JPS5933355B2 - Immobilized thermostable acetate kinase - Google Patents

Immobilized thermostable acetate kinase

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JPS5933355B2
JPS5933355B2 JP5768280A JP5768280A JPS5933355B2 JP S5933355 B2 JPS5933355 B2 JP S5933355B2 JP 5768280 A JP5768280 A JP 5768280A JP 5768280 A JP5768280 A JP 5768280A JP S5933355 B2 JPS5933355 B2 JP S5933355B2
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JP
Japan
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acetate kinase
immobilized
sepharose
activity
thermostable
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Japanese (ja)
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JPS56154992A (en
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和友 今堀
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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RIKEN Institute of Physical and Chemical Research
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Description

【発明の詳細な説明】 本発明は固定化耐熱性酢酸キナーゼ、該酢酸キナーゼの
固定化方法並びに該固定化酢酸キナーゼを利用するサブ
リアクターに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to an immobilized thermostable acetate kinase, a method for immobilizing the acetate kinase, and a subreactor using the immobilized acetate kinase.

近時、酵素反応の特長である反応、基質、光学の各特異
性にすぐれている点、あるいは反応条件が温和である点
が注目され、酵素は、工業的にも広く触媒として利用さ
れてきている。
In recent years, enzyme reactions have attracted attention for their excellent specificity in reaction, substrate, and optics, as well as for their mild reaction conditions, and enzymes have been widely used as catalysts in industry. There is.

しかし、それらは現在のところ、デンプンを糖化するア
ミラーゼ、N−アシル−L−アミノ酸からL−アミノ酸
を製造するL−アミノ酸アシラーゼ等に見られるように
、はとんどがエネルギー源を必要としない加水分解酵素
に限られている。
However, at present, most of them do not require an energy source, as seen in amylase, which saccharifies starch, and L-amino acid acylase, which produces L-amino acids from N-acyl-L-amino acids. Limited to hydrolytic enzymes.

しかるに、生体内においては、主に、アデノシンニリン
酸(ATP)をエネルギー源として、それがアデノシン
ニリン酸(ADP)とオルトリン酸に加水分解する時に
放出される化学エネルギーを利用して、多くの合成酵素
により生合成が行なわれている。
However, in living organisms, many synthetic processes are performed mainly by using adenosine diphosphate (ATP) as an energy source and the chemical energy released when it is hydrolyzed into adenosine diphosphate (ADP) and orthophosphoric acid. Biosynthesis is carried out by enzymes.

そこで、酵素の工業的利用を広げる為、それらの合成酵
素、あるいは酸化還元酵素等をとりだし固相化し、さら
にATP等を供給する事により生体外において、生体内
で行なわれていると同様な生合成をめざそうとするまっ
たく新しい生産システム、即ち一般に、バイオリアクタ
ーとよばれているシステムを創造することが試みられて
きている。
Therefore, in order to expand the industrial use of enzymes, by extracting these synthetic enzymes or oxidoreductases, immobilizing them, and supplying ATP, etc., it is possible to perform the same production in vitro as in vivo. Attempts have been made to create an entirely new production system for synthesis, commonly referred to as a bioreactor.

第1図はメインリアクターとサブリアクターとからなる
簡単なバイオリアクターの一例をフロー・ダイアグラム
で示すものである。
FIG. 1 shows a flow diagram of an example of a simple bioreactor consisting of a main reactor and a subreactor.

その様なバイオリアクターを構成、実施するためには、
エネルギー源として安定かつ多量(7)ATPが必要で
あり、かつ、使用したATPをADPより再生産するこ
とが必要である。
To construct and implement such a bioreactor,
A stable and large amount of (7) ATP is required as an energy source, and it is necessary to regenerate the used ATP from ADP.

前記のバイオリアクターの中で、エネルギー供給系もし
くは補酵素の酸化還元系として機能するサブリアクター
が、ADPを高エネルギー物質ATPに再生する役目を
果すものであり、このためにフォスフオドランスフェラ
ーゼと総称される酵素の使用が考えられている。
In the above-mentioned bioreactor, the subreactor, which functions as an energy supply system or a coenzyme redox system, plays the role of regenerating ADP into the high-energy substance ATP, and for this purpose, phosphotransferase and The use of enzymes collectively called enzymes is being considered.

かかるフォスフオドランスフェラーゼを工業的に利用す
る際に必要さされる要件は、特に(1)平衡反応をAT
P合成側に片寄らせるものであること、 (2)極めて安定であること(長時間の使用が可能なこ
と) (3)精製が容易であるか、不純物としてATP分解酵
素もしくは阻害因子を混在しないこと、などであるが、
このような要件を満足する例として、本発明者は既に好
熱菌バチルス・ステアロサーモフィルス(Bacill
us stearothermoph−ilus )の
−菌株により生産される耐熱性酢酸キナーゼ(特開昭5
2−25088号)並びに高度好熱性細菌サーマス・サ
ーモフィルス(ThermusThermophilu
s )により生産されるピルビン酸キナーゼ(特開昭5
3−9392号)を得ている。
The requirements for industrial use of such phosphotransferases are particularly (1) that the equilibrium reaction is AT
(2) It must be extremely stable (can be used for a long time) (3) It must be easy to purify, and it must not contain ATP degrading enzyme or inhibitory factors as impurities. Things, etc.
As an example that satisfies these requirements, the present inventor has already developed a thermophilic bacterium, Bacillus stearothermophilus.
Thermostable acetate kinase (Japanese Patent Application Laid-Open No. 1989-1993) produced by a strain of U.S. stearothermoph-illus)
2-25088) and the highly thermophilic bacterium Thermus Thermophilus.
pyruvate kinase produced by pyruvate kinase
No. 3-9392).

しかしながら、上述の如き諸要件を満足するだけでは依
然として工業的利用において十分とはいえない。
However, merely satisfying the above-mentioned requirements is still not sufficient for industrial use.

というのはかかるフォスフオドランスフェラーゼは依然
として水溶性(かつ不安定)であるので、再生反応後膣
酵素を回収して再利用することが困難であるからである
This is because such phosphotransferases remain water-soluble (and unstable), making it difficult to recover and reuse the vaginal enzymes after the regeneration reaction.

このことは、酵素が現状では極めて高価であるので、酵
素を産業的に利用するためにはどうしても解決しなけれ
ばならない重要な課題である。
This is an important problem that must be solved if enzymes are to be used industrially, since enzymes are currently extremely expensive.

このような酵素の有する欠点を解消するため、酵素を水
不溶性担体に固定化する技術、すなわち酵素複合体の製
造技術が、色々試みられ、種々の酵素の固定化法が提案
されている。
In order to overcome these drawbacks of enzymes, various techniques for immobilizing enzymes on water-insoluble carriers, ie, techniques for producing enzyme complexes, have been attempted, and various enzyme immobilization methods have been proposed.

酵素の固定化方法としては、担体結合法、架橋法および
包括法が知られているがこれについては「固定化酵素」
千畑編、講談社サイエンティフィック(1975)に詳
しい記載がある。
Carrier binding methods, cross-linking methods, and entrapment methods are known as methods for immobilizing enzymes.
A detailed description can be found in Kodansha Scientific (1975), edited by Chibata.

しかしながら、一般に固定化された酵素の活性は、遊離
の状態における活性に比して著しく低下してしまうこき
が知られている。
However, it is known that the activity of immobilized enzymes is generally significantly lower than the activity in the free state.

これは、酵素が熱、酸、アルカリ等の固定化における諸
条件に対して不安定であるという事実、並びに固定化の
際に活性サイトが利用されてしまう等の理由によるもの
と考えられる。
This is thought to be due to the fact that enzymes are unstable to various conditions during immobilization such as heat, acid, and alkali, and the fact that active sites are used during immobilization.

そこで、本発明者は先の特開昭52−25088号にお
いて開示した酢酸キナーゼが熱安定性に優れていること
に着目し、これを固定化した結果、十分な安定性と活性
を保持していることを見出し、本発明を完成するに至っ
た。
Therefore, the present inventor focused on the fact that the acetate kinase disclosed in JP-A No. 52-25088 has excellent thermal stability, and as a result of immobilizing it, it retains sufficient stability and activity. The present invention was completed based on this discovery.

本発明によれば、ATP再生産用のサブリアク)ター中
に於ての使用にたえる、活性の高い、かつ回収し再利用
に付することの可能な、固定化酢酸キナーゼが提供され
る。
According to the present invention, an immobilized acetate kinase is provided which is suitable for use in a subreactor for ATP regeneration, has high activity, and can be recovered and reused.

これによって、酵素の工業的利用化が一層容易となるも
のである。
This facilitates the industrial utilization of the enzyme.

そこで本発明の目的は、固定化後も高い酵素活性を保持
する固定化酢酸キナーゼを提供することである。
Therefore, an object of the present invention is to provide an immobilized acetate kinase that retains high enzymatic activity even after immobilization.

本発明の別の目的は、該酢酸キナーゼの固定化方法を提
供することである。
Another object of the present invention is to provide a method for immobilizing the acetate kinase.

本発明の更に別の目的並びに特徴は以下の記載から明ら
かとなろう。
Further objects and features of the invention will become apparent from the description below.

即ち、本発明は耐熱性酢酸キナーゼと固定化用担体とか
らなる、固定化耐熱性酢酸キナーゼに関する。
That is, the present invention relates to an immobilized thermostable acetate kinase comprising a thermostable acetate kinase and an immobilization carrier.

また、本発明において使用する酢酸キナーゼは、バチル
ス属に属する耐熱性酢酸キナーゼを生産する、例えばバ
チルス・ステアロサーモフィルス(F3acillus
stearothermophilus )を培養し
、その培養液、培養物、分離性菌体、分離菌体、その処
理物、粗製並びに精製酵素等あらゆる段階で採取するこ
とができる。
Furthermore, the acetate kinase used in the present invention is produced by Bacillus stearothermophilus (F3acillus), which produces a heat-stable acetate kinase belonging to the genus Bacillus.
stearothermophilus) can be cultured, and the culture solution, culture product, isolated bacterial cells, isolated bacterial cells, processed products thereof, crude and purified enzymes, etc. can be collected at any stage.

精製法としては通常の酵素精製法を用いる事が出来る。As a purification method, a normal enzyme purification method can be used.

即ち、例えば遠心分離等により菌体を得た後、菌体をフ
レンチプレス、超音波処理等により細胞破砕後、遠心分
離により細胞片を除去し、細胞抽出液を得、これに硫酸
ストレプトマイシン又は、硫酸プロタミン処理を行い、
さらには、硫酸アンモニア沈澱、アセトン沈澱、加熱処
理等を行う。
That is, after obtaining bacterial cells by, for example, centrifugation, the cells are disrupted by French press, ultrasonication, etc., cell debris is removed by centrifugation to obtain a cell extract, and this is treated with streptomycin sulfate or Treated with protamine sulfate,
Further, ammonia sulfate precipitation, acetone precipitation, heat treatment, etc. are performed.

さらに精製する為にはDgAE−セルロースカラム等の
イオン交換クロマトグラフィー、ヒドロキシアパタイト
カラム等の吸着クロマトグラフィー、セファデツクヌク
ロマトグラフイー等のゲル濾過クロマトグラフィー、A
MP−セファデックスカラム等のアフイニテイク口マト
グラフイ−を組合せて行うとよい。
For further purification, ion exchange chromatography such as DgAE-cellulose column, adsorption chromatography such as hydroxyapatite column, gel filtration chromatography such as Sephadecnuchromatography, A
It is preferable to perform this in combination with affinitake stomatography such as MP-Sephadex column.

かくして精製した耐熱性酢酸キナーゼ中に含まれるアミ
ノ酸残基の主なものは以下の如くであった。
The main amino acid residues contained in the heat-stable acetate kinase thus purified were as follows.

ヒヌチジン 36残基(2,2%)リジン
76残基(5%)グリシン、アスパラギ
ン 300残基(19,5%)チロシン
44残基(2,8%)これらの値は該酢酸キナーゼを塩
酸により加水分解した後にアミノ酸分析機にかけて解析
したものである。
Hinutidine 36 residues (2.2%) lysine
76 residues (5%) glycine, asparagine 300 residues (19.5%) tyrosine
44 residues (2.8%) These values were obtained by hydrolyzing the acetate kinase with hydrochloric acid and then analyzing it using an amino acid analyzer.

その他、耐熱性酢酸キナーゼの諸特性については特開昭
52−25088号に詳しい記載がある。
Other characteristics of thermostable acetate kinase are described in detail in JP-A-52-25088.

本発明において、酢酸キナーゼの固定化用担体としては
公知のいかなるものも使用することができる。
In the present invention, any known carrier for immobilizing acetate kinase can be used.

例えば、多孔性ガラス、多糖類の誘導体およびポリアク
リルアミド等を挙げることができる。
Examples include porous glass, polysaccharide derivatives, and polyacrylamide.

具体的には、セルロース、セファデックス(5epha
dex)、セファロース(5epharose)、バイ
オ・ゲル(Blo−Ge1 )、ナイロン、多孔性シリ
カガラス、アルミナ等を挙げることができる。
Specifically, cellulose, Sephadex (5epha
dex), sepharose (5epharose), bio-gel (Blo-Gel), nylon, porous silica glass, alumina, etc.

これら担体は固定化法により種々の形状で使用され、例
えば共有結合法では一相活性化する必要がある。
These carriers are used in various forms depending on immobilization methods; for example, covalent bonding methods require one-phase activation.

本発明において使用し得る活性化セファロースとしては
、BrCN活性化セファロース、グルタルアルデヒド化
セファロース、ジアゾ化セファロース、ナイトレン化セ
ファロース、N−ヒドロキシヌクシンイミド化セファロ
ースなどがあり、この中でBrCN活性化セファロース
およびN−ヒドロキシスクシンイミドセファロースは市
販品として容易に入手できる。
Activated Sepharose that can be used in the present invention includes BrCN-activated Sepharose, glutaraldehyde Sepharose, diazotized Sepharose, nitrenated Sepharose, and N-hydroxynuccinimidized Sepharose, among which BrCN-activated Sepharose and N-hydroxysuccinimide sepharose is easily available as a commercial product.

また、その他の活性化セファロースも例えば以下のよう
にして得ることができる。
Other activated sepharoses can also be obtained, for example, as follows.

まず、ジアゾ化セファロースは次式: (ただし、5ephはセファロース残基を示す)に従っ
て、Br0N活性化セフアローヌにメタフェニレンジア
ミンを作用させた後、常法に従って亜硝酸すt−IJウ
ム・塩酸で処理してジアゾニウム塩として得た。
First, diazotized Sepharose is prepared according to the following formula: (where 5eph represents a Sepharose residue). After treating Br0N-activated Cepharose with metaphenylene diamine, it is treated with t-IJium nitrite and hydrochloric acid according to the conventional method. It was obtained as a diazonium salt.

グルタルアルデヒド化セファロースは、アミンへキシル
セファロース(市販品)をグルタルアルデヒドで処理す
ることにより調製したものである。
Glutaraldehyde Sepharose was prepared by treating aminehexyl Sepharose (commercially available) with glutaraldehyde.

ナイトレン化セファロースは、次式の如く前記ジアゾニ
ウム塩をアジ化ナトリウムと反応させ、これに紫外線を
照射することにより得られる:ただし、この場合、紫外
線照射は酢酸キナーゼの共存下で行う。
Nitrenated sepharose can be obtained by reacting the diazonium salt with sodium azide and irradiating it with ultraviolet light as shown in the following formula: However, in this case, the ultraviolet irradiation is carried out in the presence of acetate kinase.

なんとなれば、前記反応式のラジカルは非常に不安定で
あるからである。
This is because the radical in the above reaction formula is extremely unstable.

本発明の固定化耐熱性酢酸キナーゼは以下のような種々
の方法により製造することができる。
The immobilized thermostable acetate kinase of the present invention can be produced by various methods such as those described below.

1、共有結合法 a)芳香族アミン基を有する担体をジアゾニウム塩とし
、これと酢酸キナーゼとをジアゾカップリングする。
1. Covalent bonding method a) A diazonium salt is used as a carrier having an aromatic amine group, and this and acetate kinase are diazo-coupled.

b)カルボキシル基を有する担体をアジド、ハライド、
カルボジイミド、インシアネート等の誘導体とした後、
酢酸キナーゼとペプチド結合させる。
b) The carrier having a carboxyl group is an azide, a halide,
After making it into a derivative such as carbodiimide or incyanate,
Peptide bond with acetate kinase.

C)ハロゲンなどの活性脱離基を有する担体に該酵素を
直接結合する。
C) Directly attaching the enzyme to a carrier having an active leaving group such as a halogen.

d)トルエンジイソシアネート、エピクロルヒドリン、
グルタルアルデヒド、2−アミノ−4,6−ジクロロ−
8−トリアジン等の2官能性試薬を用いて担体と該酵素
とを結合させる。
d) Toluene diisocyanate, epichlorohydrin,
Glutaraldehyde, 2-amino-4,6-dichloro-
The carrier and the enzyme are coupled using a bifunctional reagent such as 8-triazine.

2、イオン結合法 カルボキシメチルセルロース、ジエナルアミノセファデ
ツクス、ダウエックス−50等のイオン交換体に該酵素
を結合させる。
2. Ion bonding method The enzyme is bonded to an ion exchanger such as carboxymethylcellulose, dienalaminosephadex, DOWEX-50, etc.

3、物理吸着法 活性炭、アルミナ、シリカゲルなどに該酵素を吸着させ
る。
3. Physical adsorption method The enzyme is adsorbed onto activated carbon, alumina, silica gel, etc.

4、包括法 a)架橋ポリアクリルアミドゲル、ポリビニルアルコー
ルゲル等のゲル格子中に該酵素を包括する。
4. Encapsulation method a) Encapsulation of the enzyme in a gel lattice such as cross-linked polyacrylamide gel or polyvinyl alcohol gel.

b) ナイロン、ポリスチレン、コロジオン等の皮膜
中に該酵素を包括する。
b) Encapsulating the enzyme in a film of nylon, polystyrene, collodion, etc.

反応条件、特に反応温度は酢酸キナーゼの失活の問題と
関連するので注意を要する。
Care must be taken with the reaction conditions, especially the reaction temperature, as they are related to the problem of inactivation of acetate kinase.

従って、反応温度はO〜70’C,好ましくはO〜60
’Cである。
Therefore, the reaction temperature is O~70'C, preferably O~60'C.
'C.

また、反応溶液のpHにも注意する必要があり、6.0
〜9.5なる範囲の一条性下で行うことが好ましい。
Also, it is necessary to pay attention to the pH of the reaction solution, which is 6.0.
It is preferable to carry out under a single-row condition of 9.5 to 9.5.

pH調節のためには、ホウ酸バッファー、リン酸バッフ
ァー等、前記p)l範囲を有する緩衝液を使用する。
For pH adjustment, a buffer having the above p)l range, such as borate buffer or phosphate buffer, is used.

反応時間は、各固定化法などにより広く変えることがで
き、臨界的ではない。
The reaction time can vary widely depending on the particular immobilization method and is not critical.

この耐熱性酢酸キナーゼは上記の如き化学修飾の結果、
イミダゾール基、アミン基およびカルボキシル基がその
活性に関与しているものと考えられる。
As a result of the chemical modification described above, this thermostable acetate kinase is
It is believed that the imidazole group, amine group and carboxyl group are involved in its activity.

一方、テトラニトロメタンによる処理で失活が認められ
なかったことから、チロシン残基はこの酵素の活性にお
いてそれ程重要ではないものと考えられる。
On the other hand, since no inactivation was observed upon treatment with tetranitromethane, it is thought that tyrosine residues are not so important for the activity of this enzyme.

従って、チロシン残基のみを選択的に修飾して固定化す
る方法が見出されれば、該酵素の高い活性をそのまま保
持できるものと考えられる。
Therefore, if a method of selectively modifying and immobilizing only tyrosine residues is found, it is thought that the high activity of the enzyme can be maintained as is.

しかしながら、現状ではこのような方法は知られていな
い。
However, such a method is not known at present.

前記の固定化法においては、セファロースとの結合にお
いていずれも酢酸キナーゼのアミノ基が主として関与し
ているものと考えられ、固定化酢酸キナーゼの活性は最
も高いもので16.1%、その他の場合は6〜8%であ
った。
In all of the above immobilization methods, it is thought that the amino group of acetate kinase is mainly involved in binding to Sepharose, and the activity of immobilized acetate kinase is the highest at 16.1%, and in other cases was 6-8%.

この結果から、酢酸キナーゼの活性に寄与しているもの
と思われるアミン基が該酢酸キナーゼの固定化に使用さ
れていることが推定される。
From this result, it is presumed that the amine group that is thought to contribute to the activity of acetate kinase is used for immobilization of the acetate kinase.

また、固定化酢酸キナーゼは、粒状、膜状、管状、繊維
状等様々の形状で得ることができる。
Furthermore, immobilized acetate kinase can be obtained in various shapes such as granules, membranes, tubes, and fibers.

例えば、膜状の固定化酵素は膜状担体に前述の担体結合
法を適用するか、半透膜状のポリマーに酵素を包み込む
際に膜状に成形することにより得られ、また管状固定化
酵素ではナイロン管、ポリアミノヌナレン管などの内部
を部分氷解し、これにジアゾ法で酵素をカップリングさ
せることにより得ることができる。
For example, a membrane-shaped immobilized enzyme can be obtained by applying the above-mentioned carrier binding method to a membrane-shaped carrier, or by molding the enzyme into a membrane shape when encasing the enzyme in a semipermeable membrane-shaped polymer; It can be obtained by partially thawing the inside of a nylon tube, polyaminonunarene tube, etc., and coupling an enzyme thereto using the diazo method.

本発明の固定化耐熱性酢酸キナーゼは、遊離の酢酸キナ
ーゼの有する活性の大部分を保持しており、かつ安定性
は遊離の酢酸キナーゼよりも安定で、6ケ月放置後にお
いて初期活性のほぼ100%を維持しており、9ケ月放
置後においても90%以上の活性を保持している。
The immobilized thermostable acetate kinase of the present invention retains most of the activity of free acetate kinase, and is more stable than free acetate kinase, with approximately 100% of the initial activity after being left for 6 months. %, and the activity was maintained at over 90% even after being left for 9 months.

一方、熱安定性の点においても、遊離の酢酸キナーゼよ
りも少くとも10’0失活温度が高められることがわか
った。
On the other hand, in terms of thermal stability, it was found that the inactivation temperature was at least 10'0 higher than that of free acetate kinase.

本発明の固定化耐熱性酢酸キナーゼの利用法の一例を添
付第1図に従って説明する。
An example of the use of the immobilized thermostable acetate kinase of the present invention will be explained with reference to the attached FIG. 1.

まず、メインリアクター1でATPのエネルギーを直接
または間接的に利用して、原料Aから目的物Bを合成す
る。
First, the target substance B is synthesized from the raw material A in the main reactor 1 by directly or indirectly using the energy of ATP.

目的部BはメインリアクターからADPと共に出てくる
のでセパレーター2でB(!:ADPとを分離する。
Since the purpose part B comes out from the main reactor together with ADP, separator 2 separates it from B(!:ADP).

この場合セパレーターはフィルター、遠心分離器等であ
り得る。
In this case the separator can be a filter, centrifuge, etc.

分離されたADPは固定化酢酸キナーゼを包含するサブ
リアクター3でアセチルリン酸(CH3C00Pと略記
)と共に次式: %式% に従ってATPに転換され、酢酸と共に出てくる。
The separated ADP is converted into ATP together with acetyl phosphate (abbreviated as CH3C00P) in subreactor 3 containing immobilized acetate kinase according to the following formula: %Formula % and comes out together with acetic acid.

サブリアクターから得られるATPと酢酸との混合物は
、第2のセパレーター4で夫々ATPと酢酸とに分離さ
れる。
A mixture of ATP and acetic acid obtained from the subreactor is separated into ATP and acetic acid, respectively, by a second separator 4.

第2のセパレーター4もフィルター、遠心分離器等であ
り得る。
The second separator 4 may also be a filter, centrifuge, etc.

以下、実施例により本発明を更に説明する。The present invention will be further explained below with reference to Examples.

実施例 1 電気泳動法により単一に精製した、バチルス・ステアロ
サーモフィルスを培養することにより得た耐熱性酢酸キ
ナーゼ0.121119/mlとBr0N 活性化セフ
ァロース(セファロース−4B)、グルタルアルデヒド
化セファロース(AH−セファロース)、ジアゾ化セフ
ァロース(AP−セファロース)、N−ヒドロキシスク
シンイミド化セファロース(OH−セファロース)、カ
ルボジイミド化セファロース(CH−セファロース)お
よび比較のためのAHセファロース(ただし、AH。
Example 1 Heat-stable acetate kinase 0.121119/ml obtained by culturing Bacillus stearothermophilus purified by electrophoresis, Br0N activated Sepharose (Sepharose-4B), and glutaraldehyde Sepharose (AH-Sepharose), diazotized Sepharose (AP-Sepharose), N-hydroxysuccinimidized Sepharose (OH-Sepharose), carbodiimidized Sepharose (CH-Sepharose) and AH-Sepharose for comparison (however, AH.

APおよびCHは夫々アミノヘキシル、アミノフェニル
およびカルボキシメチルを表す)夫々50■ヲpHs、
3のホウ酸バッファー中で2時間、室温で攪拌すること
により反応させた。
AP and CH represent aminohexyl, aminophenyl and carboxymethyl respectively) 50゜pHs,
The reaction was carried out by stirring at room temperature for 2 hours in the boric acid buffer of No. 3.

ただし、ジアゾ化セファロースの場合は0°Cで反応さ
せた。
However, in the case of diazotized Sepharose, the reaction was carried out at 0°C.

また、カルボジイミド化セファロースの場合は純水中で
反応させた。
In addition, in the case of carbodiimidized Sepharose, the reaction was carried out in pure water.

更にナイトレン化セファロースの場合には、90W U
V(360nm max)ランプを照射して反応を行っ
た。
Furthermore, in the case of nitrenated sepharose, 90W U
The reaction was performed by irradiating with a V (360 nm max) lamp.

次いでガラスフィルターで生成物を炉別し、0.1Mt
−リス−〇、5MN a O// <ツファー(pH8
,3)および25mMリン酸バッファ=(pH7,2)
により洗浄した後、生成物の活性、前記濾過の際に得ら
れたp液の残存活性および得られた固定化生成物の固定
化収率:固定化酢酸キナーゼの活性 100 役人した酢酸キナーゼの活性 を決定した。
Then, the product was separated by furnace using a glass filter, and 0.1Mt
-Lis-〇, 5MN a O// <Zuffer (pH 8
,3) and 25mM phosphate buffer = (pH7,2)
Activity of the product, residual activity of the p-liquid obtained during said filtration and immobilization yield of the obtained immobilized product: Activity of immobilized acetate kinase: 100 Activity of immobilized acetate kinase It was determined.

前記諸特性の測定において、活性(力価)の決定は以下
の如〈実施した: pH7,2,7mMのイミダゾール−塩酸緩衝液中酢酸
ソーダ0.35 MlA T P 15 mM、塩化マ
グネシウム30mM、塩化カリウム62.5mM、ホス
ホエノールピルビン酸0.4mMニコチンアミドアデニ
ンジヌクレオチドの還元型(NADH)0.15mM、
ビリビン酸キナーゼ5u/ml、ラクテートデヒドロゲ
ナーゼ14 u /mlになるように調製し、その混合
溶液に適当量の固定化酢酸キナーゼを加えて、HADH
の単位時間あたりの340nmの吸光度の減少値より力
価を測定し、1分間あたり、1マイクロモルのNADH
の340nmにおける吸光度を減少せしめる酵素活性を
1単位とした。
In measuring the above properties, the activity (potency) was determined as follows: Sodium acetate 0.35 MlA T P 15 mM, Magnesium chloride 30 mM, Chloride chloride 0.35 MlA T P 15 mM in imidazole-hydrochloric acid buffer at pH 7, 2, 7 mM potassium 62.5mM, phosphoenolpyruvate 0.4mM reduced form of nicotinamide adenine dinucleotide (NADH) 0.15mM,
HADH
The titer was measured from the decrease in absorbance at 340 nm per unit time, and 1 micromol of NADH per minute.
The enzyme activity that decreases the absorbance at 340 nm was defined as 1 unit.

(ジャーナル・オブリAオロジカル・ケミストリー、2
49巻、2567頁、1974年)。
(Journal of Logical Chemistry, 2
49, p. 2567, 1974).

(以下同じ)更に、かくして得られた固定化耐熱性酢酸
キナーゼについて、貯蔵安定性、耐熱性、至適pHおよ
びADPとアセチルリン酸とに対するKmを測定した。
(The same applies hereinafter) Furthermore, the storage stability, heat resistance, optimum pH, and Km for ADP and acetyl phosphate were measured for the thus obtained immobilized thermostable acetate kinase.

まず、貯蔵安定性は、Br0N活性化セフアロース4B
およびN−ヒドロキシスクシンイミド化OH−セファロ
ースに固定化した耐熱性酢酸キナーゼ(夫々CNBrお
よびsuccinimide)および比較のためにニジ
エリシア・コリを培養して得られた酢酸キナーゼをBr
0N活性化セフアロース4Bに固定したもの(E co
ll(ONBr))および遊離の耐熱性酢酸キナーゼ(
free )を、夫々25mMリン酸バッファー(pH
7,5)中に分散させ、室温で放置し、その活性の経時
変化を測定することにより決定した。
First, the storage stability of Br0N-activated Sepharose 4B
and thermostable acetate kinase immobilized on N-hydroxysuccinimidized OH-Sepharose (CNBr and succinimide, respectively) and acetate kinase obtained by culturing N. coli for comparison with Br.
Immobilized on 0N activated Sepharose 4B (E co
ll (ONBr)) and free thermostable acetate kinase (
) and 25mM phosphate buffer (pH
7,5), left at room temperature, and measured the change in activity over time.

結果を第2図に示す。耐熱性は、貯蔵安定性について使
用した、ニジエリシア・コリ起源の酢酸キナーゼの試料
以外のものおよびジアゾ化AH−セファロースに固定し
た(diazo)各固定化酢酸キナーゼをpH6,9の
20mM’Jン酸バッファー中に溶解し、各温度での残
存活性を追跡することにより決定した。
The results are shown in Figure 2. Thermal resistance was determined using samples other than the acetate kinase originating from N. coli used for storage stability and each immobilized acetate kinase immobilized on diazotized AH-Sepharose (diazo) in 20mM'J acid at pH 6.9. This was determined by dissolving in buffer and monitoring the remaining activity at each temperature.

結果を第3図に示す。The results are shown in Figure 3.

第3図から明らかな如く、固定化することにより耐熱性
は遊離の酢酸キナーゼよりも少くとも10℃向上したこ
とがわかる。
As is clear from FIG. 3, the heat resistance was improved by at least 10°C by immobilization compared to free acetate kinase.

至適pHは、スクシンイミド法で固定化した酢酸キナー
ゼ(BOUND )を、25mMリン酸バツフアー中に
分散させ、室温にて、各pHにおける活性を追跡するこ
とによって決定した。
The optimum pH was determined by dispersing acetate kinase (BOUND) immobilized by the succinimide method in 25 mM phosphate buffer and monitoring the activity at each pH at room temperature.

結果を第4図に示す。The results are shown in Figure 4.

遊離のもの(FREE)と比較して、固定化したものは
0.5 pH単位酸性側に移動したが余り大きな差はみ
られなかった。
Compared to the free one (FREE), the immobilized one moved to the acidic side by 0.5 pH units, but no significant difference was observed.

常法に従って、N−ヒドロキシスクシンイミド化CH−
セファロースに固定化した耐熱性酢酸キナーゼ(AK)
および遊離のものについて、A、DPとアセチルリン酸
に対するKmをバッチ法で測定した。
According to a conventional method, N-hydroxysuccinimidized CH-
Thermostable acetate kinase (AK) immobilized on Sepharose
The Km for A, DP, and acetyl phosphate was measured by a batch method for the free and free samples.

結果は下表の通りである。また、BrCN活性化セファ
ロース4B上に固定化したAKについても同様にしてK
mを測定したが、同様なKmの値が得られた。
The results are shown in the table below. Similarly, AK was immobilized on BrCN-activated Sepharose 4B.
m was measured, and similar values of Km were obtained.

実施例 2 ナイロンチューブへの固定 内径0.2韮のナイロンチューブ内部に、7%テトラフ
ルオロホウ酸トリエチルオキソニウム塩のジクロロメタ
ン溶液を、30°Cにて3時間、流速0.1 ml/分
で循環させた。
Example 2 Fixing to a nylon tube A dichloromethane solution of 7% triethyloxonium tetrafluoroborate salt was placed inside a nylon tube with an inner diameter of 0.2 mm at a flow rate of 0.1 ml/min at 30°C for 3 hours. circulated.

次いで、該ナイロンチューブにジクロロメタンを10分
間、流速0.2m11分で流すことにより洗浄した。
The nylon tube was then washed with dichloromethane for 10 minutes at a flow rate of 0.2 ml and 11 minutes.

更に、25%へキサメチレンジアミン水溶液を、30°
Cにて1時間、0.17rllZ分なる流速で循環させ
た後、25mMホウ酸バッファー(pl(8,0)で洗
浄した。
Furthermore, a 25% aqueous hexamethylene diamine solution was added at 30°
After circulating at a flow rate of 0.17 rllZ for 1 hour at C, the mixture was washed with 25 mM borate buffer (pl(8,0)).

次に、25mMホウ酸バッファーに5%(W/v)のス
ベリミジン酸ジメチルを溶解した溶液を30°Cにて2
0分間、0.1 mlll分なる流速で循環し、メタノ
ールを5分間流して洗浄した。
Next, a solution of 5% (W/v) dimethyl suberimidate dissolved in 25mM borate buffer was added at 30°C for 2 hours.
It was circulated for 0 minutes at a flow rate of 0.1 ml, and washed with methanol for 5 minutes.

酢酸キナーゼ1000単位を含むホウ酸バッファー(p
H8,0)を30°Cにて5時間、0.1 ml、/分
なる流速で循環した。
Borate buffer containing 1000 units of acetate kinase (p
H8,0) was circulated at 30°C for 5 hours at a flow rate of 0.1 ml/min.

ホウ酸バッファー(pH8,0)で洗浄し固定化酢酸キ
ナーゼを得た。
Immobilized acetate kinase was obtained by washing with borate buffer (pH 8,0).

このものの活性は730単位であった。The activity of this product was 730 units.

実施例 3 実施例1で得たBr0N活性化セフアローヌ4B上に固
定した固定化酢酸キナーゼを、内径0.4cIrL、長
さ5(ll’771のガラス製カラムに充填した。
Example 3 The immobilized acetate kinase immobilized on the Br0N-activated Cephalone 4B obtained in Example 1 was packed into a glass column with an inner diameter of 0.4 cIrL and a length of 5 (ll'771).

次に、AD P 5 mM、塩化マグネシウム15mM
、アセチルリン酸10mM、グリコース]、OmM、グ
ルコース6リン酸脱水素酵素0.25単位/mlおよび
ヘキソキナーゼ12.5単位/mlを含む50mMイミ
ダゾールバッファー溶液(pH7,3)を調製し、これ
を前記カラムに流速1m1Z時で流した。
Next, ADP 5mM, magnesium chloride 15mM
A 50 mM imidazole buffer solution (pH 7.3) containing 0.25 units/ml of glucose 6-phosphate dehydrogenase and 12.5 units/ml of hexokinase was prepared and added to the above solution. The column was run at a flow rate of 1 ml.

流出液をフローセルに導き、340nmの吸光変化を測
定し、ADP−)ATP変換を確認した。
The effluent was introduced into a flow cell, and the change in absorbance at 340 nm was measured to confirm ADP-)ATP conversion.

その結果、この固定化酢酸キナーゼはADP→ATP変
換用サブリアクターとして十分に機能し、また3ケ月間
に亘る連続的使用の後も、その活性は5%低下したにす
ぎず、この固定化酢酸キナーゼは少なくとも3ケ月間は
ADP−)ATP変換酵素として安定に機能することが
わかった。
As a result, this immobilized acetate kinase functioned well as a subreactor for ADP → ATP conversion, and even after continuous use for 3 months, its activity decreased by only 5%. It was found that the kinase stably functions as an ADP-)ATP converting enzyme for at least 3 months.

実施例 4 エーテル化度0.5、平均重合度100のすI−IJウ
ムカルボキシメチルセルロース2gと、常法(Eur、
J 、Biochem、、53.48’(1975)参
照)により合成した、N−C(6−アミンへキシル)カ
ルバモイルメチル)ADP500〜を水50m1に溶か
した。
Example 4 2 g of Sou I-IJ umcarboxymethylcellulose with a degree of etherification of 0.5 and an average degree of polymerization of 100 and a conventional method (Eur,
N-C(6-aminehexyl)carbamoylmethyl) ADP500~ synthesized by J. Biochem, 53.48' (1975)) was dissolved in 50 ml of water.

次いで、これに500〜のエナルジエチルアミンプロピ
ル力ルポジイミドを含む水溶液5mlを、pHを6に保
ちつつ室温で1時間かけて滴下した。
Next, 5 ml of an aqueous solution containing enal diethylamine propyl luposiimide having a pH of 500 to 100 was added dropwise to the solution over 1 hour at room temperature while keeping the pH at 6.

得られた反応生成物を、透析外液として水を使用して十
分に透析し、カルボキシメチルセルロース−ADPを得
た。
The obtained reaction product was sufficiently dialyzed using water as an external dialysis solution to obtain carboxymethylcellulose-ADP.

この高分子化ADP5mM、塩化マグネシウム15mM
、アセチルリン酸10mM、グルコース10mM、グル
コース6リン酸脱水素酵素0.25単位/ml、および
ヘキソキナーゼ12.5単位/mllを含む50mMイ
ミダゾールバッファー溶液(pH7,3)を調製し、こ
れを室温にてo、o5rul/分なる流速で、実施例2
で得た固定化酢酸キナーゼのチューブに通した。
This polymerized ADP 5mM, magnesium chloride 15mM
A 50 mM imidazole buffer solution (pH 7.3) containing 10 mM acetyl phosphate, 10 mM glucose, 0.25 units/ml of glucose 6-phosphate dehydrogenase, and 12.5 units/ml of hexokinase was prepared, and this was brought to room temperature. Example 2
The immobilized acetate kinase obtained in step 1 was passed through the tube.

実施例3と同様にして、前記高分子化ADPのATPへ
の変換を確認した。
Conversion of the polymerized ADP to ATP was confirmed in the same manner as in Example 3.

実施例 5 o、12El/m1.のアクリルアミド、6ml/m1
(DN、N’−メチレンビスアクリルアミドを含む20
mMリン酸バッファー(pH7,5)5mlに耐熱性酢
酸キナーゼ10単位を0℃にて加えた。
Example 5 o, 12El/ml. of acrylamide, 6ml/ml
(20 containing DN, N'-methylenebisacrylamide)
10 units of thermostable acetate kinase was added to 5 ml of mM phosphate buffer (pH 7.5) at 0°C.

攪拌混合後50”9/mlの過硫酸カリウム溶液50μ
lを加え20Wの螢光灯下で2時間反応させた。
After stirring and mixing, add 50μ of 9/ml potassium persulfate solution.
1 was added thereto, and the mixture was reacted for 2 hours under a 20W fluorescent lamp.

生成したゲル状物を破砕後20mM’Jン酸バッファー
10m1で3回洗浄した。
The resulting gel was crushed and washed three times with 10 ml of 20mM'J acid buffer.

生成物の活性は8.3単位であり、洗液中に1.5単位
の耐熱性酢酸キナ−ゼが回収された。
The activity of the product was 8.3 units, and 1.5 units of thermostable acetate kinase were recovered in the wash.

このものも同様に極めて安定であった。This one was also extremely stable.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は、バイオリアクターのフローチャートを示す概
略図であり、第2図は本発明の固定化耐熱性酢酸キナー
ゼの安定性を示す図であり、第3図は同酢酸キナーゼの
耐熱性を示す図であり、第4図は同酢酸キナーゼの至適
pHを示す図である。
FIG. 1 is a schematic diagram showing a flowchart of a bioreactor, FIG. 2 is a diagram showing the stability of the immobilized thermostable acetate kinase of the present invention, and FIG. 3 is a diagram showing the thermostability of the same acetate kinase. FIG. 4 is a diagram showing the optimum pH of the acetate kinase.

Claims (1)

【特許請求の範囲】 1 好熱菌、バチルス・ステアロサーモフィルスの一菌
株により生産された耐熱性酢酸キナーゼと、固定化用担
体とからなる、固定化耐熱性酢酸キナーゼ。 ゛2 該固定用担体が多孔性ガラス、多糖類の誘導体お
よびポリアクリルアミドから選ばれる、特許請求の範囲
第1項記載の固定化耐熱性酢酸キナーゼ。 3 予め活性化した固定化用担体と、好熱菌ノくチルヌ
・ステアロサーモフィルスの一菌株により生産された耐
熱性酢酸キナーゼとを6.0〜9.5なる範囲のpHを
有するバッファー溶液に分散させ、0〜70°Cなる範
囲の温度下で攪拌し、場合によりU、V、光を照射する
ことを特徴とする、耐熱性酢酸キナーゼの固定化方法。 4 該固定化用担体が多孔性ガラス、多糖類の誘導体お
よびポリアクリルアミドから選ばれる特許請求の範囲第
3項記載の耐熱性酢酸キナーゼの固定化方法。
[Scope of Claims] 1. An immobilized thermostable acetate kinase comprising a thermostable acetate kinase produced by a strain of thermophilic bacterium Bacillus stearothermophilus and an immobilization carrier. (2) The immobilized heat-stable acetate kinase according to claim 1, wherein the immobilization carrier is selected from porous glass, polysaccharide derivatives, and polyacrylamide. 3 A pre-activated immobilization carrier and a thermostable acetate kinase produced by a strain of the thermophilic bacterium Nochthynu stearothermophilus are mixed in a buffer solution having a pH in the range of 6.0 to 9.5. 1. A method for immobilizing heat-stable acetate kinase, which comprises dispersing it in water, stirring at a temperature in the range of 0 to 70°C, and optionally irradiating it with U, V, or light. 4. The method for immobilizing heat-stable acetate kinase according to claim 3, wherein the immobilization carrier is selected from porous glass, polysaccharide derivatives, and polyacrylamide.
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