KR830002328B1 - Method for preparing L-Tryptophan by enzyme - Google Patents

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Abstract

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Description

효소에 의한 L-트리프토판의 제조방법Method for preparing L-Tryptophan by enzyme

본 발명은 인돌과 세린으로부터 효소법에 의해 L-트리프토판의 개량된 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제의 존재하에서 인돌과 세린을 반응시켜 L-트리프토판의 개량된 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to an improved process for the production of L- tryptophan from the indole and serine by enzymatic method. More specifically, the present invention relates to an improved process for the production of L-Tryptophan by reacting indole with serine in the presence of tryptophan synthetase or tryptophanase.

효소를 이용하는 L-트리프토판의 우수한 제조법으로서는 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제의 작용에 의해 인돌과 세린으로부터 트리프토판을 제조하는 몇가지 방법이 알려져 왔다. 즉, 트리프토판 신세타제에 의한 L-트리프토판의 제조예로서는 "일본국 생화학지, 249권, 7756내지 7763페이지(1974)"이 있고, 또 트리프로판아제 생산균에 의한 L-트리프토판의 제조예로서는 "Vitaminologica et Enzymologica, 제29권, 248내지 251페이지(1675)"에 기재되어 있다.As an excellent method for producing L-tryptophan using enzymes, several methods of preparing tryptophan from indole and serine by the action of tryptophan synthetase or tryptophanase have been known. That is, examples of the production of L-tryptophan by tryptophan synthetase include "Japanese Biochemical Papers, Vol. 249, 7756-7763 pages (1974)", and L-Tryptophan by tripropanase-producing bacteria. As an example of the preparation, "Vitaminologica et Enzymologica, Vol. 29, pages 248-251 (1675)" is described.

이들 공지된 방법에 사용되는 원료의 하나인 인돌은 공업적으로 비교적 염가로 제조된다. 또, 하나의 원료인 세린의 제조법에서는 단백질에서의 추출법, 발효법, 효소법 및 유기 합성법이 알려져 있다. 현재 가장 염가인 세린의 제조법은 유기 합성법이 있으나, 유기 합성법으로 합성되는 세린은 LD체인 결점이 있고 또 트리프토판 신세타제 도는 트리프토판아제의 작용을 받는 세린은 L체 만이며, D체의 세린은 이들 효소작용을 전혀 받지 않기 때문에, DL-세린을 원료로서 사용하는 데에는 공업적인 문제가 있는 것이다.Indole, which is one of the raw materials used in these known methods, is industrially produced at a relatively low cost. Moreover, in the manufacturing method of serine which is one raw material, the extraction method from a protein, the fermentation method, the enzyme method, and the organic synthesis method are known. Currently, the most inexpensive method of preparing serine is an organic synthesis method, but the serine synthesized by the organic synthesis method has a defect of LD, and serine, which is affected by tryptophan synthetase or tryptophanase, is only L-form. Since serine is not subjected to these enzymes at all, there is an industrial problem in using DL-serine as a raw material.

원료로 인돌과 세린을 사용하는 경우의 L-트리프토판의 효소 합성법으로서는 세린이 DL체인 경우의 합성법으로서 다음의 방법이 있다. "Agricultural and Biological Chemistry" 38, No. 7, 1343내지 1349페이지(1974). 이 방법에 따르면, 인돌과 L-세린을 효소 작용으로 L-트리프토판으로 작용시키고, 반응물로부터 미반응 D-세린을 분리 회수한 다음, D-세린을 수용액 중에서 고온 고압하에 처리하여 라세미화한 후 다시 효소 반응의 기질로서 이용하는 방법이다. 이 라세미화는, 예를들면 고압하에서 160℃와 같은 고온에서 약 4시간정도 처리하여 수행할 수가 있다. 이 효소반응과 라세미화를 교대로 반복함으로써 최종적으로 거의 완전하게 DL-세린을 L-트리프토판으로 전환시킬 수가 있다. 그러나, 이 방법은 하기와 같은 많은 결점이 있다.As an enzyme synthesis method of L-tryptophan when indole and serine are used as a raw material, the following method is available as a synthesis method when serine is DL. "Agricultural and Biological Chemistry" 38, No. 7, 1343-1349 (1974). According to this method, indole and L-serine are enzymatically acted as L-tryptophan, and the unreacted D-serine is separated and recovered from the reactant, and then D-serine is treated under high temperature and high pressure in an aqueous solution to racemize it. It is then used again as a substrate for enzyme reactions. This racemization can be performed by, for example, processing for about 4 hours at a high temperature such as 160 ° C. under high pressure. By alternately repeating this enzymatic reaction and racemization, it is possible to finally convert DL-serine to L-tryptophan almost completely. However, this method has many drawbacks as follows.

(1) 라세미화 반응은 효소 반응에 비하여 훨씬 과격하기 때문에 양반응을 동시에 수행하는 일은 불가능하다.(1) The racemization reaction is much more intense than the enzyme reaction, so it is impossible to carry out both reactions simultaneously.

(2) 라세미화 반응시 L-트리프토판이 반응계에 존재하면, 세린 외에도 L-트리프토판도 라세미화되기 때문에 L-트리프토판을 완전히 분리한 후, 라세미화를 수행해야만 된다.(2) If L- tryptophan is present in the reaction system during the racemization reaction, since L- tryptophan is racemized in addition to serine, the L- tryptophan must be completely separated and then racemized.

(3) 라세미화 반응 조건하에서는 공존하는 효소도 활성화를 잃기 때문에 효소를 연속적으로 사용하기 위해서는 라세미화 반응 전에 효소를 분리 회수할 필요가 있다.(3) Under racemization reaction conditions, coexisting enzymes also lose their activation. Therefore, in order to use the enzyme continuously, it is necessary to separate and recover the enzyme before the racemization reaction.

(4) 라세미화 반응에 있어서의 가압 가열 차리에 의해 부생물이 생성되어 생성물을 착색하기 때문에 반응 후 정제를 행하여야 한다.(4) Since the by-products are produced by the pressurized heating process in the racemization reaction, and the product is colored, purification should be performed after the reaction.

(5) 라세미화 반응에 있어서의 가압 가열 처리에 의해 다량의 에네르기가 소비되고, 또 라세미화 반응후 액상의 반응 혼액을 효소 반응 온도까지 냉각을 행하여야 한다.(5) A large amount of energy is consumed by the pressurized heat treatment in the racemization reaction, and after the racemization reaction, the liquid reaction mixture must be cooled to the enzyme reaction temperature.

유기 합성법에 의하여 얻어지는 DL-세린을 효소 반응의 반응 원료로서 사용하는 경우에 있어서는 고유의 심각한 문제가 있기 때문에 이 고유의 문제를 효과적으로 해결함으로서 L-트리프토판의 합성을 아주 유리하게 수행할 수가 있가든 것을 전술한 설명으로부터 완연하게 이해할 수가 있을 것이다.Since DL-serine obtained by the organic synthesis method is used as a reaction raw material for the enzymatic reaction, there is a serious problem inherent. Therefore, by effectively solving this inherent problem, the synthesis of L-tryptophan can be performed very advantageously. It will be clearly understood from the foregoing description that it goes.

따라서, 본 발명의 제1의 목적은 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제의 존재하에, 인돌과 세린을 반응시켜 L-트리프토판을 제조하는 방법에 있어서 DL-세린 또는 D-세린을 유리하게 이용하여 L-트리프토판을 제조하는 방법을 제공하는 데에 있다.Accordingly, a first object of the present invention is to release DL-serine or D-serine in a method for producing L-tryptophan by reacting indole with serine in the presence of tryptophan synthetase or tryptophanase. It is to provide a method for producing L- tryptophan using.

본 발명의 제2의 목적은 D-세린을 고온 고압 처리하여 라세미화 하지 않고, L-세린으로 전환시켜 L-트리프토판의 합성원료로서 이용하는 방법을 제공하는 데에 있다.A second object of the present invention is to provide a method of converting D-serine to L-serine and using it as a synthetic raw material of L-tryptophan, without subjecting D-serine to high temperature and high pressure.

본 발명의 제3의 목적은 DL-세린 또는 D-세린을 라세미화한 다음, 생성된 L-세린을 L-트리프토판 생성 반응에 제공하는 그러한 축차 반응에 의하지 않고, DL-세린 또는 D-세린을 라세미화 하면서 L-트리프토판을 생성시키는 유리한 반응을 제공하는 데에 있다.The third object of the present invention is not by such a sequential reaction of racemizing DL-serine or D-serine and then providing the resulting L-serine to the L- tryptophan production reaction, and not by DL-serine or D- It is to provide an advantageous reaction to produce L- tryptophan while racemizing serine.

본 발명의 제4의 목적은 제품 품질을 향상시키고, 또 L-트리프토판 합성 반응에 있어서의 세린의 분해분해반응을 억제하여 경제적인 트리프토판의 제조방법을 제공하는 데에 있다.A fourth object of the present invention is to provide an economical method for producing tripptophan by improving product quality and suppressing the decomposition decomposition reaction of serine in the L-tryptophan synthesis reaction.

본 발명에 따르면, 본 발명의 제1의 목적 및 제2의 목적은 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아재의 존재하에 인돌과 L-세린을 반응시켜 L-트리프토판을 제조하는 방법에 있어서 원료로서 인돌 및 DL-세린 또는 D-세린을 사용하고, 반응계에 세린을 라세미화 하는 효소를 작용시켜 D-세린의 적어도 일부를 L-세린으로 전환시킴으로서 달성할 수가 있다.According to the present invention, a first object and a second object of the present invention are to provide a method for producing L-tryptophan by reacting indole with L-serine in the presence of tryptophan synthetase or tryptophan. It can be achieved by using indole and DL-serine or D-serine as raw materials, and converting at least a part of D-serine to L-serine by applying an enzyme that racemizes serine to the reaction system.

전술한 방법에 의하여 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제에 세린을 라세미화 하는 효소를 공존시켜 D-세린의 적어도 일부를 DL-세린으로 전환시킴으로서 상기의 제3의 목적을 달성할 수가 있다.The third object can be achieved by converting at least a portion of D-serine into DL-serine by coexisting an enzyme that racemizes serine to tryptophan synthetase or tripeptopase by the aforementioned method.

또,상기의 방법에 있어서, 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제 및 (또는) 세린을 라세미화 하는 효소를 고정시키고, 암모늄 이온을 반응계중에 공존시킴으로서, 세린의 분해를 억제하면서 L-트리프토판을 경제적이고 효과적으로 제조할 수가 있다.Further, in the above method, by fixing an enzyme that racemizes tryptophan synthetase or tryptophanase and / or serine, and coexisting ammonium ions in the reaction system, L-Trifto The plate can be manufactured economically and effectively.

본 명세서 상의 "세린을 라세미화 하는 효소"를 이하부터 "세린 라세마제"로 약칭하겠다.The term "enzyme for racemizing serine" in the present specification will be abbreviated as "serine racemase" hereinafter.

본 발명에서 사용하는 라세마제의 생산 균주로서는, 예를 들면, 슈도모나스푸티다 IFO 12996, 브레비 박테륨 로이시노파캄 MT-10072, 슈도모나스 데스모리티카 MT-10170, 슈도모나스 프라기 MT-10173 및 슈도모나스 타에토로렌스 MT-10186 등을 열거할 수가 있다.As a production strain of the racema agent used in the present invention, for example, Pseudomonas putida IFO 12996, Brevi bacterium leusin Parkam MT-10072, Pseudomonas desmority car MT-10170, Pseudomonas pragi MT-10173, and Pseudomonas Taeto Lawrence MT-10186, etc. can be mentioned.

이들 세린 라세마제 생산 균주 등에서 슈도모나스 푸티다 IFO 12996은 맨 처음에 슈도모나스 스트리아타로 동정(同定)된 균주이다. 이 균주의 성질, 이 균주의 배양균체로부터의 라세마제의 성질에 대해서는 "Agricultural and Biological Chemistry", 제31권, No. 9, 1097내지 1099페이지(1967), 상동, 제33권, No.3, 424내지 429페이지(1969), 상동, 제33권, No.3, 430내지 435페이지(1969), "Biochemical and Biophysical Research Communications" 제35권, No.3, 363내지 368페이지(1969) 및 "Studies on Amino Acid of Racemase of Pseudomonas Strica" 표제되어 있는 Mr. Takahara Osumi에 의해 제출된 일본국 동경대학 농학부의 학위논문(1973)에 기재되어 있다. 전술한 일본의 논문에는 이 라세마제는 "저기질특이성 아미노산 라세마제"로 불려지며, 리진, ε-N-아세틸-리진을 비롯하여 세린을 함유하는 20종류의 아미노산이 라세마제의 기질이 될 수 있으며, α-N-아세틸-리진을 비롯한 13종의 아미노산은 이 라세마제의 기질로 될 수 없다는 것이 기술되어 있다. 또, 세린을 라세마제의 기질로 하는 경우에는 세린의 비활성은 리진 및 ε-N-아세틸-리진을 100으로 한 경우에 있어서 8.7로서 극히 낮다는 사실이 기재되어 있다. 그러나, 트리프토판에 대한 이 라세마제의 거동에 대해서는 전혀 기술되어 있지 않다.Pseudomonas putida IFO 12996 is a strain first identified as Pseudomonas striata. For the properties of this strain and the properties of racemases from the culture of this strain, see "Agricultural and Biological Chemistry", Vol. 31, No. 9, 1097 to 1099 pages (1967), Hom., Vol. 33, No. 3, pages 424 to 429 (1969), Hom., Vol. 33, No. 3, pages 430 to 435 (1969), “Biochemical and Biophysical Research Communications, Vol. 35, No. 3, pages 363 to 368 (1969), and titled "Studies on Amino Acid of Racemase of Pseudomonas Strica". It is listed in the Thesis of the Department of Agriculture, University of Tokyo, Japan (1973), submitted by Takahara Osumi. In the above-mentioned Japanese paper, this racemaze is called "low-order amino acid racemase", and 20 kinds of amino acids containing serine, including lysine, ε-N-acetyl-lysine, can be a substrate for racemase. It has been described that 13 amino acids, including α-N-acetyl-lysine, cannot be substrates of this racemic agent. In addition, when serine is used as a substrate for racemaase, it is described that the specific activity of serine is extremely low as 8.7 when lysine and ε-N-acetyl-lysine are 100. However, the behavior of this racemase with respect to tryptophan is not described at all.

본 발명자들은 이 저기질 특이성 라세마제가 갖는 성질에 대하여 연구를 행한 결과, 이 라세마제는 트리프토판을 라세미화 하지 않고, L-트리프토판에 의해 효소 저해를 받지 않으며, 또 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제의 존재하에 인돌과 L-세린으로부터 L-트리프토판을 제조할 때의 최적의 반응 온도 및 등의 조건하에서 유효한 활성을 발휘하는 것 등의 바람직한 제조건을 아주 적당하게 만족한다는 것을 발견하였다.The present inventors have conducted studies on the properties of this low-specificity racemic agent, and as a result, the racemic agent does not racemize tripeptophan, does not undergo enzyme inhibition by L-tryptophan, and also tryptophan synthetase. It satisfactorily satisfies the desired conditions, such as exerting an effective activity under the optimum reaction temperature and the like conditions when preparing L-tryptophan from indole and L-serine in the presence of a tadase or tryptophanase. Found that

상기와 같은 발견을 기초로 하여 세린 라세마제를 생산할 수 있는 균을 조사한 결과, 전술한 균주를 발견하기에 이르렀다.On the basis of the above findings, a bacterium capable of producing serine racemase was found and the above-mentioned strains were found.

본 발명에서 사용하는 세린 라세마제 생산균의 하나인 슈도모나스 푸티다 IFO 12996으로부터 저기질 특이성 아미노산 라세마제를 추출하는 방법은, 예를 들면, (1) 조(粗)추출, (2) 황산암모늄 침전, (3) 제1단계의 디에틸아미노 에틸셀룰로오스에 의한 크로마토 그래피, (4) 제2단계의 디에틸아미노 에틸셀룰로오스에 의한 크로마토그래피, (5) 세파텍스 G-200(상품영, Pharmacy Fine Chemicals Co. 사제)에 의한 크로마토그래피 및 (6) 결정화 등의 6단계를 거쳐서 수행된다. 추출 및 정제 방법에 대해서는 "Biochemical and Biophysical Research Communications" 35, No.3, 363내지 368페이지(1969)에 기재되어 있다.The method for extracting the low-substrate specific amino acid racemase from Pseudomonas putida IFO 12996, which is one of the serine racema producing bacteria used in the present invention, includes, for example, (1) crude extraction and (2) ammonium sulfate precipitation. (3) chromatography with diethylamino ethylcellulose in the first step, (4) chromatography with diethylamino ethylcellulose in the second step, (5) Sephatex G-200 (Pharmacy Fine Chemicals) Co., Ltd.) and (6) crystallization. Extraction and purification methods are described in "Biochemical and Biophysical Research Communications" 35, No. 3, pages 363 to 368 (1969).

본 발명에 사용되는 트리프토판 신세타제 생산균으로서는 예를 들면, 에스체리치아콜리(Escherichia coli) MT-10231, 에스체르치아 콜리 MT-10232, 에스체리치아 콜리 MT-10238, 및 노이로스포라 크랏사(Neurospora crassa) ATCC 14692등을 열거할 수가 있다. 에스체리치아 콜리의 배양균체로부터의 트리프토판 신세타제의 추출 방법에 대해서는 "The Journal of Biochemistry" 252, No.19, 6594내지 6599페이지(1977), 노이로스포타 크랏사의 배양 균체로부터의 트리프토판 신세타제의 추출방법에 대해서는 "The Journal of Biological Chemistry" 250, 8, 2941내지 2946페이지(1975)에 기재되어 있다.Examples of the tryptophan synthetase producing bacterium used in the present invention include Escherichia coli MT-10231, Escherichia coli MT-10232, Escherichia coli MT-10238, and neurosporac. Neurospora crassa ATCC 14692 may be enumerated. For a method for extracting tryptophan synthetase from Escherichia coli cultures, see "The Journal of Biochemistry" 252, No. 19, pages 6594-6599 (1977), Trypto from cultured cells of Neurospota Krasa. Methods for extracting pancinthetas are described in "The Journal of Biological Chemistry" 250, 8, 2941 to 2946 pages (1975).

본 발명에 사용되는 트리프토판 신세타제 생산균으로서는, 예를 들면 프로테우스 불가리스(Proteus vulgaris) IFO 3167, 에스체리치아 콜리 IAM 1268, 아에로박터 아에로기내스(Aerobacter aerogenes) IFO 12019, 클레브시엘라 뉴모니아에(Klebsiella Pneumoniae) ATCC 8724 및 바실루스 알베이(Bacillus alvei) ATCC 6348등을 열거할 수가 있다. 배양 균체로부터의 트리프토판아제의 추출방법에 대해서는 "Amino Acid and Nucleic Acid", No.31, 102내지 112페이지(1975)에 기재되어 있다. 또 시약으로서 시판되고 있는 트리프토판아제도 본 발명에 사용할 수가 있다.Examples of the tryptophan synthetase producing bacterium used in the present invention include Proteus vulgaris IFO 3167, Escherichia coli IAM 1268, Aerobacter aerogenes IFO 12019, Clevis Klebsiella Pneumoniae ATCC 8724 and Bacillus alvei ATCC 6348 may be enumerated. Methods for extracting tryptophanase from cultured cells are described in "Amino Acid and Nucleic Acid", No. 31, 102-112 (1975). In addition, commercially available tryptophanase as a reagent can be used in the present invention.

전술한 트리프토판 신세타제, 트리프토판아제 및 세린 라세마제 등의 생산균을 배양하기 위한 배지로서는 탄소원, 질소원, 무기물 및 필요에 따라 소량의 미량 영양소를 함유하는 것이면, 합성배지 또는 천연배지 중 어느것도 사용할 수가 있다.As a medium for cultivating the above-mentioned producing bacteria such as tripptophan synthetase, tryptophanase and serine racemase, a medium containing a carbon source, a nitrogen source, an inorganic substance and, if necessary, a small amount of micronutrients may be used in synthetic medium or natural medium. You can use either.

트리프토판 신세타제 생산균을 배양할 때에는 일반으로 미량의 트리프토판, 안트라닐산 또는 인돌을 배지에 첨가해야 한다. 또, 트리프토산의 생산균의 배양시에는 트리프토판아제가 유도 효소이기 때문에 배양중에 약 0.1내지 0.5중량 %정도의 트리프토판을 첨가함으로서 트리포토판아제 활성이 높은 균체를 얻을 수 있다. 배지에 사용하는 탄소원 및 질소원은 사용균이 이용가능한 것이면 어떠한 종류의 것도 사용하여도 좋다. 즉, 탄소원으로서는 글루코오스, 글리세롤, 프룩토오스, 슈크로오스, 말토오스, 만노오스, 전분, 가수분해액, 당밀 등의 탄수화물을 사용할 수가 있다. 질소원으로서는 암모니아, 염화암모늄, 황상암모늄, 탄산암모늄, 촉산암모늄 등의 각종의 무기 또는 유기 암모늄 염류 또는 육즙, 효모즙, 옥수수 침지액, 카세인 가수분해물, 어분, 또는 그 소화물, 탈지 대두백 또는 그 소화물 등의 천연질소 유기원 등을 사용할 수가 있다 .천연질소 유기원의 대부분의 경우는 질소원 외에도 탄소원으로서 작용할 수가 있다. 또, 무기물로서 인산제 1수소칼륨, 인산제2수소칼륨, 염화칼륨, 염화나트륨, 황산마그네슘, 황산제1철 등도 필요에 따라 사용하면 양호한 효과를 얻을 수가 있다.When culturing tryptophan synthetase-producing bacteria, trace amounts of tryptophan, anthranilic acid or indole should generally be added to the medium. In addition, since triftophanase is an inducing enzyme in culturing the production of tripeptoic acid, cells having high activity of triphotopanase can be obtained by adding about 0.1 to 0.5% by weight of tryptophan during the culture. The carbon source and nitrogen source used for the medium may be any kind as long as the bacteria used are available. That is, as the carbon source, carbohydrates such as glucose, glycerol, fructose, sucrose, maltose, mannose, starch, hydrolyzate and molasses can be used. As a nitrogen source, various inorganic or organic ammonium salts such as ammonia, ammonium chloride, ammonium carbonate, ammonium carbonate, ammonium nitrate, or broth, yeast juice, corn steep liquor, casein hydrolyzate, fish meal or its digestion, defatted soybean meal or its digestion Natural nitrogen organic sources such as these can be used. Most of the natural nitrogen organic sources can serve as carbon sources in addition to nitrogen sources. Moreover, when inorganic potassium phosphate monobasic phosphate, potassium dihydrogen phosphate, potassium chloride, sodium chloride, magnesium sulfate, ferrous sulfate, etc. are also used as an inorganic substance, a favorable effect can be acquired.

배양된 진통 배양 또는 통기 교반심부 배양등의 호기적 조건하에서 수행한다. 배양 온도는 20내지 50℃이다. 배양 중의 배지의 pH는 중성 또는 약 알칼리성 부근으로 유지하는 것이 바람직하다. 배양 기간은 통상 1내지 7일간이다.It is carried out under aerobic conditions such as cultured analgesic culture or aeration aeration deep culture. Incubation temperature is 20 to 50 ℃. The pH of the medium in the culture is preferably maintained near neutral or slightly alkaline. Incubation period is usually 1 to 7 days.

전술한 방법으로 배양하여 얻어지는 트리프로판 신세타제, 트리프로판아제 및 세린 라세마제는 각각의 효소의 생산균의 배양액에서 채취한 생균체, 그의 건조 균체 또는 균체를 마쇄, 자기 소화, 음파 처리등의 처리에 의해 얻어지는 균체 처리물, 이들 균체로부터의 추출물 및 이들의 추출액에서 얻어지는 효소 등의 조제물(粗製物) 또는 순수한 효소를 사용할 수 있으나, 본 발명에 있어서는 이들의 효소는 다음에 기재하는 바와 같은 통상 사용되는 효소류의 고정화 방법에 따라 고정화하여 사용할 수가 있다. 이와같은 경우의 효소류의 고 정화방법으로서는 일반으로 알려지고 있는 담체결합법, 가교법 및 포괄법 중 어느 것을 사용할 수가 있다. 담체결합법에 있어서는 천연 고분자와 그의 유도체, 합성 고분자 및 무기물질 등의 담지체에 디아조법, 펩티드법, 알킬화법, 아실화법 등의 결합양식에 의한 공유 결합법 및 이온 결합법, 물리적 흡착적, 생물학적 흡착 또는 생화학적 친화성에 의한 흡착에 의해, 가교법에 있어서는 2관능기 시약등을 사용하는 방법에 의해, 또 포괄법에 있어서는 아크릴아미드 등의 중합법에 의해 생성되는 겔 중에 생체 분자를 포괄하는 소위 격자형법 또는 천연 고분자 혹은 합성 고분자의 반투명 폴리머의 마이크로 캅셀내에 봉쇄(封鎖)시키는 소위 마이크로 캅셀형법 등을 채용할 수가 있다.Tripropane synthetase, tripropanase and serine racemease obtained by culturing in the above-described method are treated with live cells, their dried cells or cells collected from the culture solution of the producing bacteria of each enzyme, such as grinding, self-extinguishing, and sonication treatment. Preparations such as cell treatment products obtained by the method, extracts from these cells and enzymes obtained from these extracts, or pure enzymes can be used. However, in the present invention, these enzymes are usually described as follows. It can be used by immobilization according to the method of immobilization of the enzymes used. As a high purification method of enzymes in such a case, any of the carrier binding method, crosslinking method, and comprehensive method generally known can be used. In the carrier bonding method, covalent and ionic bonding methods, physical adsorption, and the like by means of a bonding mode such as diazo method, peptide method, alkylation method, and acylation method are carried on a carrier such as natural polymer and its derivatives, synthetic polymer and inorganic material. By sorption by biological adsorption or biochemical affinity, so-called biomolecules are enclosed in a gel produced by a method using a bifunctional reagent or the like in the crosslinking method, or by a polymerization method such as acrylamide in the encapsulation method. The so-called microcapsule-type method etc. which block | block in the microcapsule of the lattice method or the translucent polymer of a natural polymer or a synthetic polymer can be employ | adopted.

본 발명의 방법에 있어서는 후술하는 바와 같은 각종의 반응 양식에 의해 이들 효소류의 고정화 방법을 적당히 채택하여 사용할 수가 있으나, 아크릴아미드게 단량체를 사용하는 포괄법이 바람직한 방법으로서 자주 사용되고 있다. 아크릴 아이드형 단량체로서는, 이를테면 아크릴아미드, N-N'-메틸렌-비스-아크릴 아미드 및 디아크릴아미드 메틸에테르를 사용할 수가 있으며, 이들 단량체의 중합 반응은 통상 과황산칼륨, 과황산 암모늄, 비타민 B1, 메틸렌 블루 등의 중합 개시제, 및 β-(디메틸아미노)-트로피오니트릴, N,N,N',N'-테트라메틸-에틸렌디아민 등의 중합 촉진제의 존재하에 수행된다.In the method of this invention, although the immobilization method of these enzymes can be employ | adopted suitably by the various reaction patterns as mentioned later, the comprehensive method using an acrylamide crab monomer is used frequently as a preferable method. As acrylamide monomers, for example, acrylamide, N-N'-methylene-bis-acrylamide and diacrylamide methyl ether can be used, and the polymerization reaction of these monomers is usually potassium persulfate, ammonium persulfate, vitamin B 1 , Polymerization initiators such as methylene blue, and polymerization accelerators such as β- (dimethylamino) -tropionitrile and N, N, N ', N'-tetramethyl-ethylenediamine.

전술한 고정화 방법에 의해 트리프토판의 제법을 프리프토 판아제 또는 세린 라세마제의 하나 또는 양방을 고정화하여 작용시킴으로서 L-트리프토판의 제법을 바람직하게 수행할 수가 있다. 즉, 효소법에 의해 생성되는 L-트리프토판은 필연적으로 균체, 배양원료 또는 각종 단백질 등의 불순물을 함유하여 고순도의 L-트리프토판은 거의 얻을 수가 없으며, 또 생성된 L-트리프토판과 효소와의 분리가 상당히 까다롭기 때문에 효소류의 반복사용이 불가능하다. 이와 반대로 상기 방법에 의한 경우에는 사용하는 효소류간 고정화되어 있기 때문에 사용하는 효소류에서 유래되는 불순물이 생성된 L-트리프토판의 수용액에의 용출이 적기 때문에 얻어지는 L-트리프토판의 순도를 현저하게 향상시킬 수가 있으며, 또 사용하는 효소류의 반복 사용이 가능하고, 또 L-트리프토판 제조 공정의 반응 양식의 자유도를 현저하게 향상시킬 수가 있다. 본 발명에 있어서 인돌과 DL-세린 또는 D-세린을 원료로 사용하여 세린 라세마제의 작용에 의해 D-세린의 적어도 일부를 L-세린으로 전환시켜 L-트리프토판을 제조하는 방법의 구체적 수단으로서는 트로프토판 신세타제 또는 트리프토판아제를 작용시켜 L-트리프토판으로 전환시키는 반응과 세린 라세마제를 작용시켜 세린을 라세미화 하는 반응과는 동일 반응조 내에서 동시에 수행하여도 좋고, 또 별개의 반응조에서 수행하여도 좋다. 그러나, 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제에 세린 라세마제를 공존시켜, L-트리프토판을 1단계 조작으로 제조하는 방법은 경제적인 관점에서 유리하고 반응공정을 단순화 할 수가 있다. 즉, DL-세린을 사용하는 경우는, L-세린이 L-트리프토판으로 전환됨과 동시에 잔존하는 D-세린이 세라미화 하여 축차적으로 L-트리프토판으로 전환되기 때문에 간단한 설비에 의해 고수율로서 원료 DL-세린을 L-트리프토판으로 전환시킬 수가 있다. 또, D-세린을 사용하는 경우에 있어서도, 라세미화 반응과 동시에 L-트리프토판에의 전환이 진행되기 때문에 DL-세린을 사용한 경우와 실질적으로 똑같이 반응이 진행된다.By the above-mentioned immobilization method, the production method of L-Triptophan can be preferably carried out by immobilizing one or both of priptophanase and serine racema to the production method of tryptophan. That is, L-tryptophan produced by the enzymatic method inevitably contains impurities such as cells, culture raw materials or various proteins, so that high-purity L-tryptophan can hardly be obtained. It is impossible to repeat the use of enzymes because it is very difficult to separate them from enzymes. On the contrary, in the case of the above method, the purity of the L-tryptophan obtained is remarkable since the elution to the aqueous solution of L-tryptophan, in which impurities derived from the enzymes used, are generated, is immobilized. In addition, the enzymes to be used can be repeatedly used, and the degree of freedom of the reaction mode of the L- tryptophan production process can be remarkably improved. In the present invention, using indole and DL-serine or D-serine as a raw material, at least a part of D-serine is converted to L-serine by the action of serine racemase to produce L-tryptophan. For example, the reaction of converting Trophtophan synthetase or tripeptopase to L-tryptophan and the reaction of serine racemase to serine may be performed simultaneously in the same reactor and are separate. You may carry out in a reactor. However, the method of preparing L-tryptophan in one step operation by coexisting the tryptophan synthetase or serine racemaze with the tryptophanase can simplify the reaction process from an economical point of view. In other words, when DL-serine is used, L-serine is converted to L-tryptophan and the remaining D-serine is ceramidized and subsequently converted to L-tryptophan. As a raw material, DL-serine can be converted into L-tryptophan. Also, in the case of using D-serine, the conversion proceeds substantially the same as in the case of using DL-serine because the conversion to L-tryptophan proceeds simultaneously with the racemization reaction.

전술한 바와 같이 본 발명의 방법에 있어서는 L-트리프토판으로 전환시키는 반응과 세린을 라세미화하는 반응과를 별개로 또는 동시에 수행할 수가 있다. 사용하는 효소류를 고정화하여 사용하는 경우는 전술한 반응 형식에 따라 고정화방법을 적당히 선택할 수가 있다. 즉, 트피프토판 신세타제 또는 트리프토판아제만을 고정화하는 방법, 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제와 세린 라세마제와를 고정화하는 방법 및 전술한 별개로 또는 동시에 작용시키는 방법과를 조화시켜 고정된 양자를 혼합 또는 격리하여 사용하는 방법 또는 회분식 방법 또는 칼럼등을 사용하는 연속적 방법과의 조합방법을 채용할 수가 있다.As described above, in the method of the present invention, the reaction for converting to L-tryptophan and the reaction for racemizing serine can be performed separately or simultaneously. In the case where the enzymes to be used are immobilized and used, the immobilization method can be appropriately selected according to the above-described reaction type. That is, in combination with a method of immobilizing only tryptophan synthetase or tryptophanase, a method of immobilizing tryptophan synthetase or tryptophanase and serine racemaze, and a method of acting separately or simultaneously with the above-mentioned method. It is possible to adopt a method of mixing or isolating the fixed protons, or a combination method with a continuous method using a batch method or a column.

전술한 여러가지의 채용 방식에 따라 반응계에 있어서의 효소의농도, 반응계에 있어서의 인돌, DL-세린 및 D-세린등의 기질의 양 혹은 담지체에 고정화되는 효소류의 담지량 등은 적당히 변경할 수가 있다.The concentration of enzyme in the reaction system, the amount of substrates such as indole, DL-serine and D-serine in the reaction system, or the amount of enzymes immobilized on the carrier can be appropriately changed according to the above-mentioned various adoption methods. .

반응계에 있어서의 인돌, DL-세린 및 D-세린 등의 기질의 양 및 DL-세린과 D-세린과의 양에 대한 인돌 양의 비는 본 발명에 있어서 특히 제한되지는 않으나, 통상액중 기질 농도로서는 0.01내지 20중량이고, 전술한 기질의 양비는 적당히 선택할 수가 있다. 그러나, 반응액중에 용해되어 있는 인돌의 농도는 500ppm이하 상세하게는 약 100ppm 전후로 하는 것이 바람직하므로, 고농도의 L-트리프토판의 축적을 기대하는 경우에는 인돌이 고농도로 되도록 연속 첨가하는 방법이 자주 채용되고 있다. 이 연속 첨가 방법을 채용하지 않는 경우에는 반응계에 계면 활성제, 이를테면, Ttiton X-100(상품명, 폴리옥시에틸렌알킬 페놀 에테르형 비이논 계면 활성제, 일본국 화광순약공업 판매)등을 첨가함으로써, 용해된 인돌 농도를 10중량 %정도로 할 수가 있다. 이때 사용하는 계면 활성제의 첨가량은 인돌 농도에 따라 다르나 수용액 중 1내지 10중량%, 통상 5중량%가 바람직하다. 수용액 중의 DL-세린의 용해도는 약 6중량%이며, 수용액 중의 D-세린 또는 L-세린의 용해도는 약 25중량%(30℃에서)이다. 그러나, 세린의 농도가 수용액 중의 10중량%농도까지는 고농도일수록 반응속도가 커진다고 말할 수 있다.The ratio of the amount of substrates such as indole, DL-serine and D-serine and the amount of indole to the amount of DL-serine and D-serine in the reaction system is not particularly limited in the present invention. As a density | concentration, it is 0.01-20 weights, and the quantity ratio of the above-mentioned substrate can be selected suitably. However, the concentration of indole dissolved in the reaction solution is preferably about 500 ppm or less, in detail, about 100 ppm. Therefore, when it is expected to accumulate high concentrations of L- tryptophan, a method of continuously adding indole is frequently used. It is adopted. If this continuous addition method is not employed, it is dissolved by adding a surfactant, such as Ttiton X-100 (trade name, polyoxyethylene alkyl phenol ether type nonin surfactant, Japan Hwagwang Pure Chemical Co., Ltd.) to the reaction system. The indole concentration can be about 10% by weight. The amount of the surfactant used depends on the concentration of indole, but is preferably 1 to 10% by weight, usually 5% by weight in aqueous solution. The solubility of DL-serine in aqueous solution is about 6% by weight and the solubility of D-serine or L-serine in aqueous solution is about 25% by weight (at 30 ° C). However, it can be said that the higher the concentration of serine up to 10% by weight in aqueous solution, the higher the reaction rate.

반응계에 있어서의 트리프토판 신세타제, 트리프토판아제 및 세린 라세마제의 양은 전술한 효소의 분리정제 또는 처리 방법에 의해 다르나 특히, 제한은 없이 각종의 기질의 양비, 효소의 활성, 기타의 조건에 따라 적당히 변경할 수가 있다. 그러나, 세린 라세마제의 양이 트리프토판 신세타제 또는 트리프로판아제 양에 비하여 훨씬 적은 경우에는 반응액 중의 L-세린 양은 적기 때문에 반응 속도는 느리고, 또 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제 양이 세린 라세마제 양보다 훨씬 적을 경우에는, L-세린에 대한 D-세린의 양비는 약 1로 되나, L-트리프토판의 생성 속도는 느려진다. 따라서, 트리프토판 신세타제 또는 트리프토 판아제의 농도 및 비율은 L-트리프토판 생성 조건에 따라서 적당한 결정해야 한다.The amount of tryptophan synthetase, tryptophanase and serine racease in the reaction system varies depending on the above-described purification or treatment method of the enzyme, but in particular, there are no limitations on the amount of various substrates, enzyme activity, and other conditions. You can change accordingly. However, when the amount of serine racease is much less than the amount of tryptophan synthetase or tripropanase, the reaction rate is slow because the amount of L-serine in the reaction solution is small, and the amount of tryptophan synthetase or tryptophanase If it is much less than this amount of serine raceme, the ratio of D-serine to L-serine is about 1, but the rate of production of L- tryptophan is slowed. Therefore, the concentration and ratio of tryptophan synthetase or tryptophanase should be determined appropriately depending on the conditions for producing L-tryptophan.

본 발명의 방법에 있어서는 반응의 진행과 함께 새로운 기질을 첨가하는 것도 가능하며, 또, 반응의 진행과 함께 생성물인 L-트리프토판의 일부 또는 전부를 반응케 외로 회수할 수가 있다. 또, 본 발명의 방법을 수행하는 데 있어서는 기질 외에 보효소인 피리독살 인산을 미량, 이를테면, 반응액 중의 농도로서 1내지 100ppm의 범위에서 첨가하는 방법을 채용할 수 있다.In the method of the present invention, it is also possible to add a new substrate with the progress of the reaction, and part or all of the L-tryptophan as a product can be recovered outside the reaction as the reaction proceeds. In addition, in carrying out the method of the present invention, a method in which a small amount of coenzyme pyridoxal phosphoric acid is added in addition to the substrate, for example, in the range of 1 to 100 ppm as a concentration in the reaction solution can be employed.

또, 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제의 채용에 있어서 이들의 효소를 함유하는 미생물의 배양균체 또는 배양균체로부터 추출물을 이용하는 경우에 있어서는, 통상, L-세린 및 (또는) D-세린을 분해하는 효소를 함유하므로, 이같은 분해를 억제하기 위하여 반응액 중에 암모늄 이온을 존재시키는 방법이 채용된다.In addition, L-serine and / or D-serine are usually used in the case of extracting from cultured cells or cultured cells of microorganisms containing these enzymes in the adoption of tryptophan synthetase or tryptophanase. Since the enzyme is decomposed, a method of introducing ammonium ions in the reaction solution is employed to suppress such decomposition.

즉, 세린을 반응 원료의 하나로 하는 효소 반응에 관해서는 몇개의 반응이 알려지고 있다. 그러나, 이들 반응계에 있어서의 세린의 분해 및 그 억제에 관해서는 기술되어 있지 않다. 그 이유의 하나로서는 순수한 효소에 의한 이들의 반응에 있어서는 세린의 분해는 거의 관찰되지 않거나 무시할 수 있는 정도의 것이 지적되고 있다. 그러나, 미생물의 배양균체 또는 배양균체로부터의 추출물을 사용하는 경우에 있어서는 세린의 분해는 무시할 수 없다.That is, several reactions are known about the enzyme reaction which uses serine as a reaction raw material. However, the decomposition and suppression of serine in these reaction systems are not described. One of the reasons for this is that the degradation of serine is rarely observed or negligible in these reactions by pure enzymes. However, in the case of using microorganism culture cells or extracts from the culture cells, decomposition of serine cannot be ignored.

본 발명자들은 미생물의 배양균체 또는 그 추출물에 의한 L-세린 및 (또는) D-세린의 분해 억제 방법을 예의 검토한 결과, 세린을 함유하는 반응액 중에 암모늄 이온을 존재시킴으로써 세린의 분해를 억제할 수 있다는 것을 발견해 내었다. 세린을 함유하는 수용액 중에 존재시키는 암모늄 이온의 농도는 그 수용액의 농도, PH, 목적하는 반응에 사용하는 효소의 성질등에 따라 다르며, 단순히 농도를 한정하는 것은 불가능하나, 통상 수용액 1l에 대하여 0.01내지 2몰, 바람직하게는 0.1내지 2몰이다. 암모늄 이온존도의 상한은 세린 분해의 억제 목적만으로는 고농도인 것이 바람직하나, 너무 고농도이면, 목적하는 반응을 저해하기도 하고, 또, 반응 후에 반응액으로부터 반응 목적물의 분리가 아주 어려워진다. 따라서, 세린의 분해를 억제할 수 있는 범위하에서는 저종도인 것이 바람직하다. 그리하여, 암모늄 이온농도의 상한은 수용액 1l에 대하여 2몰로 정해지는데, 통상 0.1내지 0.5몰 농도의 범위가 좋다. 이와 같은 낮은 암모늄 이온 농도하에서 세린의 분해를 억제할 수 있다는 것은 공업적으로 아주 유리하다. 반응계중에 암모늄 이온을 존재시키기 위하여 사용하는 화합물로서는 수용액 중에서 암모늄 이온을 생성하는 화합물이면 어떠한 화합물이라도 사용할 수 있는데, 이를테면, 염화암모늄, 황산암모늄, 인산암모늄, 질산암모늄, 탄산암모늄 및 초산암모늄 및 암모니아 등의 각종 무기 또는 유기의 암모늄 염등을 열거할 수가 있다.The present inventors have intensively examined the method of inhibiting the degradation of L-serine and / or D-serine by the microorganism culture cells or extracts thereof, and as a result, ammonium ions are present in the reaction solution containing serine to suppress the degradation of serine. I found out that you can. The concentration of ammonium ions present in the aqueous solution containing serine varies depending on the concentration of the aqueous solution, the pH, and the nature of the enzyme used in the desired reaction. It is not possible to simply limit the concentration, but it is usually 0.01 to 2 for 1 l of aqueous solution. Moles, preferably 0.1 to 2 moles. It is preferable that the upper limit of the ammonium ion concentration is high only for the purpose of suppressing serine decomposition. If the concentration is too high, the desired reaction may be inhibited, and the reaction target becomes very difficult to separate from the reaction solution after the reaction. Therefore, it is preferable that it is low seedling in the range which can suppress degradation of serine. Thus, the upper limit of the ammonium ion concentration is set at 2 moles with respect to 1 l of the aqueous solution, but usually in the range of 0.1 to 0.5 molar concentration. It is industrially advantageous to be able to inhibit the degradation of serine under such low ammonium ion concentrations. As the compound used for the presence of ammonium ions in the reaction system, any compound may be used as long as it generates ammonium ions in an aqueous solution. For example, ammonium chloride, ammonium sulfate, ammonium phosphate, ammonium nitrate, ammonium carbonate, ammonium acetate, ammonia, etc. And various inorganic or organic ammonium salts.

전술한 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제와 세린라세마제와에 의한 L-트리프토판의 생성반응에 있어서의 반응 온도는 통상 20내지 60℃이고, 바람직하게는 30내지 45℃이며, 또 반응시의 pH는 6.0내지 11.0, 보다 일반적으로는 7.5내지 9.0이다. 이들의 반응 조건은, 이를테면, 고정화 된 트리프토판 신세타제 또는 트리프토판아제와 고정화된 세린 라세마제와의 현탁상(床) 또는 고정상에 기질을 통액시키는 방법, 고정화된 세린라세마제의 고정상에 트리프토판신세타제또는 트리프토판아제와 기질과를 통액시키는 방법 혹은 고정화된 신세타제 또는 트리프토판아제의 고정상에 세린 라세마제와 기질과를 통액시키는 방법등에 따라서 적당히 조절된다.The reaction temperature in the production reaction of L-tryptophan by the above-described tripptophan synthetase or tryptophanase and serine racease is usually 20 to 60 ° C, preferably 30 to 45 ° C, and The pH of the reaction is 6.0 to 11.0, more generally 7.5 to 9.0. These reaction conditions may include, for example, a method in which a substrate is passed through a suspended phase or a fixed phase of an immobilized tripeptophan synthetase or a triphtophanase and an immobilized serine racemase, a stationary phase of an immobilized serine racease According to the method of passing the tryptophan synthetase or the tryptophanase and the substrate, or the method of passing the serase and the substrate of the serinease immobilized on the immobilized synthetase or tryptophanase, it is appropriately controlled.

반응액 중에 생성된 L-트리프토판을 단리하는 데는 통상, 사용되는 이온 교환수지, 활성탄 등에 의한 흡착 탈착 처리에 의해 용이하게 수행할 수가 있다. 보다 상세하게 서술하면, 반용액 중에 L-트리프토판이 결정으로 석출되어 있는 경우에는 물을 첨가하여 용해시킨 다음, 반응액을 원심분리 또는 여별에 의해 균체 등의 수불용물을 제거한 후, 통상 다음과 같은 수단에 의해 L-트리프토판을 회수한다. (1) 반응액의 pH를 등전점으로 조정하여 L-트리프토판을 석출시켜 회수하는 방법, (2) 이온 교환수지를 사용하여 L-트리프토판을 흡착탈착시켜 회수하는 방법, (3) L-트리프토판을 난용성의 금속염으로서 석출시켜 회수하는 방법, (4) 여액에 수가용성 유기 용매를 첨가하여 결정 화시켜 분리하는 방법 및 (5) 여액을 전기 투석하여 분리 회수하는 방법 등.In order to isolate L- tryptophan produced in the reaction liquid, it can be easily performed by the adsorption-desorption process by the ion exchange resin, activated carbon, etc. which are usually used. In more detail, when L- tryptophan is precipitated as crystals in the semi-solution, water is added to dissolve the solution, and then the reaction solution is centrifuged or filtered to remove water insoluble matter such as cells, and then The L- tryptophan is recovered by such means. (1) A method for precipitation and recovery of L- tryptophan by adjusting the pH of the reaction solution to an isoelectric point, (2) A method for adsorption and desorption of L-tripptophan using ion exchange resin, and (3) L -Precipitation and recovery of tryptophan as a poorly soluble metal salt; (4) Separation by crystallization by addition of a water-soluble organic solvent to the filtrate; (5) Separation and recovery of the filtrate by electrodialysis.

하기에 실시예들을 열거하여 본 발명을 보다 상세하게 서술하겠으며, 이들 실시예들로 본 발명의 범위가 한정되는 것은 아니다.The present invention will be described in more detail with reference to the following Examples, which are not intended to limit the scope of the present invention.

이들 실시예들에 있어서 생성된 L-트리프토판의 정성 확인은 종이 크로마토그램상의 L-트리프토판의 Rf치, 자외선 흡수치, 에르릿히 시약에 의한 발색 등에 의해행하였다. 또 정량(定量)은 종이 크로마토그램상의 스포트 추출액의 280mμ에서의 흡광치 및 생물학적 분석(bioassay)에 의해 행하였다. 또, %는 모두 중량%로 나타내었다.Qualitative confirmation of the produced L- tryptophan in these examples was performed by the R f value, ultraviolet absorption value, color development by the Erlich reagent, etc., on the paper chromatogram. In addition, the quantitative determination was performed by absorbance at 280 mμ of the spot extract on paper chromatogram and biological analysis. In addition, all% was represented by the weight%.

[실시예 1]Example 1

에스체리치아 콜리 MT-10232를 배지 조성 1의 50ml. 배지에 1백금이(白金耳) 접종하고 30℃에서 20시간 진탕 배양하였다.50 ml of Escherichia coli MT-10232 medium composition 1. Platinum was inoculated on the medium and shaken at 30 ° C. for 20 hours.

배지조성 Ⅰ:Medium composition Ⅰ:

육 즙 : 1.0% KH2PO4: 0.2%Juicy: 1.0% KH 2 PO 4 : 0.2%

펩 톤 : 0.5% 초기 pH : 7.0Peptone: 0.5% Initial pH: 7.0

효모즙 : 0.1%Yeast Juice: 0.1%

배양액 1l를 원심분리하여 균체를 모으고, 이것을 트리프토판 신세타제의 효소원으로 하였다.The cells were collected by centrifugation of 1 l of the culture solution, which was used as an enzyme source of tryptophan synthetase.

슈도모나스 푸티다 IFO 12996을 배지 조성 Ⅱ의 배지 50ml에 1백금이 접종하고, 배양액 1l를 원심분리하여 균체를 모으고, 이것을 세린 라세마제의 효소원으로 하였다.Pseudomonas putida IFO 12996 was inoculated with platinum to 50 ml of the medium composition II, 1 L of the culture solution was centrifuged to collect the cells, and this was used as an enzyme source of serine racema.

배지조성 Ⅱ :Medium composition Ⅱ:

육 즙 : 1.0% NaCl : 0.55Broth: 1.0% NaCl: 0.55

펩 톤 : 1.0%Peptone: 1.0%

인돌 20g을 Triton X-100 50g에 용해하고, 여기에 DL-세린 36g, Na2SO31g, 피리독살 인산 100mg 및 원심분리에 의해 포집한 2종류의 상기균체를 첨가하여 1l로 하였다. 이 반응액을 pH8.5, 30℃에서 72시간 진탕하면서 반응시켰더니, 반응 종류 후의 반응액 중에는 L-트리프토판 28.5g(수율 : 세린에 대하여 41%)이 생성 축적되었다.20 g of indole was dissolved in 50 g of Triton X-100, and 1 g was added to 36 g of DL-serine, 1 g of Na 2 SO 3 , 100 mg of pyridoxal phosphoric acid, and two kinds of the cells collected by centrifugation. The reaction solution was reacted with shaking at pH8.5 and 30 占 폚 for 72 hours. As a result, 28.5 g (yield: 41% of serine) was produced and accumulated in the reaction solution after the reaction.

대조하기 위하여, 세린 라세마제 생산균의 배양균체를 첨가하지 않은 것을 제외하고는 전술한 방법과 동일하게 반응을 수행한 결과, 반응 종료 후의 반응액 중에는 L-트리프토판 23.5g(수율 ; 세린에 대하여 34%)이 축적되었으며, 세린 라세마제 및 트리프토판 신세타제의 양 효소를 작용시킨 실험보다 축적량이 5.0 더 적었다.For comparison, the reaction was carried out in the same manner as described above, except that the culture cells of the serine racema-producing bacteria were not added. As a result, 23.5 g (yield; serine) of L-tryptophan in the reaction solution after the reaction was completed. 34%) and 5.0 less than the experiment with both enzymes of serine racemase and tryptophan synthetase.

[실시예 2]Example 2

실시예 1의 에스체리치아 콜리 MT-10231 대신에 에스체리치아 콜리 MT-10238을 사용한 것을 제외하고는, 실시예 1에서와 같이 실험을행하였더니, 반응액 중에 27.8g의 L-트리프토판이 축적되었다(수율세린에 대하여 40%). 세린 라세마제를 첨가하지 않은 대조 실험에서는 L-트리프토판의 축적은 없었다.Except for using the E. coli MT-10238 instead of the E. coli MT-10231 of Example 1, the experiment was carried out as in Example 1, 27.8 g of L- tryptophan accumulated in the reaction solution (40% relative to yield serine). There was no accumulation of L-Tryptophan in the control experiment without serine racemase.

[실시예 3]Example 3

실시예 1의 에스체리치아 콜리 MT-10231 대신에 트리프토판아제 생산균인 아에로박터 아에로 게네스 IFO3317을 사용하고, 배지 조성 Ⅰ의 배지 대신에 배지 조성 Ⅲ의 배지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 1에서 와 같이 실험을 행하였더니, 반응액 중에 22.2g의 L-트리프토판이 축적되었다. 세린 라세마제를 첨가하지 않은 대조 실험에서 19.3g(수율 ; 세린에 대하여 28%)의 L-트리프토판이 축적되었다.Instead of the Escherichia coli MT-10231 of Example 1, aerobacter aerogenes IFO3317, which is a tryptophanase producing bacterium, was used, except that the medium of the medium composition III was used instead of the medium of the medium composition I. When the experiment was conducted as in Example 1, 22.2 g of L- tryptophan was accumulated in the reaction solution. 19.3 g (yield; 28% relative to serine) accumulated L-Tryptophan in the control experiment without serine racemase.

배지조성 Ⅲ :Medium composition Ⅲ:

L-트리프토판 : 0.2% 옥수수 침지액 : 6.00%L-Tryptophan: 0.2% Corn Dipping Solution: 6.00%

KH2PO4: 0.5% 카사미노산 : 2.0%KH 2 PO 4 : 0.5% Casamino acid: 2.0%

MgSO4·7H2O : 0.05% 초기 pH : 8.0MgSO 4 7H 2 O: 0.05% Initial pH: 8.0

[실시예 4]Example 4

실시예 1에 기재한 방법에 의해 분리한 트리프토판 신세타제 생산균의 배양균체 및 세린 라세마제 생산균의 배양균체를 각각 순수에 현탁시켜 100ml로 하고, 여기에 15g의 아크릴아미드, 1g의 N,N'-메틸렌비스-아크릴아미드, 4%β-(디메틸아미노)프로피오니트릴 15ml 및 2% 과황산칼륨 10ml를 첨가하여 실온에서 15분 정치시킨 다음, 반응 생성물을 분쇄하고, 순수로 세정함으로서 각각의 고정화 효소를 얻었다.The cultured cells of tripeptophan synthetase-producing bacteria and the serine racemase-producing bacteria isolated by the method described in Example 1 were each suspended in pure water to make 100 ml, and 15 g of acrylamide and 1 g of N were added thereto. 15 ml of 4% β- (dimethylamino) propionitrile and 10 ml of 2% potassium persulfate were added for 15 minutes at room temperature, and then the reaction product was triturated and washed with pure water. Each immobilized enzyme was obtained.

다음에, 각각의 고정화 효소 150g, 인돌 1.0g, DL-세린 2.0g, 황산나트륨 1g 및 피리독살인산 100mg을 물에 첨가하여 전 용적을 1l로 하였다. 이 반응액을 30℃에서 72시간 진탕하면서 반응시켰더니, 반응 종류 후의 반응액 중에 L-트리프토판 1.14g(수율 : 세린에 대하여 29%)이 축적되었다.Next, 150 g of each immobilized enzyme, 1.0 g of indole, 2.0 g of DL-serine, 1 g of sodium sulfate, and 100 mg of pyridoxalic acid were added to water to make a total volume of 1 l. The reaction solution was reacted with shaking at 30 ° C. for 72 hours, whereupon 1.14 g (yield: 29% of serine) of L-tryptophan was accumulated in the reaction solution after the reaction type.

반응 종류 후 반응액에서 고정화 효소를 분리하고, 생성 L-트리프토판을 잔류액에서 분리함과 동시에 인돌, DL-세린 및 기타 첨가제가 용해된 기질 용액을 분리한 고정화 효소에 첨가하여 전술한 바와 같이 반응시켰다. 그 결과, 30회의 반복 사용에 있어도 L-트리프토판의 생성량은 거의 감소되지 않았다.After the reaction, the immobilized enzyme was separated from the reaction solution, the resulting L-tryptophan was separated from the residual solution, and the substrate solution in which indole, DL-serine and other additives were dissolved was added to the separated immobilized enzyme. Reacted together. As a result, the amount of L-tryptophan produced hardly decreased even after 30 repeated uses.

또, 여과에 의한 고정화 효소의 분리는 극히 용이하였다. 대조하기 위하여 세린 라세마제 생성균의 배양균체를 사용하지 않은 것을 제외하고는 전술한 바와 같이 반응시켰더니, 반응 종료후의 반응액 중에 L-트리프토판은 0.94g(수율…세린에 대하여 24%)밖에는 생성 축적되지 않았다.In addition, separation of the immobilized enzyme by filtration was extremely easy. The reaction was carried out as described above, except that the cultured cells of serine racemase-producing bacteria were used for comparison. As a result, only 0.94 g (yield… 24% of serine) was produced in the reaction solution after the reaction was completed. Not accumulated.

[실시예 5]Example 5

실시예 4의 에스체리치아 콜리 MT-10231 대신에 트리프토판생산균인 아에로 박터 아에로 게네스 IFO 3317을 사용하고, 또, 배지조성 Ⅲ의 배지를 사용한 것을 제외하고는 실시예 4에서와 같이 실험을 행한 결과, 0.89g의 L-트리프토판이 생성 축적되었다(수율…세린에 대하여 23%). 세린 라세마제를 첨가하지 않은 대조 실험에서는 L-트리프토판의 축적 양은 0.77g(수율…세린에 대하여 20%)이었다.Example 4 was used in place of the Escherichia coli MT-10231, except that aerobacter aerogenes IFO 3317, which was a tryptophan-producing bacterium, was used, and a medium of medium composition III was used. As a result of experiment, 0.89 g of L-tryptophan was produced and accumulated (yield ... 23% relative to serine). In the control experiment without the addition of serine racemase, the accumulated amount of L-tryptophan was 0.77 g (yield… 20% relative to serine).

[참고예 1]Reference Example 1

에스체리치아 콜리 W를 하기의 배지 조성의 배지 10l를 주입시킨 20l 용적의 발효조 내에서 30℃, pH7.2, 통기량 10l/분에서 21.5시간 배양하였다. 배양 후 원심분리하여 함수율 80%의 균체 315g을 얻었다.Escherichia coli W was incubated for 21.5 hours at 30 ° C., pH7.2, aeration rate 10 l / min in a 20 l volume fermenter into which 10 l of medium of the following medium composition was injected. After culture, the cells were centrifuged to obtain 315 g of cells with a water content of 80%.

배지조성 :Medium composition:

글루코오스 : 2.00% MgSO4: 0.05%Glucose: 2.00% MgSO 4 : 0.05%

(NH4)2SO4: 0.50% 인돌 : 0.01%(NH 4 ) 2 SO 4 : 0.50% Indole: 0.01%

KH2PO4: 0.10% 카사미노산 : 0.025%KH 2 PO 4 : 0.10% Casamino acid: 0.025%

이 균체 0.16g을 하기의 반응액 조성 10ml를 함유하는 시험관에 넣고 30℃에서 진탕하였다.0.16 g of this cell was added to a test tube containing 10 ml of the following reaction solution composition, and shaken at 30 ° C.

반응액조성 :Reaction liquid composition:

L-세린 : 1.91%L-serine: 1.91%

Na2SO3: 0.10%Na 2 SO 3 : 0.10%

피리독살 인산 : 0.01%Pyridoxal Phosphate: 0.01%

(NH4)2SO4: 0-2.4%(실험구에 따라 다름)(NH 4 ) 2 SO 4 : 0-2.4% (depending on the experiment)

48시간 후 반응액 중의 L-세린의 함량을 고속 액체 크로마토그래피에 의해 분석하여 하기 제1표에 기재한 결과를 얻었다.After 48 hours, the content of L-serine in the reaction solution was analyzed by high performance liquid chromatography to obtain the results described in Table 1 below.

[제1표][Table 1]

Figure kpo00001
Figure kpo00001

상기 제1표의 결과로부터 암모늄 이온농도가 0몰/l일때, L-세린의 분해율은 79.3%이나, 암모늄 이온농도가 증가됨에 따라, L-세린의 분해율은 감소되고, 암모늄 이온농도가 0.3몰 /l일 때는 L-세린의 분해율은 0%로 감소되었음을 알 수가 있다.From the results of Table 1, when the ammonium ion concentration is 0 mol / l, the decomposition rate of L-serine is 79.3%, but as the ammonium ion concentration is increased, the decomposition rate of L-serine is decreased, and the ammonium ion concentration is 0.3 mol / l. At l, the degradation rate of L-serine was reduced to 0%.

[참고예 2]Reference Example 2

실시예 1에서 얻은 균체를 -15℃에서 장기간 보존하고, 이 균체 0.32g을 하기의 반응액 조성 10ml를 함유하는 시험관에 주입시켜 30℃에서 48시간 진탕한 후, 참고예 1에서와 같이 D-세린을 분석하였다. 그 결과를 제2표에 기재한다.The cells obtained in Example 1 were stored for a long time at −15 ° C., and 0.32 g of the cells were injected into a test tube containing 10 ml of the reaction solution composition below, shaken at 30 ° C. for 48 hours, and then D- Serine was analyzed. The results are shown in Table 2.

반응액 조성 :Reaction liquid composition:

D-세린 : 2.03% 피리독살 인산 : 0.01%D-serine: 2.03% Pyridoxal Phosphate: 0.01%

Na2SO3: 0.10% NH4Cl : 0-2%(실험구에 따라 다름)Na 2 SO 3 : 0.10% NH 4 Cl: 0-2% (depending on the experiment)

[제2표][Table 2]

Figure kpo00002
Figure kpo00002

상기 제2표의 결과로부터 L-세린 외에 D-세린도 분해되며, D-세린 분해율은 암모늄 이온 농도가 상승됨에 따라 감소된다는 것을 알 수가 있다.From the results of Table 2, it can be seen that in addition to L-serine, D-serine is also decomposed, and the D-serine decomposition rate decreases as the ammonium ion concentration is increased.

[참고예 3]Reference Example 3

슈도모나스 푸티다 IFO 12996을 하기의 배지 조성의 배지 150ml를 함유하는 500ml 용적의 사까구치 플라스크에 주입시키고 30℃에서 24시간 진탕 배양을 행하였다.Pseudomonas putida IFO 12996 was injected into a 500 ml volume of a molar flask containing 150 ml of medium of the following medium composition and shake cultured at 30 ° C for 24 hours.

배지조성 :Medium composition:

육 즙 : 0.3% 글루코오스 : 3.0%Broth: 0.3% Glucose: 3.0%

폴리펩톤 : 0.5% pH : 7.0Polypeptone: 0.5% pH: 7.0

배양 후에 균체를 원심 분리하여 포집하고, 배양액 20ml에 상당하는 균체를 사용하여, 참고예 2에서와 같이 세린의 분해능과 암모늄 이온농도의 영향을 검토하였다. 실험은 L-세린과 D-세린에 각각 별도로 행하였다. 그 결과를 제3표에 기재하였다.After incubation, the cells were collected by centrifugation, and the effects of serine resolution and ammonium ion concentration were examined as in Reference Example 2, using the cells corresponding to 20 ml of the culture solution. The experiment was conducted separately for L-serine and D-serine, respectively. The results are shown in Table 3.

[제3표][Table 3]

Figure kpo00003
Figure kpo00003

(주) 1) L-세린의 초기농도 ; 19.0g/l(Note) 1) Initial concentration of L-serine; 19.0 g / l

2) D-세린의 초기농도 ; 20.3g/l2) initial concentration of D-serine; 20.3 g / l

[실시예 6]Example 6

참고예 1에서 얻은 습균체 31.5g을 하기의 반응액 조성 1l중에 주입시키고 35℃에서 10시간 반응시켰다. 생성된 L-트리프토판 및 L-세린을 고속 액체 크로마토그래피에 의해 분석하였다.31.5 g of the wet cells obtained in Reference Example 1 were injected into 1 l of the following reaction solution composition, and reacted at 35 ° C. for 10 hours. The resulting L-Tryptophan and L-serine were analyzed by high performance liquid chromatography.

반응액조성 :Reaction liquid composition:

인돌 : 2.0% 피리독살 인산 : 0.01%Indole: 2.0% Pyridoxal Phosphate: 0.01%

L-세린 : 3.0% (NH4)2SO4: 0 또는 2.5%L-serine: 3.0% (NH 4 ) 2 SO 4 : 0 or 2.5%

Na2SO3: 0.10% (암모늄 농도) : (0 또는 0.19몰 /l)Na 2 SO 3 : 0.10% (ammonium concentration): (0 or 0.19 mol / l)

반응을 행하는 동안 인돌은 10시간에 걸쳐서 연속 첨가하였다. 반응을 10시간 수행한 후, 반응액 중의 L-트리프토판 및 L-세린을 분석하여 그 결과를 제4표에 기재하였다.Indole was continuously added over 10 hours during the reaction. After the reaction was carried out for 10 hours, L- tryptophan and L-serine in the reaction solution were analyzed and the results are shown in Table 4.

[제4표][Table 4]

Figure kpo00004
Figure kpo00004

상기 제4표로부터 (NH4)2SO4의 2.5% 첨가구는 첨가한 인돌에 대하여 100%의 수율로 L-트리프토판이 생성되고, 잔존 L-세린도 거의 분해되지 않으나 황산 암모늄 무첨가구는 L-트리프로판의 수율도 저하되고, 잔존 L-세린이 거의 분해됨을 알 수가 있다.From the above table, 2.5% addition group of (NH 4 ) 2 SO 4 produced L- tryptophan in 100% yield with respect to the added indole, and the remaining L-serine was hardly decomposed, but the ammonium sulfate-free group contained L- It can be seen that the yield of tripropane is also lowered and the remaining L-serine is almost decomposed.

Claims (1)

트리프로판 신세타제 또는 트리프로판아제의 존재하에 인돌과 L-세린과를 반응시켜, L-트리프토판을 제조하는 방법에 있어서, 원료로서 DL-세린 또는 D-세린을 사용하여, DL-세린 또는 D-세린을 세린라세마제와 반응시켜 D-세린의 적어도 일부를 L-세린으로 전환시킴을 특징으로 하는 효소에 의한 L-트리프로판의 제조방법.In a method for producing L-tripptophan by reacting indole with L-serine in the presence of tripropane synthetase or tripropanase, DL-serine or DL-serine or D-serine is used as a raw material. A method for producing L-tripropane by an enzyme, characterized in that D-serine is reacted with serine racemase to convert at least a portion of D-serine into L-serine.
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