KR100244055B1 - Process for producing d-n-carbamoyl-alpha-amino acids - Google Patents

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Abstract

슈도모나스속에 속하는 특정 미생물에서 기원하는 하이단토인나아제와 관련된 유전자를 포함하는 DNA 의 절편 및 벡터 DNA 를 갖는 재조합 DNA 로 형질전환된 미생물로 제조한 하이단토인나아제를 이용하여 5-치환 하이단토인으로부터 D-N-카르바모일-α-아미노산을 제조하는 방법.5-substituted hydan using a hydantoinase prepared from a microorganism transformed with a recombinant DNA having a DNA and a fragment containing a DNA related to a hydantoinase originating from a specific microorganism belonging to the genus Pseudomonas A process for preparing DN-carbamoyl-α-amino acids from toyne.

Description

디-엔-카르바모일-알파-아미노산의 제조법{PROCESS FOR PRODUCING D-N-CARBAMOYL-ALPHA-AMINO ACIDS}Production method of di-ene-carbamoyl-alpha-amino acid {PROCESS FOR PRODUCING D-N-CARBAMOYL-ALPHA-AMINO ACIDS}

본 발명은 D-N-카르바모일-α-아미노산의 제조방법에 관한 것이다. 좀더 구체적으로는, 이는 비대칭 절단 가수분해(asymmetric cleavage hydrolysis) 로 5-치환 하이단토인 (hydantoin) 을 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환시키는 효소 (이후 하이단토인나아제로 칭함) 에 대한 유전자를 갖는 새로운 형질전환체를 이용한 D-N-카르바모일-α-아미노산의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a process for the preparation of D-N-carbamoyl-α-amino acids. More specifically, it is an enzyme that converts 5-substituted hydantoin into the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid by asymmetric cleavage hydrolysis (hereinafter referred to as hydantoinase). It relates to a method for preparing DN-carbamoyl-α-amino acid using a novel transformant having a gene for.

광학 활성 D-N-카르바모일-α-아미노산은 대응하는 D-α-아미노산으로 전환될 수 있고, 광학 활성 D-α-아미노산은 약제용 중간 화합물로서 중요한 화합물이 다. 특히, 산업적으로 유용한 화합물의 예로는, 반합성 페닐실린 및 반합성 세파로스포린의 제조를 위한 중간 화합물로서의 D-페닐글리신 및 D-(p-히드록시페닐)글리신을 들 수 있다.Optically active D-N-carbamoyl-α-amino acids can be converted to the corresponding D-α-amino acids, and optically active D-α-amino acids are important compounds as pharmaceutical intermediates. In particular, examples of industrially useful compounds include D-phenylglycine and D- (p-hydroxyphenyl) glycine as intermediate compounds for the preparation of semisynthetic phenylsilins and semisynthetic sephalosporins.

D-N-카르바모일-α-아미노산을 제조하기 위해서는, 비대칭 절단 가수분해로 5-치환 하이단토인을 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환시키는, 미생물 효소반응이 공지되어 있고, 이러한 방법은 JP-A 53-91189, JP-A 53-44690, JP-A 53-69884, JP-A 53-133688 등에 기재되어 있다.To prepare DN-carbamoyl-α-amino acids, microbial enzymatic reactions are known, in which asymmetric cleavage hydrolysis converts the 5-substituted hydantoin into the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acids. The method is described in JP-A 53-91189, JP-A 53-44690, JP-A 53-69884, JP-A 53-133688 and the like.

또한, 5-치환 하이단토인을 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환시키기 위한 효소인 하이단토인나아제와 관련된 유전자를 호열성 미생물로부터 수득하고, 이를 중온성 미생물에 삽입하여 하이단토인나아제 활성을 갖는 형질전환 미생물을 제조한다. 더욱이, WO94/00577 에는, 하이단토인나아제 유전자 절편을 아그로박테륨 (Agrobacterium) 속에 속하는 미생물로부터 분리하고, 대장균 (Escherichia coli) 또는 활성을 발현시키는 아그로박테륨속의 미생물에 도입한다.In addition, genes associated with hydantoinase, an enzyme for converting 5-substituted hydantoin into the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acids, are obtained from thermophilic microorganisms and inserted into mesophilic microorganisms Transformed microorganisms with Dantoinase activity are prepared. Furthermore, in WO94 / 00577, hydantoinase gene segments are isolated from microorganisms belonging to the genus Agrobacterium and introduced into microorganisms of the genus Agrobacterium expressing Escherichia coli or activity.

미생물 효소 반응을 이용한 전술한 방법은, 원천이 공지된 미생물에 의한 효소의 수율은 불충분하고, 또한 배양배지가 비싼것과 같은 결점이 있다.The above-described method using a microbial enzyme reaction has the disadvantage that the yield of enzymes by microorganisms of known origin is insufficient and the culture medium is expensive.

또한, JP-A 62-87089 에 기재된 형질전환 미생물에 있어서는, 효소활성의 향상은 하이단토인나아제 활성을 갖는 포자형성 호열성 미생물과 비교하여 단지 수회뿐이고, 효소의 수율은 불충분하다.In addition, in the transformed microorganism described in JP-A 62-87089, the improvement of enzymatic activity is only several times compared to the spore-forming thermophilic microorganism having hydantoinase activity, and the yield of enzyme is insufficient.

더욱이, 전술한 형질전환 미생물을 이용하여, 5-치환 하이단토인을 비대칭 절단 가수분해시켜 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산을 생성 및 축적시키는 것은 종래의 기술에는 예가 없다.Moreover, there is no example in the prior art using a transgenic microorganism described above to asymmetric cleavage hydrolysis of the 5-substituted hydantoin to produce and accumulate the corresponding D-N-carbamoyl-α-amino acids.

본 발명은 이러한 문제점을 해소하고, 매우 높은 효소 생산성을 갖는 미생물을 만들어내고, 이렇게 수득한 효소원을 이용하여 효과적으로 D-N-카르바모일-α-아미노산을 제조하는 것이다.The present invention solves this problem, produces microorganisms with very high enzyme productivity, and effectively produces D-N-carbamoyl-α-amino acids using the enzyme source thus obtained.

JP-A 62-87089 및 WO94/00577 에는 재조합 DNA 기술을 이용하여 하이단토인나아제 생산미생물을 수득하는 방법이 개시되어 있다. 그러나, 하이단토인나아제 유전자 제공용 미생물원은 본 발명에서 하이단토인나아제 유전자를 수득하기 위하여 사용하는 미생물과는 완전히 상이하다. 또한, 하이단토인나아제 유전자의 뉴클레오티드 서열 및 아미노산 서열은 본 발명의 것과 상당히 상이하다.JP-A 62-87089 and WO94 / 00577 disclose methods for obtaining hydantoinase producing microorganisms using recombinant DNA techniques. However, the microorganism source for providing the hydantoinase gene is completely different from the microorganism used for obtaining the hydantoinase gene in the present invention. In addition, the nucleotide sequence and amino acid sequence of the hydantoinase gene are significantly different from those of the present invention.

본 발명은 슈도모나스 에스피. (Pseudomonas sp.) KNK003A (FERM BP-3181) 에서 유래한 하이단토인나아제에 대한 유전자를 포함하는 DNA 절편 및 벡터 DNA 의 재조합 DNA 로 에스춰리키아 (Escherichia), 슈도모나스, 플라보박테륨 (Flavobacterium), 바실러스 (Bacillus), 세라티아 (Serratia), 아그로박테륨 (Agrobacterium), 코리네박테륨 (Corynebacterium) 또는 브레비박테륨 (Brevibacterium) 속에 속하는 미생물과 같은 숙주 미생물을 형질전환시켜 수득한 형질전환체로 제조한 하이단토인나아제와 수성배지에서 5-치환 하이단토인을 반응시키는 것을 특징으로 하는 D-N-카르바모일-α-아미노산의 제조방법을 제공한다.The present invention Pseudomonas sp. DNA fragments containing genes for hydantoinase derived from Pseudomonas sp. KNK003A (FERM BP-3181) and recombinant DNA of vector DNA as Escherichia, Pseudomonas, and Flavobacterium ), Transformants obtained by transforming host microorganisms such as Bacillus, Serratia, Agrobacterium, Corynebacterium or Brevibacterium Provided is a method for preparing DN-carbamoyl-α-amino acid, which comprises reacting a 5-substituted hydantoin in an hydantoinase and an aqueous medium.

본 발명에서 수득한 것과 같은 매우 높은 하이단토인나아제 생산성을 갖는 형질전환체는 지금까지 종래기술에 공지된바 없으며, 상당히 효율적이고 경제적인 D-N-카르바모일-α-아미노산의 제조가 형질전환체의 효소 반응의 이용으로 가능해졌다.Transformants with very high hydantoinase productivity as obtained in the present invention have not been known so far in the prior art, and the production of DN-carbamoyl-α-amino acids is highly efficient and economical. It was made possible by the use of an enzymatic reaction of the sieve.

이후, 본 발명은 첨부된 도면을 참조로하여 좀더 상세히 설명될 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the accompanying drawings.

도 1 은 플라스미드 pPHD301 의 제한효소지도이다.1 is a restriction map of plasmid pPHD301.

도 1 은 플라스미드 pPHD301 의 제한효소지도이다.1 is a restriction map of plasmid pPHD301.

본 발명에서 사용하는 유전자를 포함하는 DNA 절편은 슈도모나스 에스피. KNK003A 로부터 수득할 수 있다. 슈도모나스 에스피. KNK003A 는 FERM BP-1381 의 수탁번호로 본 출원인에 의하여 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술연구소(NIBH) 에 기탁되었으며, WO92/10579 에 상세히 기재되어 있는 공지된 균주이다.DNA fragments comprising the gene used in the present invention is Pseudomonas sp. It can be obtained from KNK003A. Pseudomonas Esp. KNK003A has been deposited by Applicant with the Applicant Number of FERM BP-1381 to the Institute of Biotechnology and Industrial Technology (NIBH), and is a known strain described in detail in WO92 / 10579.

이 균주로부터 하이단토인나아제 유전자를 수득하기 위해서는, 통상적으로, 하기의 절차를 행한다.In order to obtain a hydantoinase gene from this strain, the following procedure is usually performed.

처음에, 게놈 DNA 를 미생물 세포로부터 추출한후, DNA 를 적당한 제한효소, 예컨대, Sau3AI 등으로 부분적으로 가수분해시킨다. 생성된 절편을 벡터 DNA 에 결합시켜 유전자 라이브러리로서 다양한 게놈 DNA 절편을 갖는 재조합 DNA 분자를 수득한다 (참조, JP-A 58-126789 및 U.S. 특허 제 4,237,224).Initially, genomic DNA is extracted from microbial cells and then the DNA is partially hydrolyzed with appropriate restriction enzymes such as Sau3AI or the like. The resulting fragments are bound to vector DNA to obtain recombinant DNA molecules with various genomic DNA fragments as gene libraries (cf. JP-A 58-126789 and U.S. Patent 4,237,224).

이어서, 목적 유전자를 포함하는 재조합체를 상기 유전자 라이브러리로부터 선별한다. 예로서, 선별은 표식으로서 발현 단백질의 효소활성을 이용한 발현 단백질의 검출로 행하거나, 선별은 단백질의 N-말단 서열의 분석, 대응하는 DNA 프로브의 합성 및 콜로니 교잡등에 의한 목적 유전자의 존재의 검출로 행할 수 있다. 또한, 목적 유전자는 공지된 하이단토인나아제 염기 서열의 부분에 적합하도록 합성된 DNA 프라이머를 이용한 폴리머라아제 사슬 반응 (PCR) 방법 또는 콜로니 교잡으로 수득할 수 있다. 일단 목적 유전자가 수득되면, 이의 뉴클레오티드 서열을 분석한다. 또한, 하이단토인나아제 생산 미생물 및 이 효소 유전자를 포함하는 재조합체를 배양한다. 생성된 효소는 정제하고, 생성된 단백질의 분자량을 측정한다. 동시에, 이의 N-말단 영역주위의 아미노산 서열을 기상 단백질 시퀀서등으로 결정한다.Then, the recombinant containing the gene of interest is selected from the gene library. For example, selection may be performed by detection of an expression protein using enzymatic activity of the expression protein as a marker, or selection may be performed by analysis of the N-terminal sequence of the protein, synthesis of a corresponding DNA probe, and colony hybridization. This can be done. In addition, the gene of interest can be obtained by polymerase chain reaction (PCR) method or colony hybridization using DNA primers synthesized to be suitable for a portion of a known hydantoinase nucleotide sequence. Once the desired gene is obtained, its nucleotide sequence is analyzed. In addition, a hydantoinase producing microorganism and a recombinant comprising the enzyme gene are cultured. The resulting enzyme is purified and the molecular weight of the resulting protein is measured. At the same time, the amino acid sequence around its N-terminal region is determined by a gaseous protein sequencer or the like.

이어서, 이 DNA 뉴클레오티드 서열과 N-말단 아미노산 서열을 비교하여, 하이단토인나아제 단백질을 코딩하는 뉴클레오티드 서열 부분의 단백질로의 번역 개시부위를 결정하고, 단백질의 분자량과의 관게를 고려하여, 효소 단백질은 이 부위에서 종결코돈까지 걸친 유전자 부분에서 코딩되는 것을 확인하여, 목적 유전자를 입증한다 (Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Chapters 4 & 13). 따라, SEQ ID No. 1 의 DNA 절편이 슈도모나스 에스피. KNK003A 로 부터 수득된다. 공지된 바와 같이, 이렇게 수득된 효소를 코딩하는 유전자 및/또는 이를 함유한 DNA 절편은, 하나의 아미노산은 통상 복수의 염기 코돈에 대응하기 때문에, 상기 유전자 및/또는 DNA 절편에 대응하는 아미노산 서열을 코딩하는 또 다른 뉴클레오티드 서열을 갖는 DNA 절편과 동일하다.Next, this DNA nucleotide sequence is compared with the N-terminal amino acid sequence to determine the translation initiation site of the nucleotide sequence portion encoding the hydantoinase protein into the protein, and considering the relationship with the molecular weight of the protein, the enzyme The protein is confirmed to be encoded in the gene portion from this site to the stop codon, demonstrating the gene of interest (Molecular Cloning, A Laboratory Manual, 2nd Ed., Cold Spring Harbor Laboratory Press, Chapters 4 & 13). According to SEQ ID No. DNA fragment of 1 is Pseudomonas sp. Obtained from KNK003A. As is known, genes encoding enzymes and / or DNA fragments containing the enzymes thus obtained have amino acid sequences corresponding to the genes and / or DNA fragments, since one amino acid usually corresponds to a plurality of base codons. Identical to a DNA fragment with another nucleotide sequence encoding.

본 발명에서 사용하는 벡터로는, 플라스미드, 파아지 또는 이의 파생물을 사용할 수 있고, 이는 미생물로부터 유래되고, 에스춰리키아, 슈도모나스, 플라보박테륨, 바실러스, 세라티아, 아그로박테륨, 코리네박테륨 또는 브레비박테륨 속에 속하는 박테리아의 세포에서 자율증식할 수 있다.As vectors used in the present invention, plasmids, phages or derivatives thereof can be used, which are derived from microorganisms and are derived from Escherichia, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus, Serratia, Agrobacterium, Corynebacterium or It can autonomize in cells of bacteria belonging to the genus Brevibacterium.

예로서, 문헌 ['Guidelines on Recombinant DNA Experiments,-Commentation, Q & A-' (the Life Science Section of the Research Development Office in the Science and Technology Agency, Ed., revised September 16, 1987), pages 25 to 27 and 36 to 38] 에 기재되어 있는 숙주-벡터계를 사용할 수 있다.See, for example, 'Guidelines on Recombinant DNA Experiments, -Commentation, Q & A-' (the Life Science Section of the Research Development Office in the Science and Technology Agency, Ed., Revised September 16, 1987), pages 25 to 27 and 36 to 38 can be used host-vector system.

또한, 강력한 구조 프로모터를 갖도록 수정된 벡터의 적당한 부분에 연결된 번역 초기 부위를 갖는 재조합 DNA 를 사용하여 생산할 효소의 양을 증가시킬 수 있다. 이 절편의 양 말단은 제한 효소로 절단하여 적합한 벡터를 갖는 재조합체를 제조할 수 있다. 하이단토인나아제 생산 재조합 미생물은 에스춰리키아, 슈도모나스, 플라보박테륨, 바실러스, 세라티아, 아그로박테륨, 코리네박테륨 또는 브레비박테륨속에 속하는 미생물을 직접 형질전환시켜 제조할 수 있다.In addition, recombinant DNA with translational initiation sites linked to appropriate portions of the vector modified to have strong structural promoters can be used to increase the amount of enzyme to produce. Both ends of this fragment can be cleaved with a restriction enzyme to produce a recombinant with a suitable vector. Hydantoinase-producing recombinant microorganisms can be prepared by directly transforming microorganisms belonging to the genus Escherichia, Pseudomonas, Flavobacterium, Bacillus, Serratia, Agrobacterium, Corynebacterium or Brevibacterium.

또한 하이단토인나아제 생산 재조합 미생물은 전술한 속의 미생물의 직접적 형질전환없이 수득가능하다; 즉, 목적 유전자를 일단 대장균과 같은 기타 미생물을 이용하여 숙주 벡터계에 클론시킨후, 적당한 벡터를 갖는 재조합 DNA 를 제조한다.Hydantoinase producing recombinant microorganisms can also be obtained without direct transformation of the microorganisms of the above genus; That is, the target gene is cloned into the host vector system using other microorganisms such as E. coli, and then recombinant DNA having a suitable vector is produced.

하기 문헌의 설명은 재조합체의 제조에 광범위하게 적용할 수 있다: 에스. 엔. 코엔등에 특허된 U.S. 특허 No. 4,237,244 의 명세서; 'Idenshi-sousa Jikken-hou(Experimental Method of Gene Manipulation)' [Ed., Yasuyuki TAKAGI, Kohdan-sha Scientific (1980)]; Method in Enzymology, 68, Recombinant DNA [Ed., Ray Mv, Academic Press (1970)], JP-A 58-126789 의 명세서등.The description in the following literature is applicable broadly to the preparation of recombinants: S. a. yen. U.S. Patent Patent No. The specification of 4,237,244; Idenshi-sousa Jikken-hou (Experimental Method of Gene Manipulation) [Ed., Yasuyuki TAKAGI, Kohdan-sha Scientific (1980)]; Method in Enzymology, 68, Recombinant DNA [Ed., Ray Mv, Academic Press (1970)], JP-A 58-126789 and the like.

목적 유전자는 클론되고, 이의 불필요한 DNA 는 제거된다. 강력한 구조 프로모터를 갖도록 수정된 벡터의 적당한 위치에 연결된 번역 개시 부위를 갖는 재조합 DNA 를 사용하여 상기 숙주 세포를 형질전환시켜 생산코자하는 효소의 양을 증가시킬 수 있다.The gene of interest is cloned and its unnecessary DNA is removed. Recombinant DNA having a translation initiation site linked to a suitable position of a vector modified to have a strong structural promoter can be used to transform the host cell to increase the amount of enzyme to produce.

형질전환체는 도입된 재조합 DNA 를 발현시키는 통상적 영양 배양 배지에서 배양한다. 유전자 DNA 또는 벡터 DNA 로부터 유래한 특성이 재조합 DNA 로 전달되었을때, 적당한 성분을 특정 특성에 따라 배양 배지에 첨가할 수 있다.The transformants are cultured in conventional nutrient culture medium expressing the introduced recombinant DNA. When properties derived from genetic DNA or vector DNA are transferred to recombinant DNA, appropriate components may be added to the culture medium depending on the specific properties.

이렇게 수득한 형질전환체를 효소공급원으로서 취하기 위해서는, 이는 통상적 배양배지를 이용하여 배양할 수 있다. 필요하다면, 또한 하이단토인 화합물, 우라실, 이소프로필-1-티오-β-D-갈락토시드(IPTG) 등의 첨가와 같은 효소유도를 위해 처리를 하거나, 온도를 증가를 증가시킬 수 있다. 통상적으로, 형질전환체를 배양하기 위하여 사용하는 배양 배지는 탄소원, 질소원 및 무기이온을 함유하는 통상적 배양 배지일 수 있다. 많은 경우에 있어서, 목적하는 결과는 추가로 비타민, 아미노산등과 같은 유기 미량영양물을 첨가하여 얻을 수 있다. 탄소원으로서, 글루코오스 및 수크로오스와 같은 탄수화물, 아세트산과 같은 유기산 알코올등을 통상적으로 사용할 수 있다. 질소원으로는, 암모니아가스, 암모니아수, 암모늄염등을 사용할 수 있다. 무기이온으로는, 포스페이트이온, 마그네슘이온, 칼륨이온, 철이온, 망간이온, 코발트이온, 니켈이온, 구리이온, 알루미늄이온, 몰리부덴이온등을 이용할 수 있다.In order to take the transformant thus obtained as an enzyme source, it can be cultured using a conventional culture medium. If necessary, it can also be treated for enzyme induction, such as the addition of hydantoin compounds, uracil, isopropyl-1-thio-β-D-galactosid (IPTG), or increased temperatures. Typically, the culture medium used for culturing the transformant may be a conventional culture medium containing a carbon source, a nitrogen source, and an inorganic ion. In many cases, the desired result can be further obtained by adding organic micronutrients such as vitamins, amino acids and the like. As the carbon source, carbohydrates such as glucose and sucrose, organic acid alcohols such as acetic acid, and the like can be commonly used. As a nitrogen source, ammonia gas, ammonia water, ammonium salt, etc. can be used. As inorganic ions, phosphate ions, magnesium ions, potassium ions, iron ions, manganese ions, cobalt ions, nickel ions, copper ions, aluminum ions, molybdenum ions and the like can be used.

pH 및 온도를 각각 4 내지 8 및 25 내지 60℃ 의 적당한 범위로 조정하면서, 만일 배양을 호기 조건하 1 내지 10 일동안 행하면, 목적하는 결과를 얻을 수 있다.While adjusting the pH and temperature to appropriate ranges of 4 to 8 and 25 to 60 ° C., respectively, if the culture is carried out for 1 to 10 days under aerobic conditions, the desired result can be obtained.

형질전환체로 제조한 효소의 효소활성은 예컨대, 형질전환체의 배양액, 이의 미생물 세포, 미생물 세포로부터 추출한 효소, 고정화 미생물 세포등의 형태로 발휘될 수 있다.The enzymatic activity of the enzyme prepared by the transformant can be exerted, for example, in the form of a culture medium of the transformant, microbial cells thereof, enzymes extracted from microbial cells, immobilized microbial cells, and the like.

미생물 세포로서는, 배양종결후 그 자체로의 임의의 배양액, 배양액으로부터 분리한 미생물 세포, 세정된 미생물 세포등을 사용할 수 있다. 처리된 미생물 세포로는, 냉동건조된 미생물세포, 아세톤-건조 미생물 세포, 톨루엔 또는 세정제와 접촉된 미생물 세포, 라이소자임 처리 미생물 세포, 초음파 파괴된 미생물 세포, 기계적으로 분쇄된 미생물 세포등을 사용할 수 있다. 또한, 이런 처리된 미생물 세포로부터 수득한 하이단토인나아제 활성을 갖는 효소추출물, 이런 고정화 미생물 세포, 불용화처리된 미생물 세포, 고정화용 지지체 (예, 이온교환수지)에 고정된 효소 단백질등을 사용할 수 있다. 고정화 방법의 예로는, JP-A 63-185382 등의 명세서등을 들 수 있다.As the microbial cells, any culture solution itself, cultured microorganism cells separated from the culture solution, washed microbial cells, etc. can be used. As the treated microbial cells, lyophilized microbial cells, acetone-dried microbial cells, microbial cells in contact with toluene or detergent, lysozyme treated microbial cells, ultrasonically disrupted microbial cells, mechanically crushed microbial cells and the like can be used. . In addition, enzyme extracts having hydantoinase activity obtained from such treated microbial cells, such immobilized microbial cells, insoluble microbial cells, enzyme proteins immobilized on immobilization supports (e.g., ion exchange resins), etc. Can be used. Examples of the immobilization method include specifications such as JP-A 63-185382.

고정화용 지지체로서는, Duolite A568 또는 DS17186 (Rohm & Hass Co. : 등록상표) 와 같은 페놀-포름알데히드 음이온 교환수지: 및 각종 아민, 암모늄염, 또는 디에탄올아민형의 작용기를 함유하는 각종 음이온 교환 수지, 예컨대, Amberlite IRA935, IRA945, IRA901 (Rohm & Hass Co. : 등록상표), Lewatit OC1037 (Bayer A.G.: 등록상표) 및 Diaion EX-05 (Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.: 등록상표) 와 같은 폴리스티렌수지가 적합하다. DEAE-셀룰로오스와 같은 기타 지지체를 또한 사용할 수 있다.Examples of the immobilization support include phenol-formaldehyde anion exchange resins such as Duolite A568 or DS17186 (Rohm & Hass Co.®) and various anion exchange resins containing various amines, ammonium salts or diethanolamine functional groups, For example, polystyrene resins such as Amberlite IRA935, IRA945, IRA901 (Rohm & Hass Co.®), Lewatit OC1037 (Bayer AG) and Diaion EX-05 (Mitsubishi Chemical Industries, Ltd.) are suitable. Do. Other supports such as DEAE-cellulose can also be used.

또한, 효소의 좀더 강력하고, 좀더 안정한 흡착을 위해서는, 통상, 가교제를 사용하며, 이의 바람직한 예는 글루타르알데히드이다, 사용하는 효소로는, 정제된 효소 뿐만아니라, 부분 정제 효소, 붕괴된 미생물 세포의 현탁액 및 무세포 추출물과 같은 상이한 정제도를 갖는 것을 사용할 수 있다. 고정화 효소의 제조는 통상적 방법, 예컨대, 지지체상에 효소를 흡착시킨후, 가교처리하여 행할 수 있다.In addition, for stronger and more stable adsorption of enzymes, a crosslinking agent is usually used, a preferred example of which is glutaraldehyde. The enzymes used are not only purified enzymes, but also partially purified enzymes, disrupted microbial cells. Those with different degrees of purification, such as suspensions and cell-free extracts, can be used. The preparation of the immobilized enzyme can be carried out by a conventional method, for example, by adsorbing an enzyme on a support, followed by crosslinking treatment.

본 발명의 효소반응의 기질로서 사용하는 5-치환 하이단토인은 특별한 제한은 없으며, 이런 종류의 반응에서 통상적으로 사용되는 임의의 화합물일 수 있다.The 5-substituted hydantoin used as a substrate for the enzymatic reaction of the present invention is not particularly limited and may be any compound commonly used in this kind of reaction.

이의 예로는 하기 화학식 (1) 로 나타낸 것이 포함된다 :Examples thereof include those represented by the following formula (1):

화학식 1 의 화합물에서의 치환체 R 은 광범위하게 선택할 수 있다. 약제의 중간 화합물과 같은 산업적으로 유용한 제품을 제공하기 위해서는, 바람직하게는, R 은 페닐, 히드록시로 치환된 페닐, 알킬,치환된 알킬, 아르알킬 또는 티에닐이다. 히드록시로 치환된 페닐의 경우에 있어서는, 히드록시의 수는 하나이상일 수 있고, 임의의 o-,m- 및 p- 위치에 위치할 수 있으며, 이의 전형적인 예는 p-히드록시페닐이다. 알킬기는 탄소수 1 내지 4 의 기로서, 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산은 D-N-카르바모일-알라닌, D-N-카르바모일-발린, D-N-카르바모일-루이신, D-N-카르바모일-이소루신등이다. 치환 알킬기는 히드록시, 알킬티오, 카르복실, 아미노, 페닐, 히드록시로 치환된 페닐, 아미도등으로 치환된 탄소수 1 내지 4 의 알킬기로서, 대응하는 D-N-카르바모일-아미노산은 D-N-카르바모일-세린, D-N-카르바모일-트레오닌, D-N-카르바모일-메티오닌, D-N-카르바모일-시스테인, D-N-카르바모일-아스파라긴, D-N-카르바모일-글루타민, D-N-카르바모일-타이로신, D-N-카르바모일-트립토판, D-N-카르바모일-아스파르트산, D-N-카르바모일-글루탐산, D-N-카르바모일-히스티딘, D-N-카르바모일-라이신, D-N-카르바모일-아르기닌, D-N-카르바모일-시트룰린등이다. 아르알킬기는 탄소수 7 또는 8 의 기, 예컨대 벤질 또는 펜에틸로서, 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산은 D-N-카르바모일-페닐알리닌등이다.The substituent R in the compound of formula (1) can be selected from a wide range. In order to provide industrially useful products such as intermediate compounds of medicaments, preferably R is phenyl, phenyl substituted by hydroxy, alkyl, substituted alkyl, aralkyl or thienyl. In the case of phenyl substituted with hydroxy, the number of hydroxy may be one or more, and may be located in any o-, m- and p- position, a typical example of which is p-hydroxyphenyl. The alkyl group is a group having 1 to 4 carbon atoms, and the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid is DN-carbamoyl-alanine, DN-carbamoyl-valine, DN-carbamoyl-leucine, DN-carbox Bamoyl-Isoleucine and the like. The substituted alkyl group is an alkyl group having 1 to 4 carbon atoms substituted with hydroxy, alkylthio, carboxyl, amino, phenyl, phenyl substituted by hydroxy, amido and the like, and the corresponding DN-carbamoyl-amino acid is DN-carboxyl. Barmoyl-serine, DN-carbamoyl-threonine, DN-carbamoyl-methionine, DN-carbamoyl-cysteine, DN-carbamoyl-asparagine, DN-carbamoyl-glutamine, DN-carbamoyl -Tyrosine, DN-carbamoyl-tryptophan, DN-carbamoyl-aspartic acid, DN-carbamoyl-glutamic acid, DN-carbamoyl-histidine, DN-carbamoyl-lysine, DN-carbamoyl- Arginine, DN-carbamoyl-citrulline and the like. Aralkyl groups are groups having 7 or 8 carbon atoms such as benzyl or phenethyl, and the corresponding D-N-carbamoyl-α-amino acid is D-N-carbamoyl-phenylalanine and the like.

수성 배지로는, 물, 버퍼 또는 에탄올과 같은 유기 용매를 함유하는 배지를 사용할 수 있다. 또한, 필요한 경우, 미생물의 성장에 필요한 영양물, 산화방지제, 세정제, 보조효소, 히드록시아민, 금속등을 또한 수성 배지에 첨가할 수 있다.As the aqueous medium, a medium containing an organic solvent such as water, buffer or ethanol can be used. In addition, if necessary, nutrients, antioxidants, detergents, coenzymes, hydroxyamines, metals and the like necessary for the growth of microorganisms may also be added to the aqueous medium.

전술한 미생물의 미생물 세포를 수용성 배지에서 배양하면서, 미생물 세포를 특정 5-치환 하이단토인과 접촉시키는 경우에 있어서는, 5-치환 하이단토인 뿐만아니라 탄소원, 질소원 및 무기원과 같은 미생물의 성장에 필요한 영양물을 함유하는 수성배지를 사용할 수 있다. 만일 여기에 비타민 및 아미노산과 같은 유기 미량 영양물을 추가하면, 많은 경우에 있어서 만족스런 결과를 얻을 수 있다.When microbial cells of the aforementioned microorganisms are cultured in a water-soluble medium and the microbial cells are contacted with specific 5-substituted hydantoin, not only 5-substituted hydantoin but also growth of microorganisms such as carbon source, nitrogen source and inorganic source. An aqueous medium containing the necessary nutrients can be used. If you add organic micronutrients, such as vitamins and amino acids, you can get satisfactory results in many cases.

탄소원으로는, 글루코오스, 수크로오스와 같은 탄수화물; 아세트산과 같은 유기산; 알코올등을 통상적으로 사용한다. 질소원으로는, 암모니아가스, 암모니아수, 암모늄염등을 사용할 수 있다. 무기이온으로는, 포스페이트이온, 마그네슘이온, 칼륨이온, 철이온, 망간이온, 코발트이온, 니켈이온, 구리이온, 알루미늄이온, 몰리부덴이온등을 이용할 수 있다.As a carbon source, Carbohydrates, such as glucose and sucrose; Organic acids such as acetic acid; Alcohol is usually used. As a nitrogen source, ammonia gas, ammonia water, ammonium salt, etc. can be used. As inorganic ions, phosphate ions, magnesium ions, potassium ions, iron ions, manganese ions, cobalt ions, nickel ions, copper ions, aluminum ions, molybdenum ions and the like can be used.

배양은 pH 및 온도를 각각 4 내지 8 및 25 내지 60℃ 의 적당한 범위로 조정하면서, 호기존건하에서 실행한다. 만일 배양을 1 내지 10 일동안 행하면, 5-치환 하이단토인은 고효율로 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환된다.Cultivation is carried out under aerobic drying, adjusting the pH and temperature to appropriate ranges of 4 to 8 and 25 to 60 ° C, respectively. If incubation is carried out for 1 to 10 days, 5-substituted hydantoin is converted to D-N-carbamoyl-α-amino acid with high efficiency.

한편, 용해되거나 현탁된 5-치환 하이단토인을 함유하는 수성 배지에서, 전술한 미생물의 배양액을 그대로 배양된 미생물 세포, 처리된 미생물 세포, 효소 추출물, 고정화 미생물 세포, 불용화 미생물 세포 또는 고정된 효소 단백질과 반응시키는 경우에 있어서는, 반응 혼합물은 10 내지 80℃ 의 적정한 온도 및 4 내지 9.5 의 pH 를 유지하면서, 얼마동안 정치시키거나 교반시킬 수 있다. 따라, 만일 5 내지 100 시간동안 이 코스를 행하면, 하이단토인나아제에 의한 기질의 D-특이 가수분해 반응 및 기질의 화학적 라세미화가 진행되고, 임의의 D-, DL- 또는 L-5-치환 하이단토인은 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환되어 수성배지에 다량의 아미노산을 축적시킨다. 또한, 5-치환 하이단토인은 반응의 진행에 따라 일부씩 첨가할 수 있다.On the other hand, in an aqueous medium containing dissolved or suspended 5-substituted hydantoin, the culture medium of the above-mentioned microorganisms is cultured as it is, microbial cells, treated microbial cells, enzyme extracts, immobilized microbial cells, insoluble microbial cells or immobilized In the case of reacting with an enzyme protein, the reaction mixture can be left to stand or stirred for some time while maintaining an appropriate temperature of 10 to 80 ° C. and a pH of 4 to 9.5. Therefore, if this course is carried out for 5 to 100 hours, the D-specific hydrolysis reaction of the substrate by hydantoinase and the chemical racemization of the substrate proceed and any D-, DL- or L-5- Substituted hydantoin is converted to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid to accumulate large amounts of amino acids in the aqueous medium. In addition, 5-substituted hydantoin may be added in portions as the reaction proceeds.

생성된 D-N-카르바모일-α-아미노산은 통상적 방법으로 분리 및 정제시킬 수 있다.The resulting D-N-carbamoyl-α-amino acid can be isolated and purified by conventional methods.

D-α-아미노산은 전술한 방법으로 수득한 분리 및 정제된 D-N-카르바모일-α-아미노산 또는 하이단토인나아제 반응 그 자체의 작용으로 수득되는 반응 혼합물을 이용하고, D-N-카르바모일-α-아미노산을 화학 또는 효소적으로 데카르바밀라아제 활성을 갖는 효소로 대응하는 D-α-아미노산으로 전환시켜 수득할 수 있다.D-α-amino acids are prepared by the reaction mixture obtained by the action of the separated and purified DN-carbamoyl-α-amino acids or the hydantoinase reaction itself obtained by the above-described method, and using DN-carbamoyl It can be obtained by converting the -a-amino acid chemically or enzymatically into the corresponding D-a-amino acid with an enzyme having decarbamylase activity.

하기의 실시예는 추가로 본 발명을 상세히 설명한다.The following examples further illustrate the invention in detail.

실시예 1Example 1

슈도모나스 에스피. KNK003A (FERM BP-3181) 로부터 유래한 하이단토인나아제에 대한 유전자를 포함하는 플라스미드의 수득Pseudomonas Esp. Obtaining a Plasmid Containing a Gene for Hydantoinase Derived from KNK003A (FERM BP-3181)

하기 방법에 따라, 하이단토인나아제 유전자는 WO92/10579 에 기재된 플라스미드 pPHD301 에 위치하는 것으로 밝혀졌다.According to the following method, the hydantoinase gene was found to be located in plasmid pPHD301 described in WO92 / 10579.

대장균 JM109 를 통상적인 방법에 따라 pPHD301 로 형질전환시키고, 100mg/1 의 암피실린을 함유하는 50 ml 의 L-육즙 (10g/1 의 펩톤, 5g/1 의 이스트 추출물, 5g/1 염화나트륨; pH 7.0) 에 접종한후, 37℃ 에서 16 시간동안 배양한다. 이어서 50ml 의 배양 육즙을 채집한후, 상층액을 제거하고, 50ml 의 기질 용액(0.5% 의 5-(p-히드록시페닐)하이단토인, 0.05% 의 트리톤 X-100, 0.05 M 포스페이트 버터; pH 8.7)에 미생물 세포를 현탁시키고, 질소 기류하 37℃ 에서 3 시간동안 반응시킨다. 반응혼합물을 TLC플레이트상에 점적하고, 전개 및 히드로클로라이드중의 p-디메틸아미노로벤즈알데히드의 용액으로 색현상시켜, 입증된 시료와 일치하는 D-N-카르바모일-(p-히드록시페닐)글리신의 반점을 검출한다. 상기에 비추어, pPHD301의 형질전환체는 하이단토인나아제를 코딩하는 유전자를 발현시킨다는 것이 확인되었다.E. coli JM109 was transformed with pPHD301 according to a conventional method and 50 ml of L-juice (10 g / 1 peptone, 5 g / 1 yeast extract, 5 g / 1 sodium chloride; pH 7.0) containing 100 mg / 1 ampicillin After inoculation, the cells are incubated at 37 ° C. for 16 hours. 50 ml of culture broth was then collected, then the supernatant was removed and 50 ml of substrate solution (0.5% 5- (p-hydroxyphenyl) hydantoin, 0.05% Triton X-100, 0.05 M phosphate butter; The microbial cells are suspended in pH 8.7) and reacted for 3 hours at 37 DEG C under a nitrogen stream. The reaction mixture was deposited on a TLC plate, developed and color developed with a solution of p-dimethylaminolobenzaldehyde in hydrochloride to give a suitable sample of DN-carbamoyl- (p-hydroxyphenyl) glycine. Detect spots In view of the above, it was confirmed that the transformant of pPHD301 expresses a gene encoding hydantoinase.

대장균 HB101 을 pPHD301 로 형질전환시켜 대장균 HP101 pPHD301 (FERM BP-4866) 을 수득한다. pPHD301 의 제한효소지도는 도 1 에 나타내었다.E. coli HB101 is transformed with pPHD301 to obtain E. coli HP101 pPHD301 (FERM BP-4866). The restriction map of pPHD301 is shown in FIG. 1.

하이단토인나아제 유전자의 뉴클레오티드 시퀀싱은 DNA 시퀀스 키트(어플리드 바이오시스템사제)을 이용하여 실시한다. 결과는 SEQ ID No. 1 에 나타내었다.Nucleotide sequencing of the hydantoinase gene is performed using a DNA sequence kit (manufactured by Applied Biosystems). The result is SEQ ID No. 1 is shown.

미생물의 기탁The deposit of microorganisms

슈도모나스 에스피. KNK003A 는 FERM BP-3181 의 수탁번호로 1990년 12월 1일자로 기탁되었고 ; 대장균 HB101 pPHD301은 FERM BP-4866 의 수탁번호로 1994년 11월 2일자로 각각 부다페스트 조약하 하기의 기탁기관에 기탁되었다.Pseudomonas Esp. KNK003A was deposited on December 1, 1990 under Accession No. of FERM BP-3181; Escherichia coli HB101 pPHD301 was deposited on the following depository under the Budapest Treaty on November 2, 1994, under the accession number of FERM BP-4866.

명칭 : 통상산업성 공업기술원 생명공학 공업기술연구소 (전 발효연구소)Name: Biotechnology Research Institute of Industry and Technology

주소 : 일본 이바라끼껭 305 쓰꾸바시 히가시 1쵸메 1-3.Address: 1-3, Higashi 1-chome, Tsukuba City, 305, Ibaraki, Japan.

SEQ ID NO : 1SEQ ID NO: 1

서열길이 : 1569Sequence length: 1569

서열유형 : 핵산Sequence type: nucleic acid

서열 :Sequence:

슈도모나스속에 속하는 특정 미생물에서 기원하는 하이단토인나아제와 관련된 유전자를 포함하는 DNA 의 절편 및 벡터 DNA 를 갖는 재조합 DNA 로 형질전환된 미생물로 제조한 하이단토인나아제를 이용하여 5-치환 하이단토인으로부터 D-N-카르바모일-α-아미노산을 제조할 수 있다.5-substituted hydan using a hydantoinase prepared from a microorganism transformed with a recombinant DNA having a DNA and a fragment containing a DNA related to a hydantoinase originating from a specific microorganism belonging to the genus Pseudomonas DN-carbamoyl-α-amino acids can be prepared from toyne.

Claims (11)

슈도모나스 에스피. (Pseudomonas sp.) KNK003A (FERM BP-3181) 에서 유래한, 비대칭 절단 가수분해로 5-치환 하이단토인을 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환시키는 효소 (이후, 하이단토인나아제로 칭함) 를 코딩하는 유전자를 포함하는 DNA 절편 및 벡터 DNA 의 재조합 DNA 로 숙주 미생물을 형질전환시켜 수득한 형질전환 미생물.Pseudomonas Esp. (Pseudomonas sp.) An enzyme that converts 5-substituted hydantoin to the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid by asymmetric cleavage hydrolysis, derived from KNK003A (FERM BP-3181) (hereinafter Hydantoinana) Transformed microorganism obtained by transforming a host microorganism with a recombinant DNA of a DNA fragment and a vector DNA containing a gene encoding a zero). 제 1 항에 있어서, 숙주 미생물은 에스춰리키아 (Escherichia), 슈도모나스(Pseudomonas), 플라보박테륨 (Flavobacterium), 바실러스 (Bacillus), 세라티아 (Serratia), 아그로박테륨 (Agrobacterium), 코리네박테륨 (Corynebacterium) 또는 브레비박테륨 (Brevibacterium) 속에 속하는 미생물로부터 선택하는 형질전환 미생물.The host microorganism of claim 1, wherein the host microorganism is Escherichia, Pseudomonas, Flavoacterium, Bacillus, Serratia, Agrobacterium, Corynebacterium. Transformed microorganism selected from microorganisms belonging to the genus Corynebacterium or Brevibacterium. 제 2 항에 있어서, 형질전환 미생물은 대장균 (Escherichia coli) HB101 pPHD301 (FERM BP-4866) 인 형질전환 미생물.The transforming microorganism of claim 2, wherein the transforming microorganism is Escherichia coli HB101 pPHD301 (FERM BP-4866). 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 따른 형질전환 미생물을 이용하는 것을 특징으로 하는, 비대칭 절단 가수분해로 5-치환 하이단토인을 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환시키는 효소의 제조방법.A method of converting a 5-substituted hydantoin into a corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid by asymmetric cleavage hydrolysis, characterized by using the transgenic microorganism according to any one of claims 1 to 3. Manufacturing method. 제 4 항의 방법으로 수득한 효소를 이용하는 것을 특징으로 하는, D-N-카르바모일-α-아미노산의 제조방법.A method for producing D-N-carbamoyl-α-amino acid, characterized by using the enzyme obtained by the method of claim 4. 제 5 항에 있어서, 5-치환 하이단토인은 하기 화학식 1 로 나타낸 화합물인 방법:The method of claim 5, wherein the 5-substituted hydantoin is a compound represented by Formula 1 below: [화학식 1][Formula 1] _ _ [식중, R 은 페닐, 히드록시로 치환된 페닐, 알킬, 치환된 알킬, 아르알킬 또는 티에닐이다].Wherein R is phenyl, phenyl substituted by hydroxy, alkyl, substituted alkyl, aralkyl or thienyl. 슈도모나스 에스피. KNK003A (FERM BP-3181) 로 부터 유래한 하이단토인나아제를 코딩하는 DNA 절편의 재조합으로 수득할 수 있고, 도 1 의 제한효소지도를 갖는 재조합 플라스미드Pseudomonas Esp. Recombinant plasmids obtained by recombination of DNA fragments encoding hydantoinase derived from KNK003A (FERM BP-3181) and having the restriction map of FIG. 1. 제 7 항에 있어서, 재조합 플라스미드는 pPHD301 인 재조합 플라스미드.The recombinant plasmid of claim 7, wherein the recombinant plasmid is pPHD301. 비대칭 절단 가수분해로 5-치환 하이단토인을 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환시키는 효소 활성을 갖는 단백질에 대한 유전자에 있어서, 이 유전자는 SEQ ID No. 1 에 나타낸 첫번째 내지 485 번째의 아미노산의 아미노산 서열을 코딩하는 유전자.For genes for proteins with enzymatic activity that converts 5-substituted hydantoin to a corresponding D-N-carbamoyl-α-amino acid by asymmetric cleavage hydrolysis, the gene is SEQ ID No. A gene encoding the amino acid sequence of the first to 485th amino acids shown in 1. 비대칭 절단 가수분해로 5-치환 하이단토인을 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환시키는 효소 활성을 갖는 단백질에 대한 유전자를 포함하는 DNA 절편에 있어서, 상기 유전자는 SEQ ID No. 1 에 나타낸 첫번째 내지 1569 번째의 뉴클레오티드의 뉴클레오티드 서열을 갖는 DNA 절편.In a DNA fragment comprising a gene for a protein having an enzymatic activity that converts 5-substituted hydantoin to a corresponding D-N-carbamoyl-α-amino acid by asymmetric cleavage hydrolysis, the gene is SEQ ID No. A DNA fragment having the nucleotide sequence of the first to 1569th nucleotides shown in 1. SEQ ID No.1 에 나타낸 첫번째 내지 485 번째 아미노산의 아미노산 서열을 포함하고, 비대칭 절단 가수분해로 5-치환 하이단토인을 대응하는 D-N-카르바모일-α-아미노산으로 전환시키는 효소 활성을 갖는 효소 단백질.An enzyme comprising the amino acid sequence of the first to 485th amino acids shown in SEQ ID No. 1 and having enzymatic activity for converting 5-substituted hydantoin into the corresponding DN-carbamoyl-α-amino acid by asymmetric cleavage hydrolysis protein.
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