presence of ethanol.

以上合成反応原料の化学構造と、生産物のアミン基数、
カルボキシール基の不存在および分子量とから化学構造
式が正しいものと考えられる。
The chemical structure of the synthesis reaction raw materials, the number of amine groups in the product,
The chemical structural formula is believed to be correct based on the absence of carboxyl groups and the molecular weight.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 分子量3000〜20000のポリエチレングリコ
ールの末端にアミン基を導入した誘導体と、N6−カル
ボキシアルキルーNAD+とからなり、ポリエチレング
リコール誘導体1分子に対してNAD+残基1分子がペ
プチド結合した化学構造式、 で示される、NAD+−ポリエチレングリコール誘導体
[Scope of Claims] 1 Consists of a derivative of polyethylene glycol having a molecular weight of 3,000 to 20,000 with an amine group introduced at the end, and N6-carboxyalkyl-NAD+, with one molecule of NAD+ residue per molecule of polyethylene glycol derivative being a peptide. A NAD+-polyethylene glycol derivative represented by the bonded chemical structural formula:
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