KR910004362B1 - Novel superoxide dismutase - Google Patents

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KR910004362B1 KR1019890005767A KR890005767A KR910004362B1 KR 910004362 B1 KR910004362 B1 KR 910004362B1 KR 1019890005767 A KR1019890005767 A KR 1019890005767A KR 890005767 A KR890005767 A KR 890005767A KR 910004362 B1 KR910004362 B1 KR 910004362B1
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박주웅
이송락
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영진약품공업 주식회사
김생기
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    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12NMICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
    • C12N9/00Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
    • C12N9/0004Oxidoreductases (1.)
    • C12N9/0065Oxidoreductases (1.) acting on hydrogen peroxide as acceptor (1.11)

Abstract

A superoxide dismutase is produced by serratia sp. Y-4, donation No.KFCC 8276P. The dismutase has a mol. wt. of 54000. The strain is cultured on a seed medium at 28 deg.C with shaking for 18-24 hrs, seeded to fermentation medium by 5% at an air flow of 0.3-1.0 VVm and a stirring rate of 350-450 rpm. and cultured at 27-31 deg.C for 8 hrs. The strain is cultured further for 18-22 hrs. but with the stirring rate dropped to 200-300 rpm. paraquat is added with a ratio of 0.5 mM as a inducing substance within the initial 6 hrs. The dismutase is separated and purifyed from the culture cells. The dismutase is useful as antiinflammatory agent.

Description

세라티아 sp. Y-4가 생산하는 신규의 슈퍼옥사이드 디스뮤타제 및 그의 생산방법Serratia sp. Novel Superoxide Dismutase Produced by Y-4 and Its Production Method

제 1 도는 본 발명에 따른 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 최적 pH를 도시한 그래프.1 is a graph showing the optimal pH of a superoxide dismutase according to the present invention.

제 2 도는 본 발명에 따른 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 pH 안정성을 도시한 그래프.2 is a graph showing the pH stability of the superoxide dismutase according to the present invention.

제 3 도는 본 발명에 따른 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 열안정성을 도시한 그래프.3 is a graph showing the thermal stability of the superoxide dismutase according to the present invention.

제 4 도는 본 발명에 따른 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 지외선 및 가시광선 흡수 스펙트럼.4 is an infrared and visible light absorption spectrum of the superoxide dismutase according to the present invention.

제 5 도는 본 발명에 따른 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 적외선 흡수 스펙트럼이다.5 is an infrared absorption spectrum of the superoxide dismutase according to the present invention.

본 발명은 세라티아 sp. Y-4가 생산하는 신규의 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(Superoxide Dismutase) 및 그 의 생산방법에 관한 것이다.The present invention is Serratia sp. It relates to a novel superoxide dismutase (Y-4) produced and a method for producing the same.

본 발명에서 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 생산균주로 사용된 세라티아sp. Y-4는 본 발명자들에 의해서 발명된 신규 균주로서, 한국과학기술원에 수탁(수탁번호 : KCTC 8267 P)되어 있으며, 이 균주는 이미 프로테아제 생산균주로 국내특허출원(출원번호제 87-6746호)되어 있다.Ceratia sp. Used as a production strain of superoxide dismutase in the present invention. Y-4 is a novel strain invented by the present inventors, and has been entrusted to the Korea Advanced Institute of Science and Technology (Accession No .: KCTC 8267 P), which is already a domestic patent application as a protease producing strain (Application No. 87-6746). )

슈퍼옥사이드 디스뮤타제는 슈퍼옥사이드 라디칼(O2 _)을 과산화수소와 산소로 변환시키는 것을 촉매하는 효소이다.Superoxide dismutase is an enzyme that catalyzes the conversion of superoxide radicals (O 2 _ ) to hydrogen peroxide and oxygen.

슈퍼옥사이드 라디칼은 세포생존에 필수적인 산소가 환원되면서 생기는데, 이 라디칼은 살아있는 세포의 미세한 구조에 치명적인 상해를 직,간접으로 야기시킨다(Annu, Rev, Phys. Chem.,

Figure kpo00001
, 171, 1971).Superoxide radicals result from the reduction of oxygen, which is essential for cell survival, which directly or indirectly causes fatal injuries to the microstructure of living cells (Annu, Rev, Phys. Chem.,
Figure kpo00001
, 171, 1971).

또한, 이 라디칼은 많은 생물학적 반응에서 생산되기도 하며(Am. J. Pathol.,

Figure kpo00002
, 397, 1982), 미생물이나 세포의 화학적 상해도 바로 슈퍼옥사이드 라디칼과 관련되어 있다.This radical is also produced in many biological reactions (Am. J. Pathol.,
Figure kpo00002
, 397, 1982), chemical injury of microorganisms and cells is also directly related to superoxide radicals.

예를들면 스트렙토조토신(Streptozotocin)에 의해 슈퍼옥사이드 라디칼이 생성되어 인슐린 분비세포가 혈장막 상해를 입어서 당뇨병을 유발시키는 경우나 (Diabetologia,

Figure kpo00003
, 55, 1980), 피라진 유도체인 파라쿠아트(Paraquat)가 생체내에서 비교적 안정한 자유 라디칼로 쉽게 환원됨으로서 치명적으로 작용하는 경우도 있다(J. Bacteriol.,
Figure kpo00004
, 505, 1977).For example, when superoxide radicals are produced by streptozotocin, insulin secreting cells can cause plasma membrane injuries and cause diabetes (Diabetologia,
Figure kpo00003
, 55, 1980). Paraquat, a pyrazine derivative, may act deadly by being easily reduced to a relatively stable free radical in vivo (J. Bacteriol.,
Figure kpo00004
, 505, 1977).

슈퍼옥사이드 디스뮤타제는 이러한 슈퍼옥사이드 라디칼등의 자유 라디칼의 생성을 억제해주므로서, 피부질환(Proc. Natl. Acad. Sci., USA,

Figure kpo00005
, 5395, 1978), 류마티스성 관절염(Biochem. Pharmacol.,
Figure kpo00006
, 535, 1987)지질의 과산화 및 간질환(Biochem. J.,
Figure kpo00007
, 343, 1976) 동맥경화등의 심장질환(Proc. Soc. Exp. Biol. & Med.,
Figure kpo00008
, 30, 1978)과 항산화작용으로 인한 노화의 방지 및 조직내 생리학적 기능을 돕기도 한다.Superoxide dismutase inhibits the production of free radicals such as superoxide radicals, thereby preventing skin diseases (Proc. Natl. Acad. Sci., USA,
Figure kpo00005
, 5395, 1978), rheumatoid arthritis (Biochem. Pharmacol.,
Figure kpo00006
, 535, 1987) Lipid Peroxidation and Liver Diseases (Biochem. J.,
Figure kpo00007
, 343, 1976) Heart diseases such as atherosclerosis (Proc. Soc. Exp. Biol. & Med.,
Figure kpo00008
, 30, 1978) and antioxidants to help prevent aging and physiological functions in tissues.

이와 같이 슈퍼옥사이드 디스뮤타제는 산소를 대사하는 모든 유기테의 생존에 필수적이며, 의학적 치료나 예방에도 아주 폭넓게 이용될 전망이다.As such, superoxide dismutase is essential for the survival of all organs that metabolize oxygen, and is expected to be widely used for medical treatment or prevention.

종래에도 미생물학적인 방법으로 슈퍼옥사이드 디스뮤타제를 생산하는 여러가지 기술이 소개되어 있는데, 예를들면 세라티아 마르스센스(Serra tia marcescence ATCC 21074, 미국특허 제4,563,349호)나 바실리스서브틸리스(Bacillus subtilis IFO 3022, Agri, Biol. Chem.,

Figure kpo00009
, 2865, 1983)등을 생산균주로 사용하거나 에세리키아 콜라이 비(Escherichia Coli B, J. Biol. Chem.,
Figure kpo00010
, 4782, 1972)를 사용하는 방법등이 알려져 있다.In the past, various techniques for producing superoxide dismutase by microbiological methods have been introduced, for example, Serra tia marcescence ATCC 21074 (US Pat. No. 4,563,349) or Bacillus subtilis IFO. 3022, Agri, Biol. Chem.,
Figure kpo00009
, 2865, 1983), etc. or as Escherichia coli B, J. Biol. Chem.
Figure kpo00010
, 4782, 1972).

또한, 이러한 균주들을 배양하는데 사용되어온 배지의 성분으로 적당한 탄소원, 질소원, 균의 생육에 필요한 각종 무기염(염화나트륨, 염화칼륨, 황산마그네슘, 탄산아연등), 이미노산원 및 비타민류등과, 균주의 특성에 따라 필요한 핵산 또는 핵산함유물질이 적당히 배합된 배지를 사용해 왔으며, 배양중에 생기는 거품을 제거하기 위하여 기름(대두유, 옥수수유)이나 합성소포제(Tween류, 안티폼등)등을 사용하기도 하였다.In addition, as a component of a medium that has been used for culturing these strains, a suitable carbon source, nitrogen source, various inorganic salts necessary for the growth of bacteria (sodium chloride, potassium chloride, magnesium sulfate, zinc carbonate, etc.), imino acid source and vitamins, Depending on the characteristics of the nucleic acid or a nucleic acid-containing material has been appropriately mixed, a medium has been used, and oil (soybean oil, corn oil) or synthetic antifoaming agents (Tweens, anti-foam, etc.) have been used to remove bubbles generated during the culture.

그러나, 이러한 종래의 방법들은 균주를 발효시키는데 필요한 시간이 48시간 이상이나 소모되며, 효소의 생산성도 불량하여 이를 산업적으로 이용하는데는 개선의 여지가 많이 있었다.However, these conventional methods require more than 48 hours to ferment the strain, and the productivity of the enzyme is poor, and there is much room for improvement in industrial use thereof.

그래서 본 발명자들은 보다 경제적인 방법으로 슈퍼옥사이드 디스뮤타제를 생산해낼 수 있는 방법을 연구해오던중 프로테아제 생성을 갖는 세라티아 sp. Y-4가 종래와는 다른 새로운 형태의 슈퍼옥사이드 디스뮤타제를 생산해낸다는 점과, 이균주의 배양배지의 조성을 일부 변화시 배양시간을 크게 단축시킬 수 있음은 물론 효소의 생산성도 크게 향상시킬수 있다는 점에 착안하여 본 발명에 이르게 된 것이다.Thus, the present inventors have been studying how to produce a superoxide dismutase in a more economical manner, while the Serratia sp. Y-4 produces a new type of superoxide dismutase that is different from the conventional one, and it is possible to greatly reduce the incubation time when the composition of the bacterial culture medium is changed. Attention was drawn to the present invention.

본 발명의 목적은 세라티아 sp. Y-4가 생산해내는 것을 특징으로 하는 새로운 형태의 슈퍼옥사이드 디스뮤타제를 제공하는데 있다.An object of the present invention is Serratia sp. It is to provide a new type of superoxide dismutase characterized by the production of Y-4.

본 발명의 다른 목적은 균주를 이용하여 슈퍼옥사이드 디스뮤타제를 생산함에 있어서, 균주의 배양시간을 크게 단축시킨면서도 효소의 생산성을 훨씬 향상시킬 수 있는 보다 경제적인 방법을 제공하는데 있다.Another object of the present invention is to provide a more economical method for producing superoxide dismutase by using a strain, while significantly reducing the incubation time of the strain, and further improving the productivity of the enzyme.

이하, 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.Hereinafter, the present invention will be described in detail.

본 발명에서는 우선 종배지에서 세라티아 sp. Y-4를 28℃에서 18시간 내지 24시간 진탕 배양한 다음, 이를 발효배지에 0.3VVM 내지1.0VVM의 통기량과 350rpm 내지 450rpm 의 교반속도하에서 5%의 비율로 접종하고 27℃ 내지 31℃에서 8시간 배양한후 교반속도를 200rpm 내지 300rpm으로 낮추면서 계속해서 18시간 내지 22시간 더 배양하되, 초기 6시간 사이에 유도물질로소 0.5mM의 파라쿠아트를 가한다In the present invention, Seratia sp. After incubating the Y-4 at 28 ° C. for 18 to 24 hours with shaking, the fermentation medium was inoculated at a rate of 5% under aeration of 0.3 VVM to 1.0 VVM and a stirring rate of 350 rpm to 450 rpm, and then at 27 ° C. to 31 ° C. After 8 hours of incubation, the stirring speed was lowered to 200 rpm to 300 rpm, followed by further 18 to 22 hours of incubation, and 0.5 mM paraquat was added as an inducer between the initial 6 hours.

이때, 상기 종배지의 조성분으로는 예컨대 염화나트륨 0.1%, 염화칼륨 0.05%, 염화망간 0.02%, 황산마그네슘 0.02%, 탄산아연 0.002%, 탈지대두박 1.0%, 카제인 1.0%, 인산수소암모늄 0.6%를 pH 조절없이 사용하고, 발효배지의 조성성분으로는 예컨대 염하나트륨 0.1%, 염화칼륨 0.05%, 염화망간 0.02% 황산마그네슘, 0.02%, 탄산아연 0.002%, 탈지대두박 1.0%, 카제인 1.0%, 인산수소암모늄 0.6%, 락토오스 0.5% 파라쿠아트 0.5mM을 pH 조절없이 사용한다.At this time, the composition of the seed medium is, for example, sodium chloride 0.1%, potassium chloride 0.05%, manganese chloride 0.02%, magnesium sulfate 0.02%, zinc carbonate 0.002%, skim soybean 1.0%, casein 1.0%, ammonium hydrogen phosphate 0.6% The composition of the fermentation medium is, for example, sodium chloride 0.1%, potassium chloride 0.05%, manganese chloride 0.02% magnesium sulfate, 0.02%, zinc carbonate 0.002%, defatted soybean meal 1.0%, casein 1.0%, ammonium hydrogen phosphate 0.6% Lactose 0.5% Paraquat 0.5 mM is used without pH adjustment.

본 발명에 따른 발효배지 조성성분의 특징으로는 염화칼슘, 탄산칼슘, 대두유, 악토콜 등을 사용치 않는 대신, 망간염과 당질원료 및 파라쿠아트를 추가한 것을 들 수 있다.Characterization of the fermentation broth composition component according to the present invention, instead of using calcium chloride, calcium carbonate, soybean oil, actocol, and the like, manganese salts and sugars and the addition of paraquat.

본 발명에서 발효배지내에 망간염을 새로이 첨가한 것은 고순도로 정제된 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 활성점(Active site)에 망간이 결합되어 있다는 점에 착안한 것이며, 적당한 당질원료가 균주의 생육을 증가시킨다는데 착안하여 글루코오스나 락토오스, 또는 갈락토오스등 1종 이상의 당질원료를 첨가하고, 또한 파라쿠아트는 생체내에서 쉽게 슈퍼옥사이드 라디칼로 환원되기 때문에 유도물질로서 새로이 첨가하게 된 것이다.In the present invention, the addition of manganese salt into the fermentation broth is based on the fact that manganese is bound to the active site of the highly purified superoxide dismutase, and the appropriate saccharide raw material increases the growth of the strain. Attention is made to add one or more saccharides such as glucose, lactose, or galactose, and paraquat is newly added as an inducer because paraquat is easily reduced to superoxide radical in vivo.

본 발명에 따라 세라티아 sp. Y-4를 배양시키는 동안 발효시간의 경과에 따른 효소생산성의 변화량은 다음 표 1과 같다.According to the present invention, Serratia sp. The change in enzyme productivity according to the passage of fermentation time during the incubation of Y-4 is shown in Table 1 below.

[표 1]TABLE 1

Figure kpo00011
Figure kpo00011

본 발명에서 슈퍼옥사이드 디스뮤타제 생산균주로 사용된 세라티아 sp. Y-4는 종래에 사용되어온 생산균주에 비하여 효소의 생산성 및 효소역가가 월등히 높아서 이를 세라티아 마르스센스 ATCC 21074와 바실리스 서브틸리스 IFO 3022와 비교해 보면 다음 표 2와 같다.Seratia sp. Used as superoxide dismutase producing strain in the present invention. Y-4 is significantly higher in productivity and enzyme titer than the production strains used in the prior art, compared to Serratia Marssense ATCC 21074 and Bacillus subtilis IFO 3022 as shown in Table 2 below.

[표 2]TABLE 2

Figure kpo00012
Figure kpo00012

주) 1. 효소생산성은 발효액 1ml당의 UNIT.Note) 1. Enzyme productivity is UNIT per 1ml of fermentation broth.

2. 효소역가는 균체속에 포함된 단백질 1mg당의 UNIT.2. Enzyme titer is UNIT per 1mg of protein in cells.

3. KCTC 8267 P에서 (1)은 종래의 프로테아제 생산배지를 사용하고 (2)는 본 발명에 따른 발효배지를 사용.3. In KCTC 8267 P, (1) uses a conventional protease production medium and (2) uses fermentation medium according to the present invention.

4. 각 균주의 발효배지.4. Fermentation medium of each strain.

a. 세라티아 sp. Y-4a. Serratia sp. Y-4

(1) 염화나트륨 0.1%, 염화칼륨 0.05%, 황산마그네슘 0.02%, 염화칼슘 0.02%, 대두유 0.5%, 인산수소나트륨 0.5%, 탈지분유 1.0%, pH 6.5로 조정.(1) 0.1% sodium chloride, 0.05% potassium chloride, 0.02% magnesium sulfate, 0.02% calcium chloride, 0.5% soybean oil, 0.5% sodium hydrogen phosphate, 1.0% skim milk powder, pH 6.5.

(2) 실시예 1에 나타냄.(2) Shown in Example 1.

b. 세라티아 마르스센스 ATCC 21074b. Serratia Marssense ATCC 21074

카제인 1.5%, 용매로 추출한 대두박 엑기스 1.0%, 인산수소암모늄 0.6%, 염화나트륨 0.1%, 염화칼륨 0.05%, 염화칼슘 0.02%, 황산마그네슘 0.02%, 탄산칼슘 1.0%, 탄산아연 0.002%, 대두유 0.6%, 악토콜(Actocol) 0.1%, pH 7.0으로 조정.Casein 1.5%, solvent extracted soybean meal extract 1.0%, ammonium hydrogen phosphate 0.6%, sodium chloride 0.1%, potassium chloride 0.05%, calcium chloride 0.02%, magnesium sulfate 0.02%, calcium carbonate 1.0%, zinc carbonate 0.002%, soybean oil 0.6%, ill Tocol 0.1%, adjusted to pH 7.0.

c. 바실리스 서브틸리스 IFO 3022 펩톤 1.5%, 제 1인산칼륨 0.1%, 제2인산카륨 0.1%, 염화나트륨 0.5%, 황산마그네슘 0.01%, 효모엑기스0.01%, 육엑기스 0.01%, pH 7.2로 조정.c. Bacillis subtilis IFO 3022 peptone 1.5%, potassium monophosphate 0.1%, dibasic potassium phosphate 0.1%, sodium chloride 0.5%, magnesium sulfate 0.01%, yeast extract 0.01%, meat extract 0.01%, pH 7.2.

이 때 효소의 역가측정은 일반적으로 가장 많이 쓰로 있는 맥코드와 프리도비치의 방법(J. Biol. Chem., 244, 6049, 1969)에 따라 측정할 수 있는데, 이를 상술해보면 0.216M-인산칼륨 완충액(pH 7.80) 25ml, 10.7mM-에틸렌디아민테트라아세트산 1ml, 1.1mM-시토크롬 C(Cytochrome C) 1ml, 그리고 0.108mM-크산틴나트륨(Xanthin Sodium) 50ml를 혼합하고, 여기에 증류수를 가해 최종적으로 100ml가 되도록 한다음, 이 혼합액을 반응액으로 한다At this time, the enzyme titer can be measured according to the most commonly used method of McCord and Pridovic (J. Biol. Chem., 244, 6049, 1969), which is described in detail 0.216M-potassium phosphate 25 ml of buffer (pH 7.80), 1 ml of 10.7 mM-ethylenediaminetetraacetic acid, 1 ml of 1.1 mM-Cytochrome C, and 50 ml of 0.108 mM-Xanthin Sodium were added thereto. Make 100 ml and use this mixture as the reaction solution.

이 반응액 2.8ml를 반응온도 25℃에서 셀(Cell, 빛 투과거리 1Cm)에 넣고 효소역가를 측정할 수 있는 적당한 농도의 크산틴 옥시다제(Xanthin Oxidase)용액 0.1ml를 넣어 시토크롬 C의 환원속도를 파장 550nm에서 1분간의 흡광도 증가치로 측정한후, 슈퍼옥사이드 디스뮤타제용액 0.1ml를 넣어 1분간의 흡광도치의 증가를 측정한다.2.8 ml of this reaction solution was added to a cell (light, 1 Cm of light transmission distance) at a reaction temperature of 25 ° C, and 0.1 ml of xanthin oxidase solution of an appropriate concentration capable of measuring enzyme activity was reduced in cytochrome C. After measuring the absorbance at a wavelength of 550 nm for 1 minute, add 0.1 ml of superoxide dismutase solution and measure the increase in absorbance for 1 minute.

이렇게하여 시토크롬 C의 환원속도, 즉 흡광도 증가치가 50% 억제된 것을 1UNIT로 결정한다In this way, the reduction rate of the cytochrome C, that is, 50% of the increase in absorbance, was determined to be 1 UNIT.

단백질 정량은 표준물질로서 소 혈청 알부민(Bovine Serum Albumin)을 이용하여 쿠미시 브릴런트 블루G-250 방법(Coomassie Brilliant Blue G-250, Anal. Biochem., 79, 544, 1977)으로 측정한다Protein quantitation is determined by Bovine Serum Albumin as standard, by Coomassie Brilliant Blue G-250, Anal. Biochem., 79, 544, 1977.

한편, 상기와 같은 방법으로 하여 세라티아 sp. Y-4를 발효배양한 다음에는 원심분리나 기타 알려진 분리방법을 이용하여 발효액으로부터 균체를 회수하고, 회수한 균체를 물이나 완충액에 현탁시켜 초음파, 마쇄등을 이용하여 폐쇄시킨다.On the other hand, Serratia sp. After fermentation of Y-4, the cells are recovered from the fermentation broth using centrifugation or other known separation methods, and the recovered cells are suspended in water or a buffer solution and closed using ultrasonic wave or grinding.

이어서 파쇄된 균체를 원심분리등으로 제거하고 황산암모늄이나 아세톤처리를 하여 생기는 침전물을 원심분리하여 회수한다음, 물이나 완충액에 녹여 같은 용액으로 투석막을 통하여 저분자물질을 투석, 제거시켜서 조효소용액(상징액)을 얻은다.Then, the pulverized cells are removed by centrifugation or the like, and the precipitates formed by ammonium sulfate or acetone treatment are recovered by centrifugation. Then, they are dissolved in water or a buffer solution, and then the low-molecular substance is dialyzed and removed through the dialysis membrane. )

참고로 세라티아 sp. Y-4로부터 프로테아제를 생산할때는 프로테아제가 엑소엔자임(Exo-Enzyme)이기 때문에 균체를 제거해낸 배양액으로부터 프로테아제를 분리정제하였으나, 슈퍼옥사이드 디스뮤타제는 엔도엔자임(Endo -Enzyme)이기 때문에 균체로부터 슈퍼옥사이드 디스뮤타제를 분리정제하게 되는 것이다.For reference, Serratia sp. When the protease was produced from Y-4, the protease was separated and purified from the culture medium from which the protease was exo-enzyme, but the superoxide dismutase was endo-enzyme. Dismutase is to be purified separately.

마지막으로, 상기 조효소용액을 효소정제에 일반적으로 쓰고있는 이온교환수지 크로마토그라피와 겔여과법 또는 이와 유사한 방법으로 분리정제하므로 본 발명의 목적물인 슈퍼옥사이드 디스뮤타제를 분리하고 고순도까지 정제할 수 있다.Finally, the crude enzyme solution is separated and purified by ion exchange resin chromatography and gel filtration or a similar method generally used for enzyme purification, so that the superoxide dismutase which is the object of the present invention can be separated and purified to high purity.

본 발명에 따라 정제된 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 효소학적 성질과 물리화학적 성질은 다음과 같다.The enzymatic and physicochemical properties of the superoxide dismutase purified according to the present invention are as follows.

1. 작용-슈퍼옥사이드 라디칼(O2 -)을 과산화 수소분자와 산소분자로 변환시킨다.1. The action-superoxide radical (O 2 ) is converted into a hydrogen peroxide molecule and an oxygen molecule.

2. 기질특이성-슈퍼옥사이드 라디칼에 작용한다.2. Acts on substrate specificity-superoxide radicals.

3. 최적 pH 범위-이 효소의 최적pH는 7 내지 9로서 제 1 도는 최적 pH를 나타낸 것이다.3. Optimal pH Range—The optimal pH for this enzyme is 7-9, which shows the optimal pH.

4. pH 안정성- 이 효소는 pH 5 내지 11에서 안정하며, 제 2 도는 이 효소의 pH 안정성을 나타낸 것이다.4. pH Stability- This enzyme is stable at pH 5-11, and Figure 2 shows the pH stability of this enzyme.

5. 작용적온의 범위- 이 효소는 10℃에서 40℃ 사이에서 작용한다.5. Range of functional temperature-This enzyme works between 10 ° C and 40 ° C.

6. 열안정성- 이 효소를 pH 8.0 완충액으로 처리하여 시간별로 남아있는 활성을 측정한 결과, 37℃에서 60분간 안정하고, 50℃에서는 60분간 처리시에 35%가 실활되며, 60℃에서 10분간 처리시 42% 실활, 70℃에서 60분과 80℃에서 30분간 방치시에는 완전히 실활된다. 제 3 도는 이 효소의 열안정성을 나타낸 것이다.6. Thermal Stability- The enzyme was treated with pH 8.0 buffer to measure the remaining activity over time. As a result, it was stable at 37 ° C for 60 minutes, at 50 ° C for 35 minutes, and deactivated at 60 ° C for 10 minutes. 42% deactivation when treated for 60 minutes and completely deactivated when left for 60 minutes at 70 ° C and 30 minutes at 80 ° C. 3 shows the thermal stability of this enzyme.

7. 원소분석- 이 효소는 탄소 40.38±0.65%, 수소 5.50±0.03%, 질소 11.81±0.65%의 원소로 구성되어 있다.7. Elemental Analysis-This enzyme consists of 40.38 ± 0.65% carbon, 5.50 ± 0.03% hydrogen, and 11.81 ± 0.65% nitrogen.

8. 자외선 및 가시광선 흡수 스펙트림-이 효소는 자외선 흡수 스펙트림에서는 280(nm)부근에서 최고치의 흡광도를 나타내고, 가시광선 흡수 스펙트럼에서는 475nm 부근에서 최고치의 흡광도를 나타낸 것이다. 제 4 도는 이 효소의 자외선 및 가시광선에서의 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다.8. Ultraviolet and Visible Absorption Spectrum—The enzyme exhibits the highest absorbance near 280 nm in the ultraviolet absorption spectrum and the highest absorbance near 475 nm in the visible absorption spectrum. Figure 4 shows the absorption spectra of the enzyme in the ultraviolet and visible light.

9. 적외선 흡수 스펙트럼- 이 효소의 적외선 흡수 스펙트럼은 KBr 방법으로 측정한다. 제 5 도는 이 효소의 적외선 흡수 스펙트럼을 나타낸 것이다.9. Infrared Absorption Spectrum-The infrared absorption spectrum of this enzyme is determined by the KBr method. 5 shows the infrared absorption spectrum of this enzyme.

10. 등전점- 이 효소의 등전점은 pH 4.7 부근이다.10. Isoelectric Point-The isoelectric point of this enzyme is around pH 4.7.

11. 분자량- 세파크릴 에스- 200 슈퍼화인을 이용하여 겔여과법에 따라 특정한 분자량이 54,000달 톤이다.11. Molecular weight- The specific molecular weight is 54,000 Daltons by gel filtration using Sephacryl S-200 Superfine.

12. 함유 금속이온의 분석- 원자 흡광법에 따라 측정한 바, 이 효소는 1.0g 원자의 망간을 함유한다. 그러므로 이 효소는 망간 슈퍼옥사이드 디스뮤타제인 것이 확실하다.12. Analysis of Containing Metal Ions-As determined by atomic absorption method, this enzyme contains 1.0 g of manganese. Therefore, it is certain that this enzyme is manganese superoxide dismutase.

이상에서 알 수 있는 바와 같이, 본 발명에 따라 생산된 슈퍼옥사이드 디스뮤타제는 종래에 알려져 있는 슈퍼옥사이드 디스뮤타제와 비교해볼때, 그 물리화학적 성질이 판이하게 다른것으로 나타났는데 우선 그 분자량을 비교해보면 에세리키아 콜라이비가 생산한 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 분자량은 39,500이고, 세라티아 마르스센스 ATCC 21074가 생산한 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 분자량은 48,000, 바실리스 서브틸리스 IFO 3022가 생산한 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 분자량은 41,000, 그리고 스트렘토코커스 뮤탄스가 생산한 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 분자량은 40,250이었으나, 본 발명에 따른 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 분자량은 54,000으로 다른 균주에서 발견된 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 분자량에 비해 현저히 높은 것으로 나타났다.As can be seen from the above, the superoxide dismutase produced according to the present invention was shown to have a different physical and chemical properties compared to the superoxide dismutase known in the prior art. The molecular weight of Superoxide Dismutase produced by Escherichia coli was 39,500, Superoxide Dismutase produced by Serratia Marssense ATCC 21074 had a molecular weight of 48,000 and Superoxide Dismux produced by Bacillus subtilis IFO 3022. The molecular weight of the other agent was 41,000, and the molecular weight of the superoxide dismutase produced by Streptococcus mutans was 40,250, but the molecular weight of the superoxide dismutase according to the present invention was 54,000. It was found to be significantly higher than the molecular weight.

이러한 이유로해서 본 발명에 따른 슈퍼옥사이드 디스뮤타제를 신규한 효소로 분리동정하게 된 것이다.For this reason, the superoxide dismutase according to the present invention was identified as a novel enzyme.

이하, 본 발명에 대한 실시예를 들어보면 다음과 같다.Hereinafter, examples of the present invention will be described.

[실시예 1]Example 1

사용균주- 세라티아 sp.Y-4 KCTC 8267 PUsed strain-Serratia sp.Y-4 KCTC 8267 P

종배지-염화나트륨 0.1%, 염화칼륨 0.05%, 염화망간 0.02%, 황산마그네슘 0.02%, 탄산아연 0.02%, 탈지대두박 1.0%, 카제인 1.0%, 인산수소암모늄 0.6%, pH 조절없이 사용.Species medium-sodium chloride 0.1%, potassium chloride 0.05%, manganese chloride 0.02%, magnesium sulfate 0.02%, zinc carbonate 0.02%, defatted soybean meal 1.0%, casein 1.0%, ammonium hydrogen phosphate 0.6%, without pH adjustment.

발효배지-염화나트륨 0.1%, 염화칼륨 0.05%, 염화망간 0.02%, 황산마그네슘 0.02%, 탄산아연 0.02%, 탈지대두박 1.0%, 카제인 1.0%, 인산수소암모늄 0.6, 락토오스 0.5%, 파라쿠아트 0.5mM을 pH 조절없이 사용.Fermentation medium-sodium chloride 0.1%, potassium chloride 0.05%, manganese chloride 0.02%, magnesium sulfate 0.02%, zinc carbonate 0.02%, skim soybean meal 1.0%, casein 1.0%, ammonium hydrogen phosphate 0.6, lactose 0.5%, paraquaart 0.5 mM Use without pH adjustment.

배양방법-우선, 종균배양액을 제조하기 위하여 2ℓ 진탕 플라스크에 종배지 400ml를 분주하고, 121℃에서 15분간 고압살균한 다음, 여기에다 세라티아 sp.Y-4를 접종하고 28℃에서 200rpm으로 20시간 진탕 배양하였다. 이어서 14.5ℓ 소형 발효조에 발효배지 10ℓ를 넣고, 121℃에서 15분간 고압살균한 후, 여기에다 상기 종균배양액을 발효배지의 5%의 비율로 접종하고 28℃에서 400rpm, 0.5VVM으로 8시간 배양한다음, rpm을 300으로 줄여 19시간 더 배양시켰다. 배양 완료액중 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 효소생성량은 1320UNIT/ml 이었다.Cultivation method-First, 400 ml of seed medium was dispensed into a 2 L shake flask to prepare a seed culture, and autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes, inoculated with Seratia sp.Y-4 and 20 hours at 28 ° C. at 200 rpm. Shake culture was performed. Subsequently, 10 liters of fermentation medium was added to a small 14.5 L fermenter, and autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes. The seed culture medium was inoculated at a rate of 5% of the fermentation medium and incubated at 28 ° C. at 400 rpm and 0.5 VVM for 8 hours. , rpm was reduced to 300 and further incubated for 19 hours. Enzyme production amount of superoxide dismutase in the culture complete solution was 1320 UNIT / ml.

[실시예 2]Example 2

사용균주 및 종배지의 조성은 실시예 1과 동일하게 하되, 발효배지조성중 파라쿠아트는 따로 살균하여 배양시작후 4시간에서 6시간 사이에 최종적으로 0.5mM이 되도록 첨가하였다. 그외의 조건은 실시예 1과 동일하였다.The composition of the strains used and the seed medium were the same as in Example 1, but during the fermentation medium composition, paraquat was sterilized separately and added to finally 0.5 mM between 4 hours and 6 hours after the start of the culture. Other conditions were the same as in Example 1.

[실시예 3]Example 3

실시예 1에서 얻어진 발효액을 25,000rpm(15,000×g)으로 연속원심분리하여 균체 212g 얻고, 이 균체를 0.1mM 에틸렌디아민테트라아세트산을 함유하는 0.05m 인산칼륨 완충액(pH 7.8) 500ml에 현탁시켜 4℃에서(이하 모든 조작은 4℃에서 행하였음) 초음파 파쇄기로 80분간 균체를 파쇄시켰다.The fermentation broth obtained in Example 1 was continuously centrifuged at 25,000 rpm (15,000 x g) to obtain 212 g of the cells, and the cells were suspended in 500 ml of 0.05m potassium phosphate buffer (pH 7.8) containing 0.1 mM ethylenediaminetetraacetic acid and suspended at 4 ° C. Cells were crushed for 80 minutes by an ultrasonic crusher (all the following operations were performed at 4 ° C).

파쇄된 균체액을 20,000rpm(이하 모든 원심분리는 20,000rpm으로 실시하였음)으로 원심분리하여 파쇄된 균체는 제거하고 상징액(조효소용액)만을 회수하였다.The crushed cells were centrifuged at 20,000 rpm (hereinafter, all centrifugation was performed at 20,000 rpm) to remove the crushed cells and only the supernatant (coenzyme solution) was recovered.

계속해서 이 상징액에 황산암모늄을 45%까지 처리하고, 이렇게하여 생긴 침전물을 원심분리하여 제거시킨 다음, 다시 상징액만을 회수하였다.Subsequently, the supernatant was treated with ammonium sulfate up to 45%, and the precipitate thus formed was removed by centrifugation, and only the supernatant was recovered.

회수된 상징액에 황산암모늄을 45%에서 80%까지 처리하고, 이때 생긴 침전물을 원심분리하여 회수한다음 이를 물 150ml에 녹여 다시 황산암모늄을 0에서 70%까지 처리하고 침전물을 원심분리하여 회수하였다. 회수된 침전물을 0.002M 아세트산칼륨 완충액(pH 5.5) 80ml에 녹여서 셀롤로오스막을 통해 같은 완충액으로 이틀간 투석시키되, 투석중 생긴 침전물은 원심분리를 통해 제거하였다.The recovered supernatant was treated with ammonium sulfate from 45% to 80%, and the resulting precipitate was recovered by centrifugation. The precipitate was dissolved in 150 ml of water and treated with ammonium sulfate from 0 to 70%, and the precipitate was recovered by centrifugation. The recovered precipitate was dissolved in 80 ml of 0.002 M potassium acetate buffer (pH 5.5) and dialyzed for two days with the same buffer through a cellulose membrane, but the precipitate formed during dialysis was removed by centrifugation.

이어서, 투석된 액을 0.02M 트리스 염산 완충액(pH 8.5)으로 평형시킨 데아에 세파셀 칼럼(DEAE-Sephacel Column, Pharmacia Fine Chemicals AB, 2.6×25Cm)을 통해 흡작시키고 같은 완충액으로 칼럼용량의 2배를 주어 흡작되지 않은 불순물을 먼저 세척 제거하였다.The dialysate was then sucked through a DEAE-Sephacel Column (Pharmacia Fine Chemicals AB, 2.6 × 25 cm) equilibrated with 0.02 M Tris hydrochloric acid buffer (pH 8.5) and twice the column volume with the same buffer. The non-absorbed impurities were first washed out.

세척후 염화나트륨으로 0에서 0.1M까지 농도구배를 주어 파장 280nm에서 용출액의 흡광도를 측정하고 그중에서 효소활성을 가진 분획만을 따로 수거하였다.After washing, the concentration gradient from 0 to 0.1M was measured with sodium chloride, and the absorbance of the eluate was measured at a wavelength of 280 nm, and only the fractions having enzyme activity were collected separately.

용출된 효소활성액을 증류수로 셀롤로오스막을 통해 이틀간 투석시킨후 동결, 건조시키고, 동결건조된 효소를 0.05M 트리스 염산 완충액(pH 8.0) 5ml에 녹여 같은 완충액으로 평형시킨 세파크릴 에스 200 슈퍼파인칼럼(Sphacryl S-200 Superfine, Phrmacia Chemicals AB, 1.6×85Cm)을 통해 겔여과를 하였다.The eluted enzyme active solution was dialyzed with distilled water through a cellulose membrane for two days, and then frozen and dried. The lyophilized enzyme was dissolved in 5 ml of 0.05 M Tris hydrochloric acid buffer (pH 8.0) and equilibrated with the same buffer. Gel filtration was performed through (Sphacryl S-200 Superfine, Phrmacia Chemicals AB, 1.6 × 85 Cm).

얻어진 용출액에 대하여 파장 280nm에서 흡광도를 측정하고, 효소활성을 가진 분획을 모아 다시 증류수셀룰로오스막을 통해 이틀간 투석시킨후, 이 투석된 효소액을 동결 건조시켜 최종적으로 정제된 슈러옥사이드 디스뮤타제 441.2mg(7222UNT/mg)을 얻었다.The obtained eluate was measured for absorbance at a wavelength of 280 nm, the fractions with enzyme activity were collected and again dialyzed through a distilled cellulose membrane for two days, and the purified enzyme solution was lyophilized to finally obtain 441.2 mg of shureoxide dismutase (7222UNT). / mg).

[실시예 4]Example 4

실시예 2에서 얻은 발효액을 실시예 1과 동일한 방법으로 균체 205g을 얻었다.205 g of cells were obtained from the fermentation broth obtained in Example 2 in the same manner as in Example 1.

이하 정제방법은 실시예 3과 동일하였다.The purification method was the same as in Example 3.

최종적으로 정제된 슈퍼옥사이드 디스뮤타제 412mg(8984UNIT/mg)을 얻었다.Finally, 412 mg (8984 UNIT / mg) of purified superoxide dismutase was obtained.

[실시예 5]Example 5

사용균주 및 종배지는 실시예 1과 동일하다.Strains and seed media used were the same as in Example 1.

발효배지에서 망간염 농도를 다음 표 3과 같이 변화시키면서 효소생성능을 농도별로 측정하였다. 이때의 다른 발효배지에서 조성은 실시예 1과 동일하게 하되, 단 발효배지를 2ℓ 진탕 플라스크에 400ml를 분주하고, 121℃에서 15분간 고압살균한 다음 종균배양액을 5%의 비율로 접종하고 200rpm, 28℃에서 30시간 배양시켰다.Enzyme production was measured for each concentration by changing the concentration of manganese salt in the fermentation medium as shown in Table 3 below. At this time, the composition of the other fermentation broth was the same as in Example 1 except that 400 ml of the fermentation broth was dispensed in a 2 L shake flask, autoclaved at 121 ° C. for 15 minutes, and then inoculated with a spawning broth at a rate of 5% and 200 rpm, Incubated for 30 hours at 28 ℃.

망간염의 농도별 효소생성량은 표 3과 같다.Enzyme production by concentration of manganese salt is shown in Table 3.

[표 3]TABLE 3

Figure kpo00013
Figure kpo00013

[실시예 6]Example 6

유도물질 파라쿠아트의 농도별 효소생성량을 측정하기 위해 파라쿠아트의 농도를 다음 표 4와 같이 변화시키면서 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하였다.In order to measure the amount of enzyme production according to the concentration of the inducer paraquat, the concentration of paraquat was changed in the same manner as in Example 5 while changing as shown in Table 4 below.

파라쿠아트 농도별에 의한 효소생성량은 표 4와 같다.Enzyme production by the paraquat concentration is shown in Table 4.

[표 4]TABLE 4

Figure kpo00014
Figure kpo00014

[실시예 7]Example 7

균주의 생육 및 효소생성능에 대한 락토오스의 영향을 측정하기 위해 락토오스의 농도를 다음 표 5와 같이 변화시키면서 실시예 5와 동일한 방법으로 실시하였다.In order to measure the effect of lactose on the growth and enzyme production of the strain was carried out in the same manner as in Example 5 while changing the concentration of lactose as shown in Table 5.

락토오스의 균주생육 및 효소생성량은 표 5와 같다.Strain growth and enzyme production of lactose is shown in Table 5.

[표 5]TABLE 5

Figure kpo00015
Figure kpo00015

Claims (4)

세라티아 sp. Y-4(Serratia sp. Y-4, 수탁번호 : KCTC 8267 P)가 생산해내는 것을 특징으로 하는 신규의 슈퍼옥사이드 디스뮤타제.Serratia sp. A novel superoxide dismutase characterized by the production of Y-4 (Serratia sp. Y-4, Accession No .: KCTC 8267 P). 제 1 항에 있어서, 슈퍼옥사이드 디스뮤타제는 그 분자량이 54,000인 것.The method of claim 1 wherein the superoxide dismutase has a molecular weight of 54,000. 발효배지내에서 세라티아 sp. Y-4를 26 내지 30시간 동안 발효배양시키고, 그 균체로부터 슈퍼옥사이드 디스뮤타제를 분리정제해내는 것을 특징으로 하는 슈퍼옥사이드 디스뮤타제의 생산방법.In fermentation broth, Serratia sp. A method for producing superoxide dismutase, wherein Y-4 is fermented and cultured for 26 to 30 hours, and superoxide dismutase is separated and purified from the cells. 제 3 항에 있어서, 발효배지는 망간염과 당질원료 및 파라쿠아트를 함유하고 있는 것을 사용함을 특징으로 하는 방법.The method according to claim 3, wherein the fermentation medium contains manganese salt, a saccharide raw material, and paraquat.
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