JPS61124384A - Atp reproduction bioreactor - Google Patents

Atp reproduction bioreactor

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JPS61124384A
JPS61124384A JP24680484A JP24680484A JPS61124384A JP S61124384 A JPS61124384 A JP S61124384A JP 24680484 A JP24680484 A JP 24680484A JP 24680484 A JP24680484 A JP 24680484A JP S61124384 A JPS61124384 A JP S61124384A
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atp
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reactor
bioreactor
planar
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Kenichi Inatomi
健一 稲富
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  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Apparatus Associated With Microorganisms And Enzymes (AREA)
  • Immobilizing And Processing Of Enzymes And Microorganisms (AREA)

Abstract

PURPOSE:To provide the titled bioreactor, excellent in the continuity, operability and the cost of raw material, etc., by introducing an ATP-synthetase used as an ATP-producing enzyme into a flat lipid double-layered membrane, laminating the flat membranes in a reactor, and applying physical energy from an external source. CONSTITUTION:The plane membranes 8 integrated with an ATP-synthetase (ATPase) 12 are laminated in the reactor 1. An electrical potential (DC pulse or DC) is applied to the electrode 9 from an external power source 10 in a manner that the membrane potential optimum for the synthesis of ATP (about 200-250mV) is applied to both sides of each membrane 8. In the course of the above process, ADP (adenosine phosphate) and phosphoric acid are introduced (4) from the reservoir 4 to the reactor 1. An ATP-reproduction reactor is produced between the membranes 8 laminated with ATP by the membrane potential generated in the plane lipid double-layered membrane 11, by this process. The reaction proceeds continuously during the above process, and accordingly, a continuous ATP-reproduction can be carried out by combining the above reactor with a main reactor consuming ATP.

Description

【発明の詳細な説明】 【産業上の利用分野1 本発明は、生体反応に必須な高エネルギーリン酸化合物
であるアゾ/シン3リン酸(ATP)を再生産するバイ
オリアクターに関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Industrial Application Field 1] The present invention relates to a bioreactor that regenerates azo/syn triphosphate (ATP), a high-energy phosphoric acid compound essential for biological reactions.

[従来の技術] 従来から、ATPの再生産には酵素法、画体法などが採
用されている。
[Prior Art] Conventionally, enzymatic methods, painting methods, and the like have been employed for the reproduction of ATP.

たとえば酵素法においでは、ATP再生#素として式(
1)を触媒する7デニル酸キナーゼと、式(2)を触媒
する酢酸キナーゼが一般に使用されている。
For example, in the enzymatic method, the formula (
7-denylate kinase, which catalyzes formula (1), and acetate kinase, which catalyzes formula (2), are commonly used.

^HP+ATP戸ヨ2^OP        (t)八
〇 P +  7 セ+ ル’J 7 tel =二コ
A T P +n N (2)第2図に#素性を用いた
ATP再生産バイオ+772グーのブロック図を示す0
図において(1)はり7クタ一本体、(2)および(3
)はそれぞれ固定化されたアデニル酸キナーゼおよび酢
酸キナーゼ、(4)は原料である7セチルリン酸と7デ
ノシンモノリンam!(^HP)と7デノンンノリン#
I!(^OP)とを入れたりザーバー、(5)はざンプ
、(6)は生成物であるATPを酢酸から分解するセパ
レーター、(7)は再生産されたATP用のりザーバー
である。
^HP+ATP dooryo 2^OP (t) 80 P + 7 Se+ Le'J 7 tel = Niko A T P +n N (2) ATP reproduction bio+772 goo block using # identity in Figure 2 0 showing diagram
In the figure, (1) beam 7, one main body, (2) and (3
) are immobilized adenylate kinase and acetate kinase, respectively, and (4) are the raw materials 7 cetyl phosphate and 7 denosine monoline am! (^HP) and 7denonnorin #
I! (^OP) and a reservoir, (5) a gas pump, (6) a separator that decomposes the product ATP from acetic acid, and (7) a glue reservoir for the recycled ATP.

つぎに実際の動作について説明する。Next, the actual operation will be explained.

ATPの再生産は^HPに2個のリン酸を導入するか、
^OPにリン酸を1個導入することによりなされる。
To reproduce ATP, either introduce two phosphoric acids into HP, or
This is done by introducing one phosphoric acid into ^OP.

リアクター内では^HPは式(1)に従い、ATPによ
り^OPになり、さらに^DPは7セチルリン酸により
リン酸化され、ATPが再生される。
In the reactor, ^HP is converted to ^OP by ATP according to formula (1), and ^DP is further phosphorylated by 7-cetyl phosphate to regenerate ATP.

第2図にもとづいて説明すると、リザーバー(4)中の
^DP、^HP、 7セチルリン酸は、ポンプ(5)に
よってり7クター(1)に導入され、固定化7デニル酸
キナーゼ(2)および固定化酢酸キナーゼ(3)の両固
定化酵素によって、ATPと酢酸とに変換される。AT
Pはセパレーター(6)によって酢酸と分離され、リザ
ーバー(7)に蓄えられる。
To explain based on Fig. 2, DP, HP, and 7 cetyl phosphate in the reservoir (4) are introduced into the 7 cell (1) by the pump (5), and the immobilized 7 denylate kinase (2) It is converted into ATP and acetate by both immobilized enzymes, and immobilized acetate kinase (3). A.T.
P is separated from acetic acid by a separator (6) and stored in a reservoir (7).

一方、画体法においては、イースト薗を乾燥させた粉末
にグルコ−人などを与え、粉末中に残存する解糖系酵素
の働きによりグルコースを陵化し、そのエネルギーを利
用して^HP、^OPよりATPを生産する。一般にバ
ッチ式のり7クターが用いられる。
On the other hand, in the painting method, glucosin, etc. are added to a powder made by drying yeast sono, and the glycolytic enzymes remaining in the powder turn the glucose into a form of sugar, and the energy is used to produce ^HP,^ ATP is produced from OP. Generally, a batch type glue tank is used.

[発明が解決しようとする問題点] 従来の酵素法によるATP再生産バイオリアクターは以
上の様な構成になっているため、ATP再生産には、原
料として7セチルリン酸を代表とするリン酸化合物を投
入する必要がある。しかし7セチルリン酸は不安定であ
り、しかも価格が高価であるなどの問題がある。
[Problems to be solved by the invention] Since the conventional enzymatic method ATP regeneration bioreactor has the above-mentioned configuration, a phosphoric acid compound typified by 7-cetyl phosphate is used as a raw material for ATP regeneration. It is necessary to input However, 7-cetyl phosphoric acid has problems such as being unstable and expensive.

また画体法によるばあいも同様に原料のグルコースが高
価であり、さらに生成物中がらATPを回収したり、精
製したりするのにコストや時間がかかり、またバッチ式
であるため制御が困難であるなどの問題があろ5 本発明は1−記のような従来の装置の欠、σを解決する
rこめになされたものである。
In addition, in the case of the image-based method, the raw material glucose is similarly expensive, and it is costly and time-consuming to recover and purify ATP from the product, and it is difficult to control because it is a batch method. The present invention has been made to solve the problems of σ, which are the deficiencies of the conventional devices as described in 1-1.

E問題点を解決するための手段J 本発明は、ATP再生酵素としてATP合成酵素(^d
enosineLripl+ospl+alse :A
TPase)を用い、この酵素を平面脂質2重層膜に導
入して形成した平面膜を積層してリアクター内に構築し
、さらにATPを再生するエネルギーとして外部からの
物理工、トルイーを用いることを特徴とするATP再生
産バイオリアクターに関し、生体膜に局在するATPa
seを導入した平面脂質2重層膜をり7クター内で積層
し、ATP再生のエネルギーとして外部がら物理エネル
ギーを加え、それぞれの膜の両側にプロトン勾配や膜電
位を発生されることによって^DI”とリン酸とがらA
TI’を再生産するATP再生産バイオリアクターてh
す、従来のATP再生産バイオリアクターにがわろ新し
い概念のATP再生産バイオリアクターを提供するもの
である。
Means for Solving Problems E The present invention utilizes ATP synthase (^d) as an ATP regenerating enzyme.
enosineLripl+ospl+alse :A
TPase), this enzyme is introduced into a planar lipid bilayer membrane, and the planar membranes formed are stacked together in a reactor, and an external physical engineering agent, Toluie, is used as energy to regenerate ATP. Regarding the ATP regeneration bioreactor, ATPa localized in biological membranes
Planar lipid bilayer membranes containing se are stacked in a membrane, external physical energy is applied as energy for ATP regeneration, and proton gradients and membrane potentials are generated on both sides of each membrane. and phosphoric acid and Gara A
ATP regeneration bioreactor that regenerates TI'
This invention provides an ATP regeneration bioreactor with a new concept compared to the conventional ATP regeneration bioreactor.

[実施例1 本発明のバイオリアクターの原理を説明する。[Example 1 The principle of the bioreactor of the present invention will be explained.

ATPは生体内で解糖系と酸化的リン酸化を代表とする
エネルギー代lIf系によって、^OP*たは^HPか
ら再生産されるが、グルコースあたりのATP生成量で
比較すると、酸化的リン酸化の方が解糖系よりも高効率
である。この酸化的リン酸化で、ATPを直播^DPと
リン酸から生成する酵素が、ATPageである。二の
ATPageは、生体の細胞膜に局在しており、ATP
の合成だけではなく、道にATPを加水分解することに
よって、イオン、基質の能動輸送のためのエネルギーな
どを供給することもできる。
ATP is regenerated from ^OP* or ^HP in the living body by the energy conversion lIf system, which is represented by glycolysis and oxidative phosphorylation, but when comparing the amount of ATP produced per glucose, oxidative phosphorylation Oxidation is more efficient than glycolysis. The enzyme that generates ATP from directly seeded DP and phosphoric acid through this oxidative phosphorylation is ATPage. The second ATPage is localized in the cell membrane of living organisms and
In addition to the synthesis of ATP, it can also provide energy for the active transport of ions, substrates, etc. by hydrolyzing ATP.

ATPを合成するエネルギーとしては、膜の内側と外側
でのプロトンイオンの差(ΔpH)または電位差(膜電
位)が必要である。生きた細胞中では、ΔpHや膜電位
は有機物の酸化、光反応によるH、0の分解、電子伝達
系などによって供給されるが、人工的にΔcal(や膜
電位を生きた細胞膜、に与えてもATPが生成すること
がa寮8れでいる(香川端雄:生体膜と生体エネルギー
、東大出履会)。
Energy for synthesizing ATP requires a difference in proton ions (ΔpH) or a potential difference (membrane potential) between the inside and outside of the membrane. In living cells, ΔpH and membrane potential are supplied by the oxidation of organic substances, the decomposition of H and 0 by photoreactions, and the electron transport system. It is also known that ATP is generated in A dormitory 8 (Hatao Kagawa: Biomembranes and bioenergy, University of Tokyo Irukai).

本発明はこの様な原理を応用したものであり、生体膜の
かわりに、ATPaseを導入、再構成した脂If!t
2重層膜を用いる。ATPの再生効率を上げ、強度を与
えるため多孔質高分子シートを担体としで、脂質2tf
LMmを平面的に構築し、この平面膜をリアクター内に
積層して用いる。このようにすることにより、′iI&
界などによる外部エネルギーが生体膜やリポソームと比
較して、さらに効率よくそれぞれの膜に加わり、ATP
再生lが増大し、かつ固定式であるため連続的なATP
の再生が可能になる。
The present invention applies such a principle, and instead of biomembranes, ATPase is introduced and reconstituted fat If! t
A double layer membrane is used. In order to increase ATP regeneration efficiency and provide strength, a porous polymer sheet is used as a carrier, and lipid 2tf
LMm is constructed in a planar manner, and the planar membranes are stacked and used in a reactor. By doing this, 'iI&
Compared to biological membranes and liposomes, external energy from fields is applied to each membrane more efficiently, and ATP
Continuous ATP because regeneration increases and is fixed
becomes possible to play.

つぎに本発明のバイオリアクターの一実施態様をブロッ
ク図(第1 図)にもとづき説明する。
Next, one embodiment of the bioreactor of the present invention will be described based on a block diagram (FIG. 1).

第1図において(1)はりアクタ−1(8)はATPa
seを導入した平面脂質2I1層膜と、この膜を保持す
る多孔性高分子シートからなる平面膜、(9)は電界を
かけるための電極、(10)はその電源、(4)は原料
である^OPおよプリン酸のリザーバー、(5)は原料
をリアクター内に導くポンプ、())はATPを蓄える
リザーバーである。
In Figure 1, (1) beam actor 1 (8) is ATPa
A planar membrane consisting of a planar lipid 2I single-layer membrane into which se has been introduced and a porous polymer sheet that holds this membrane, (9) is an electrode for applying an electric field, (10) is its power source, and (4) is a raw material. A reservoir for OP and puric acid, (5) is a pump that introduces raw materials into the reactor, and ()) is a reservoir that stores ATP.

第3図はATPaseを導入した平面膜(8)のミクロ
な慎弐図で^す、(11)は平面脂質2重層膜、(1)
)はATPase、(13)は平面膜な保持する多孔性
高分子シートである。
Figure 3 is a microscopic diagram of the planar membrane (8) into which ATPase has been introduced. (11) is the planar lipid bilayer membrane, (1)
) is ATPase, and (13) is a porous polymer sheet that holds a flat membrane.

本発明に用いる平面脂質2重層膜とは、天然脂質または
合成脂質などの脂質から形成された2重層膜であり、通
常2重層膜としての厚さが1〜50nz程度のものであ
る。その平面脂質2重層膜はATPaseを保持し、A
TP合成に必要なプロトン勾配や膜電位を形成する働き
をする。
The planar lipid bilayer membrane used in the present invention is a bilayer membrane formed from lipids such as natural lipids or synthetic lipids, and usually has a thickness of about 1 to 50 nz. The planar lipid bilayer membrane retains ATPase and A
It functions to form the proton gradient and membrane potential necessary for TP synthesis.

ATPaseは、ミトコンドリア、細wig、業縁体な
どいずれから抽出したものでもよいが、安定性は好熱性
生物白米のATPaseが鏝も高い。
ATPase may be extracted from mitochondria, microwigs, industrial bodies, etc., but ATPase from thermophilic white rice has the highest stability.

前記平面脂質2重層膜を保持するための多孔性高分子シ
ートの材質としては、テフロンなどの7ツ素ik樹脂シ
ートが用いられるが、これらに限定されるものではない
、該シートの厚さとしては1G−1000μ2程度のも
のが用いられ、また該シートには平面脂質2重層膜を保
持するために、孔径が0.01〜5.Ox履程度の孔が
0.01〜0.8朦2/層2程度設けられている。前記
説明においては多孔性^分子シートを用いたばあいにつ
いて説明したが、第4図に示すような多孔性マイクロカ
プセルに平面脂質2重層膜を保持させてもよく、このよ
うにするとリポソームと同様な動作で、より安定にAT
Pを再生することができる。なお第4図において(14
)はATPaseを導入した平面脂質2重層膜、’ (
ts)はマイクロカプセル本体である。
As the material of the porous polymer sheet for holding the planar lipid bilayer membrane, a 7-carbon ik resin sheet such as Teflon is used, but the thickness of the sheet is not limited to these. A pore size of about 1G-1000μ2 is used, and the sheet has a pore size of 0.01 to 5.5mm in order to hold a planar lipid bilayer membrane. Holes about the size of Ox shoes are provided at about 0.01 to 0.8 mm 2/layer 2. In the above explanation, the case was explained using a porous molecular sheet, but a planar lipid bilayer membrane may be held in a porous microcapsule as shown in Fig. 4. AT with more stable operation
P can be played. In addition, in Figure 4 (14
) is a planar lipid bilayer membrane into which ATPase has been introduced, ' (
ts) is the microcapsule body.

本発明においては、前記のごとき多孔性高分子シー) 
(13)とATPase(1))の導入さ枕た平面脂質
2重層m(11)とから平面膜(8)が形成されてもよ
く、このようにして形成された平面膜(8)は通常リア
クター内に平面膜間の間隔が0.1〜511程度になる
ように、2〜WL百層程度積NAされATPase再生
産バイオリアクターが作製される。
In the present invention, the porous polymer sheet as described above)
A planar membrane (8) may be formed from a planar lipid bilayer m (11) into which ATPase (13) and ATPase (1)) have been introduced, and the planar membrane (8) thus formed is usually An ATPase reproducing bioreactor is fabricated by stacking about 2 to 100 WL layers in the reactor so that the spacing between the planar membranes is about 0.1 to 511.

つぎに本発明のバイオリアクターの動作を説明する。Next, the operation of the bioreactor of the present invention will be explained.

ATPase(1))が組み込まれた平面膜(8)は、
リアクター(1)中に積層され、それぞれの平面膜の両
側にATP合成に最適な膜電位(およそ200〜250
mV)が発生する様に、外部の電源(10)から電極(
9)に電圧(DCパルスまたはDC)がかけられる、八
〇Pとリン酸はりザーバ−(4)よりポンプ(5)でり
7クター(1)に導入され、平面脂質2重層膜(11)
に発生した膜電位にもとづいてATPが積層している平
面膜(8)間に生成さ九る0反応は連続的に進行し、A
TPを消費するメインリアクターを組み合わせることに
よって、連続的なATP再生産ができる。
A planar membrane (8) incorporating ATPase (1)) is
They are stacked in the reactor (1) and are placed on both sides of each planar membrane at an optimal membrane potential for ATP synthesis (approximately 200-250).
mV) is generated from the electrode (
A voltage (DC pulse or DC) is applied to 9), and the 80P and phosphoric acid are pumped from the reservoir (4) into the pump (5) and introduced into the planar lipid bilayer membrane (11).
Based on the membrane potential generated at
By combining a main reactor that consumes TP, continuous ATP regeneration is possible.

上記説明では脂質2i1,1lfflを用いて平面膜を
形成したものについて説明したが、平面膜に限ることは
なく、リポソーム(閉鎖小胞)を用いてもよいことは当
然である。第5図は、ATPase(1))を組み込ん
だ脂質2重層膜リポソーム(16)を偶成的に示したも
のであり、動作は平面膜と同様である。
In the above explanation, a planar membrane was formed using the lipids 2i1 and 1lffl, but it is not limited to a planar membrane, and it goes without saying that liposomes (closed vesicles) may also be used. FIG. 5 shows an accidental lipid bilayer membrane liposome (16) incorporating ATPase (1), and its behavior is similar to that of a planar membrane.

また重合性の脂質を用いて脂質2重層膜を形成し、脂質
2重層膜を高分子化すれば、形成された平面膜やリポソ
ームをさらに安定化することができる。v&6図は高分
子化した脂質2重屑模リポソームの形成を構成的に示し
たもので、ビニル基重合性の官能基が導入された脂質(
17)から形成された脂質2重層膜が紫外線などによっ
て重合せしめられ、高分子化した脂質2重層膜リポソー
ム(18)が形成される。高分子脂質2重層膜の性質は
安定性が向上する他は脂質2重層膜と同様である。
Further, by forming a lipid bilayer membrane using a polymerizable lipid and polymerizing the lipid bilayer membrane, the formed planar membrane or liposome can be further stabilized. Figure v & 6 shows the composition of the formation of polymerized lipid double waste imitation liposomes.
The lipid bilayer membrane formed from step 17) is polymerized by ultraviolet rays or the like to form a polymerized lipid bilayer membrane liposome (18). The properties of the polymeric lipid bilayer membrane are similar to those of the lipid bilayer membrane, except that the stability is improved.

前記説明ではATPを合成するエネルギーとしで、電界
によるエネルギーを用いたが、電界によるエネルギーに
限られるわけではなく、他の物理エネルギー(光など)
も利用することができる。
In the above explanation, energy generated by an electric field was used as the energy for synthesizing ATP, but it is not limited to energy generated by an electric field, and other physical energy (such as light) can be used.
can also be used.

脂質21層膜に高度好塩菌から抽出したバクテリオロド
プシンを加えれば、光照射によって膜の両側にプロトン
勾配(ΔpH)が形成され、同様にATPが再生される
When bacteriorhodopsin extracted from highly halophilic bacteria is added to a 21-layer lipid membrane, a proton gradient (ΔpH) is formed on both sides of the membrane by light irradiation, and ATP is similarly regenerated.

IJ&7図にATPase(1))とバクテリオロドプ
シン(19)とを組み込んだ、平面脂質2重層膜(11
)の模式図を示す、この膜に光が照射されるとバクテリ
オロドプシンが光プロトンポンプの役割を果たし、膜の
片側にプロトンを押し出し、膜を介してプロトン勾配(
ΔpH)が形成される。プロトン勾配が形成されたのち
の動作は、電界を加えたばあいと同様である。
Planar lipid bilayer membrane (11) incorporating ATPase (1)) and bacteriorhodopsin (19) in IJ&7
), when this membrane is irradiated with light, bacteriorhodopsin acts as a photoproton pump, pushing protons to one side of the membrane, creating a proton gradient (
ΔpH) is formed. After the proton gradient is formed, the behavior is similar to that when an electric field is applied.

また式(3)に示される反応を触媒とする酵素であるヒ
ドロゲナーゼ(6=ase)とその電子伝達系を用いれ
ば、水素を基点としてΔpHが形成され、ATPが合成
される、 Ht ==:ヨ2 H÷ + 2e       (3
)l!118図にATPage(1))、Hzase(
20)および電子伝達系(21)を組み込んだ平面脂質
2重層IK(11)の模式図を示す、この膜を用いると
水素分子がIl□ase(20)によってプロトン(I
t”)とエレクトロン(e)に分離し、電子伝達系(2
1)によって膜の両側に別れて伝達され、その結果、膜
の両側に、プロトン勾配(ΔpH)が形成される。ΔP
itが形成されたのちの動作は、を界を加えたばあいと
同様である。
Furthermore, by using hydrogenase (6=ase), an enzyme that catalyzes the reaction shown in formula (3), and its electron transport chain, ΔpH is formed with hydrogen as the starting point, and ATP is synthesized, Ht ==: Yo2 H÷ + 2e (3
)l! Figure 118 shows ATPage (1)), Hzase (
20) and a planar lipid bilayer IK (11) incorporating an electron transport system (21). When this membrane is used, hydrogen molecules are converted to protons (I) by Il□ase (20).
t”) and electrons (e), and form an electron transport chain (2
1) is transmitted separately to both sides of the membrane, resulting in the formation of a proton gradient (ΔpH) on both sides of the membrane. ΔP
The operation after it is formed is the same as when a field is added.

本発明のバイオリアクターに関する実施態様について説
明したが、再生したATPを利用するりアクタ−であっ
てもよく、生体内の色々な酵素系とATPaseとを組
み合わせた、より高度なりアクタ−の創造に眉いてもよ
い。
Although the embodiment of the bioreactor of the present invention has been described, it may also be an actor that utilizes regenerated ATP. It's okay to frown.

つぎに本発明のバイオリアクターを実施例にもとづいて
説明する。
Next, the bioreactor of the present invention will be explained based on Examples.

実施例1 厚さ0.5m+aのテア0ンシートに、直径1−の孔を
50%の多孔度であけ、2 cmX 2 e−に切って
2分子膜用の支持体とした。好熱性細菌より抽出しなA
TPase(Method in Enzysolog
yに記載の方法で調製)を、R,5ehindlerら
の方法(Proc、Natl、^aad。
Example 1 A tear sheet with a thickness of 0.5 m+a was made with holes of 1-diameter and a porosity of 50%, and cut into pieces of 2 cm x 2 e- to serve as a support for a bilayer membrane. A extracted from thermophilic bacteria
TPase(Method in Enzysolog)
y) was prepared by the method described in R. 5ehindler et al. (Proc, Natl, ^aad.

Sci、US^、71’l 2302 (1980))
によって上述のテフロンシートの支持体に2分子膜とし
て形成し、ATPaseを組み込んだ平面脂質2重層膜
をえた。
Sci, US^, 71'l 2302 (1980))
A planar lipid bilayer membrane incorporating ATPase was obtained by forming a bilayer membrane on the above-mentioned Teflon sheet support.

H,5ehindlerらの方法の概要は、ATPas
eを含む細菌のリン脂質で形成された小胞体を水面で表
面張力によって破壊し、その結果えられた水面上の単分
子層膜をテフロンシートのピンホール中で両側から合わ
せて形成するもので、操作はすべて水中で行なった。
A summary of the method of H. 5ehindler et al.
The endoplasmic reticulum formed of bacterial phospholipids containing E is destroyed on the water surface by surface tension, and the resulting monolayer film on the water surface is brought together from both sides in a pinhole of a Teflon sheet. All operations were performed underwater.

このようにしてえちれた平面脂質2重層膜を導入したテ
ア0ンシートを、あらかじめ水中に置かれたり7クター
内に積層した。積層闇黒は1+*+*で!O枚積層した
。−J7クターは〃ラスまたはテア0ン樹脂で構成し、
積層したテフロンシートの間に基質が均一に流れるよう
に、ポンプからの水路を形成した。上部と下部にはテフ
ロンシートと同面積の白金電極を装着した。
The tear sheets into which the planar lipid bilayer membranes prepared in this way were introduced were placed in water or stacked in a tank. Laminated darkness is 1+*+*! O sheets were laminated. -J7 is made of lath or tear resin,
A water channel from the pump was formed to allow the substrate to flow evenly between the stacked Teflon sheets. Platinum electrodes with the same area as the Teflon sheet were attached to the upper and lower parts.

第9図は以上のようにしてえられたりアクタ−の断面説
明図である。
FIG. 9 is an explanatory cross-sectional view of the actor obtained as described above.

ATP再成可成以下の条件で行なった。The test was carried out under conditions below which allow ATP regeneration.

リザーバーには、50−Mトリス(ヒドロキシメチルア
ミノメタン)塩m1(pH7,5)、10mM HgC
l2.10mMADP、505M !j :’ el 
f ) ’) ’F A (pH7,5)ノ基質を蓄え
、せんどうポンプで50m!’/hrの流速でり7クタ
ーに送液した。1ノ7クター上下の電極には各平面2重
層膜に200〜250m Vの膜電位が加わるように、
tooo−2000Vの直流電圧を30secおきに加
元な(30sec ON= 30sec 0FF)。
The reservoir contained 50-M tris(hydroxymethylaminomethane) salt m1 (pH 7,5), 10mM HgC
l2.10mMADP, 505M! j :'el
f ) ') 'F A (pH 7,5) substrate is stored and sento pump is used for 50m! The liquid was delivered to 7 tanks at a flow rate of '/hr. The upper and lower electrodes of 1 no. 7 were placed so that a membrane potential of 200 to 250 mV was applied to each plane double layer membrane.
Apply a DC voltage of too-2000V every 30 seconds (30 seconds ON = 30 seconds 0FF).

このような条件でATPの可成を行なった結果、八〇P
からの変換率80%以上でATPが^OPとPi上り可
成された。
As a result of establishing ATP under these conditions, 80P
ATP was able to rise to ^OP and Pi with a conversion rate of 80% or more.

[発明の効果1 本発明のバイオリアクターを用いると、ATP再生のた
めの外部からの供給エネルギー源としで、電界、光、H
2などをATPageを導入した平面脂質2重N膜に与
えることにより、直接へ〇Pとリン酸とからATPが再
生される。従って、連続性、操作性、原料コストなどの
点で優れたATP再生産バイオリアクターかえられろ、
さらに酢酸などの副生成物もなく、ATPを分離するセ
パレーターも不要であり、また超小型化や精密制御が可
能であり、生体内埋込型の装置としても利用できる。
[Effect of the invention 1] When the bioreactor of the present invention is used, electric field, light, H
By applying 2 or the like to a planar lipid double N membrane into which ATPage has been introduced, ATP is directly regenerated from 〇P and phosphoric acid. Therefore, it is recommended to switch to an ATP regeneration bioreactor that is superior in terms of continuity, operability, and raw material cost.
Furthermore, there are no by-products such as acetic acid, there is no need for a separator to separate ATP, and the device can be miniaturized and precisely controlled, allowing it to be used as an implantable device in a living body.

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

第1図は本発明のバイオリアクターの一実施態様による
ATP再生産バイ第177クグーのブロック図、第2図
は従来の酵素法によるATP再生産バイオリアクターの
ブロック図、第3図はATPaseを導入した平面脂質
2重層膜を多孔性高分子シートに組み込んだ平面膜の模
式図、第4図はマイクロカプセルに導入された平面脂質
2重層膜の模式図、第5図はATPaseを組み込んだ
脂質2i1層膜リポソームの模式図、第6図は高分子化
した脂質2重層膜リポソームを形成するばあいの説明図
、第7図はATPageとバクテリオロドプシンとを組
み込んだ平面脂質2重層膜の模式図、第8図はATPa
ge、H,ase、 ’il子伝達系を組み込んだ平面
脂質2重層膜の模式図、pI49図は笑施例1で用いた
バイオリアクターに関する断WJ説明図である。 図中の(1)はりアクタ−1(8)は平面膜、(9)は
電極、(11)は平面脂質2重層膜、(1))はATP
age、(14)はATPageを導入した平面脂質2
重層膜、(16)は脂質2重層膜リポソーム、(17)
は重合性の脂質、(18)は高分子化した脂質2重層膜
すボンーム、(19)はバクテリオロドプシン、(20
)はH−ase、 (21)は電子伝達系である。なお
、各図面中の同一符号は同一または相当部分を示す。
Fig. 1 is a block diagram of ATP regeneration by No. 177 Kugu by an embodiment of the bioreactor of the present invention, Fig. 2 is a block diagram of an ATP regeneration bioreactor using a conventional enzyme method, and Fig. 3 is a block diagram of ATP regeneration bioreactor using ATPase. Fig. 4 is a schematic diagram of a planar lipid bilayer membrane incorporated into a microcapsule, and Fig. 5 is a schematic diagram of a planar lipid bilayer membrane incorporating ATPase-incorporated lipid 2i1. A schematic diagram of a layered membrane liposome; Figure 6 is an explanatory diagram of the formation of a polymerized lipid bilayer membrane liposome; Figure 7 is a schematic diagram of a planar lipid bilayer membrane incorporating ATPage and bacteriorhodopsin; Figure 8 shows ATPa
The pI49 diagram, which is a schematic diagram of a planar lipid bilayer membrane incorporating a ge, H, ase, 'il transport system, is a cross-sectional WJ explanatory diagram of the bioreactor used in Example 1. In the figure, (1) Beam Actor 1 (8) is a planar membrane, (9) is an electrode, (11) is a planar lipid bilayer membrane, and (1)) is ATP.
age, (14) is ATPage-introduced planar lipid 2
Multilayer membrane, (16) is lipid bilayer membrane liposome, (17)
is a polymerizable lipid, (18) is a polymerized lipid bilayer membrane, (19) is bacteriorhodopsin, (20)
) is H-ase, and (21) is an electron transport chain. Note that the same reference numerals in each drawing indicate the same or corresponding parts.

Claims (5)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)ATP再生酵素としてATP合成酵素(Aden
osinetriphosphatse:ATPase
)を用い、この酵素を平面脂質2重層膜中に導入して形
成した平面膜を積層してリアクター内に構築し、さらに
ATPを再生するエネルギーとして外部からの物理エネ
ルギーを用いることを特徴とするATP再生産バイオリ
アクター。
(1) ATP synthase (Aden
osinetriphosphate: ATPase
), this enzyme is introduced into a planar lipid bilayer membrane, and the planar membranes formed are stacked together to construct a reactor, and external physical energy is used as energy to regenerate ATP. ATP regeneration bioreactor.
(2)平面脂質2重層膜を多孔性高分子シートの孔に形
成することを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記載
のATP再生産バイオリアクター。
(2) The ATP regeneration bioreactor according to claim (1), characterized in that a planar lipid bilayer membrane is formed in the pores of a porous polymer sheet.
(3)外部からの物理エネルギーとして、電界によるエ
ネルギーを用いることを特徴とする特許請求の範囲第(
1)項記載のATP再生産バイオリアクター。
(3) Claim No. 1 (2) characterized in that energy from an electric field is used as external physical energy.
1) ATP regeneration bioreactor as described in section 1).
(4)外部からの物理エネルギーとして、光エネルギー
を用い、光プロトンポンプとしてバクテリオロドプシン
を用いることを特徴とする特許請求の範囲第(1)項記
載のATP再生産バイオリアクター。
(4) The ATP regeneration bioreactor according to claim (1), characterized in that optical energy is used as the external physical energy and bacteriorhodopsin is used as the optical proton pump.
(5)外部からの物理エネルギーとしで、水素をプロト
ン(H^+)とエレクトロン(e)とに分離する酵素ヒ
ドロゲナーゼとその電子伝達系とを、ATPaseと一
緒に平面脂質2重層膜に組み込んで用いることを特徴と
する特許請求の範囲第(1)項記載のATP再生産バイ
オリアクター。
(5) Hydrogenase, an enzyme that uses external physical energy to separate hydrogen into protons (H^+) and electrons (e), and its electron transport system are incorporated into a planar lipid bilayer membrane together with ATPase. The ATP regeneration bioreactor according to claim (1), which is used.
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