PL207271B1 - Sposób enancjoselektywnej redukcji związku ketonowego - Google Patents

Sposób enancjoselektywnej redukcji związku ketonowego

Info

Publication number
PL207271B1
PL207271B1 PL367043A PL36704302A PL207271B1 PL 207271 B1 PL207271 B1 PL 207271B1 PL 367043 A PL367043 A PL 367043A PL 36704302 A PL36704302 A PL 36704302A PL 207271 B1 PL207271 B1 PL 207271B1
Authority
PL
Poland
Prior art keywords
alcohol dehydrogenase
compound
hydroxy
organic solvent
formula
Prior art date
Application number
PL367043A
Other languages
English (en)
Other versions
PL367043A1 (pl
Inventor
Antje Gupta
Klaus Breese
Gert Bange
Peter Neubauer
Original Assignee
Iep Gmbh
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Family has litigation
First worldwide family litigation filed litigation Critical https://patents.darts-ip.com/?family=7682020&utm_source=google_patent&utm_medium=platform_link&utm_campaign=public_patent_search&patent=PL207271(B1) "Global patent litigation dataset” by Darts-ip is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Application filed by Iep Gmbh filed Critical Iep Gmbh
Publication of PL367043A1 publication Critical patent/PL367043A1/pl
Publication of PL207271B1 publication Critical patent/PL207271B1/pl

Links

Classifications

    • 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.)
    • C12N9/0006Oxidoreductases (1.) acting on CH-OH groups as donors (1.1)
    • 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
    • C12N1/00Microorganisms, e.g. protozoa; Compositions thereof; Processes of propagating, maintaining or preserving microorganisms or compositions thereof; Processes of preparing or isolating a composition containing a microorganism; Culture media therefor
    • C12N1/20Bacteria; Culture media therefor
    • C12N1/205Bacterial isolates
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P41/00Processes using enzymes or microorganisms to separate optical isomers from a racemic mixture
    • C12P41/002Processes using enzymes or microorganisms to separate optical isomers from a racemic mixture by oxidation/reduction reactions
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/02Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group
    • C12P7/04Preparation of oxygen-containing organic compounds containing a hydroxy group acyclic
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12PFERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
    • C12P7/00Preparation of oxygen-containing organic compounds
    • C12P7/62Carboxylic acid esters
    • CCHEMISTRY; METALLURGY
    • C12BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
    • C12RINDEXING SCHEME ASSOCIATED WITH SUBCLASSES C12C - C12Q, RELATING TO MICROORGANISMS
    • C12R2001/00Microorganisms ; Processes using microorganisms
    • C12R2001/01Bacteria or Actinomycetales ; using bacteria or Actinomycetales
    • C12R2001/185Escherichia
    • C12R2001/19Escherichia coli

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Wood Science & Technology (AREA)
  • Zoology (AREA)
  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
  • Genetics & Genomics (AREA)
  • Biotechnology (AREA)
  • Microbiology (AREA)
  • Biochemistry (AREA)
  • General Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • General Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Medicinal Chemistry (AREA)
  • Tropical Medicine & Parasitology (AREA)
  • Analytical Chemistry (AREA)
  • Virology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)
  • Micro-Organisms Or Cultivation Processes Thereof (AREA)

Description

Opis wynalazku
Przedmiotem wynalazku jest sposób enancjoselektywnej redukcji związku ketonowego.
Optycznie czynne hydroksyzwiązki są wartościowymi syntetycznymi jednostkami budulcowymi do wytwarzania wielu farmakologicznie ważnych związków. Związki te są często trudne do wytworzenia za pomocą klasycznych chemicznych sposobów i tylko rzadko mogą uzyskiwać wymagane do zastosowań farmakologicznych czystości enancjomerów. Dlatego też zazwyczaj do wytwarzania związków chiralnych są stosowane sposoby biotechnologiczne, gdzie stereoselektywne reakcje są przeprowadzane albo przez całe mikroorganizmy albo przez izolowane enzymy.
Często korzystne okazało się stosowanie izolowanych enzymów, ponieważ z nimi z reguły uzyskiwane są wyższe wydajności jak i wyższa czystość enancjomerów.
Dehydrogenazy, a w szczególności dehydrogenazy alkoholowe, są wartościowymi katalizatorami do uzyskiwania produktów chiralnych przez stereoselektywną redukcję organicznych związków ketonowych do odpowiednich chiralnych alkoholi. Zasadniczo znane są odpowiednie enzymy z drożdży, wątroby konia lub Thermoanaerobium brockii. Enzymy te jako koenzymy wymagają NADH (dinukleotyd nikotynoadeninowy) lub NADPH (fosforan dinukleotydu nikotynoadeninowego). Dalszymi znanymi dehydrogenazami alkoholowymi są, na przykład, (S)-specyficzna dehydrogenaza alkoholowa z Rhodococcus erythropolis i (R)-specyficzna dehydrogenaza alkoholowa z rodzaju Lactobacillus. Oba typy enzymów mają szerokie spektrum substratów ketonowych i wykazują wysoką enancjoselektywność. Do uzyskiwania chiralnych (R)-alkoholi szczególnie nadają się dehydrogenazy alkoholowe z Lactobacillus kefir (DE 40 14 573) i Lactobacillus brevis (DE 196 10 984).
Niekorzystne dla stosowania dehydrogenaz alkoholowych są jednak niska stabilność enzymu i aktywność enzymatyczna dehydrogenaz alkoholowych w rozpuszczalnikach organicznych i czę sto tylko słaba rozpuszczalność w wodzie związków ketonowych, które mają być redukowane. Dalszym czynnikiem ograniczającym stosowanie dehydrogenaz alkoholowych w organicznych rozpuszczalnikach jest konieczne zastosowanie NADE lub NAD ze względu na potrzebę kofaktora, ponieważ kofaktor (NADP, NAD) jest rozpuszczalny w wodzie i jest regenerowany ekonomicznymi sposobami.
Wynalazek ma na celu poprawienie wymienionych wad przez modyfikację warunków sposobu. To zadanie jest rozwiązane według wynalazku przez zastosowanie układu dwufazowego, zawierającego organiczny rozpuszczalnik, dehydrogenazę alkoholową, wodę, kofaktor i związek ketonowy.
Wynalazek dotyczy sposobu enancjoselektywnej redukcji związku ketonowego o wzorze I R1-C-(O)-R2 (I) w którym R1 i R2 niezależ nie od siebie są takie same lub inne i oznaczają
1. atom wodoru,
2. -(C1-C20)-alkil, który ma łańcuch prosty lub rozgałęziony
3. -(C2-C20)-alkenyl, który ma łańcuch prosty lub rozgałęziony i ewentualnie zawiera jedno, dwa, trzy lub cztery wiązania podwójne
4. -(C2-C20)-alkinyl, który ma łańcuch prosty lub rozgałęziony i ewentualnie zawiera jedno, dwa, trzy lub cztery wiązania potrójne
5. - (C6-C14)-aryl,
6. - (C1-C8)-alkilo-(C6-C14)-aryl, lub
7. R1 i R2 razem z resztą -C(O)- tworzą -(C6-C14-aryl) lub -(C5-C14)-heterocykl, przy czym wymienione powyżej w 1. do 7. reszty są niepodstawione lub podstawione 1 do 3 podstawnikami i są niezależnie od siebie podstawione podstawnikiem wybranym spośród następujących:
a) -OH,
b) halogen, taki jak fluor, chlor, brom lub jod,
c) -NO2,
d) -C(O)-O-(C1-C20)-alkil, który ma łańcuch prosty lub rozgałęziony i jest niepodstawiony lub podstawiony 1, 2 lub 3 podstawnikami wybranymi spośród halogenu, hydroksylu, grupy aminowej lub nitrowej, lub
e) -(C5-C14)-heterocykl, który jest niepodstawiony lub podstawiony od 1 do 3 podstawnikami, takimi jak halogen, hydroksyl, grupa aminowa lub nitrowa,
PL 207 271 B1 przy czym
a) związek o wzorze I w ilości od 10% do 25% w stosunku do całkowitej objętości mieszaniny reakcyjnej, dehydrogenazę alkoholową, wodę, kofaktor NADPH lub NADH i rozpuszczalnik organiczny z logP od 0,5 do 4,0;
b) inkubuje się w układzie dwufazowym obejmującym wodę, organiczny rozpuszczalnik i związek o wzorze (I);
c) regeneruje się w sposób ciągły tworzony przez dehydrogenazę alkoholową utleniony kofaktor i
d) izoluje się wytworzony chiralny hydroksyzwiązek.
Sposób według wynalazku wykazuje długi okres trwałości przez działanie stabilizujące rozpuszczalnika na enzym, czystość enancjomeryczną ponad 99,9% wytworzonych chiralnych związków hydroksylowych i wysoką wydajność w stosunku do użytej ilości związku ketonowego.
Resztami -(C6-C14)arylowymi są, na przykład, fenyl, naftyl. Określenie „aryl oznacza aromatyczne reszty zawierające od 6 do 14 atomów węgla, na przykład, 1-naftyl, 2-naftyl, bifenylil, na przykład, 2-bifenylil, 3-bifenylil i 4-bifenylil, antryl lub fluorenyl. Korzystnymi resztami arylowymi są reszty bifenylilowe, naftylowe, a zwłaszcza reszty fenylowe. Określenie „halogen oznacza pierwiastek z grupy obejmującej fluor, chlor, brom i jod. Określenie -(C1-C20)-alkil oznacza grupę węglowodorową o łańcuchu prostym lub rozgałęzionym, zawierającą 1 do 20 atomów węgla.
Termin -(C5-C14)-heterocykl oznacza monocykliczny lub bicykliczny 5 do 14-członowy pierścień heterocykliczny, który jest częściowo lub całkowicie nasycony. Przykładami heteroatomów są atomy N, O i S. Przykładami -(C5-C14)-heterocykl są reszty, które pochodzą od pirolu, furanu, tiofenu, imidazolu, pirazolu, oksazolu, izoksazolu, tiazolu, izotiazolu, tetrazolu, 2-tlenków 1,2,3,5-oksatiadiazolu, triazolonów, oksadiazolonów, izoksazolonów, oksadiazolidynodionów, triazoli, które są podstawione przez F, -CN, -CF3 lub -C(O)-O-(C1-C4)-alkil, 3-hydroksypiro-2,4-dionów, 5-okso-1,2,4-tiadiazoli, pirydyny, pirazyny, pirymidyny, indolu, izoindolu, indazolu, ftalazyny, chinoliny, izochinoliny, chinoksaliny, chinazoliny, cynnoliny, karboliny i pochodnych tych heterocykli skondensowanych z benzenem z cyklopentanem, cykloheksanem lub cykloheptanem. Szczególnie korzystny jest 2- lub 3-pirolil, fenylopirolil taki jak 4- lub 5-fenylo-2-pirolil, 2-furyl, 2-tienyl, 4-imidazolil, metyloimidazolil, na przykład, 1-metylo-2-, -4- lub -5-imidazolil, 1,3-tiazol-2-il, 2-pirydyl, 3-pirydyl, 4-pirydyl, N-tlenek 2-, 3- lub 4-pirydylu, 2-pirazynyl, 2-, 4- lub 5-pirymidynyl, 2-, 3- lub 5-indolil, podstawiony 2-indolil, na przykład, 1-metylo-, 5-metylo-, 5-metoksy-, 5-benzyloksy-, 5-chloro- lub 4,5-dimetylo-2-indolil, 1-benzylo-2- lub -3-indolil, 4,5,6,7-tetrahydro-2-indolil, cyclohepta[b]-5-pirolil, 2-, 3- lub 4-chinolil, 1-, 3- lub 4-izochinolil, 1-okso-1,2-dihydro-3-izochinolil, 2-chinoksalinyl, 2-benzofuranyl, 2-benzotienyl, 2-benzoksazolil lub benzotiazolil lub dihydropyridynyl, pirolidynyl, na przykład, 2- lub 3-(N-tiomorfolidynyl), piperazynyl, morfolinyl, tiomorfolinyl, tetrahydrotienyl lub benzodioksoalanyl.
Korzystnie stosuje się związek o wzorze I wybrany spośród estru etylowego kwasu 4-chloro-3-okso-butanowego, acetofenonu, acetooctanu metylu, 2-okso-4-fenylomaślanu etylu, 2,5-heksanodionu, pirogronianu etylu i 2-oktanonu.
Korzystnie stosuje się rozpuszczalnik organiczny z logP od 0,6 do 3,0, szczególnie od 0,6 do 1,9, jeszcze korzystniej z logP od 0,63 do 1,75.
Korzystnie jako rozpuszczalnik organiczny stosuje się eter dietylowy, eter tert-butylowo-metylowy, eter diizopropylowy lub octan etylu.
Korzystnie w powyższych sposobach stosuje się dehydrogenazę alkoholową z drożdży, wątroby konia, Thermoanaerobium brockii lub Rhodococcus erythropolis Lactobacillus kefir, Lactobacillus brevis, Lactobacillus minor lub dehydrogenazę alkoholową z sekwencją aminokwasów Sekw. Id. Nr: 4.
Jeśli dehydrogenaza alkoholowa pochodzi, na przykład, z drożdży, wątroby konia, Thermoanaerobium brockii lub Rhodococcus erythropolis w sposobie według wynalazku, uzyskuje się ze związku o wzorze I odpowiedni zwią zek (S)-hydroksy. Jeś li dehydrogenaza alkoholowa stosowana w sposobie według wynalazku pochodzi, na przykład, z Lactobacillus kefir lub Lactobacillus brevis, ze związku o wzorze I powstaje odpowiedni związek (R)-hydroksy.
Korzystnie w sposobie dodaje się bufor, taki jak fosforan potasu, Tris/HCl lub bufor trietanoloaminowy o pH od 5 do 10, korzystnie o pH od 6 do 9. Korzystnie do buforu dodaje się jony magnezu, takie jak MgCl2, w stężeniu od 0,2 mM do 10 mM, korzystnie od 0,5 mM do 2 mM.
W sposobie wedł ug wynalazku moż e być stosowana dehydrogenaza alkoholowa w peł ni oczyszczona albo częściowo oczyszczona lub zawarta w komórkach. Wprowadzone komórki mogą być przy tym natywne, permeabilizowane lub lizowane.
PL 207 271 B1
Aktywność objętościowa stosowanej dehydrogenazy alkoholowej wynosi od 100 jednostek/ml (U/ml) do 2000 U/ml, korzystnie około 800 U/ml, przy zawartości białka od około 20 mg/ml do 22 mg/ml. Korzystnie stosowana dehydrogenaza alkoholowa ma aktywność specyficzną od około 35 do 40 U/mg białka.
Korzystnie na kilogram przekształconego związku o wzorze I stosuje się 20 000 do 200 000 U dehydrogenazy alkoholowej, korzystnie około 100 000 U.
Jednostka enzymu 1 U odpowiada przy tym ilości enzymu, która jest wymagana do przekształcenia 1 μmol związku o wzorze I w ciągu minuty (min).
Woda tworzy w dwufazowym układzie według wynalazku jedną fazę ciekłą, a organiczny rozpuszczalnik tworzy drugą fazę ciekłą. Ewentualnie może być też obecna jeszcze jedna faza stała lub ciekła, która, na przykład, powstaje z nie całkowicie rozpuszczonej dehydrogenazy alkoholowej lub ze związku o wzorze I. Korzystne są jednak dwie fazy ciekłe bez fazy stałej. Dwie fazy ciekłe są korzystnie mieszane mechanicznie tak, że powstają duże powierzchnie między obydwiema fazami ciekłymi.
Korzystnie jako kofaktor dodaje się NADPH lub NADH w ilości od 0,05 mM do 0,25 mM, zwłaszcza od 0,06 mM do 0,2 mM, w stosunku do fazy wodnej. Korzystnie w sposobie według wynalazku stosuje się jeszcze kolejny stabilizator dehydrogenazy alkoholowej.
Korzystnie jako stabilizator dla dehydrogenazy alkoholowej dodaje się glicerol, sorbitol lub sulfotlenek dimetylu (DMSO).
Korzystnie stabilizator stosuje się w ilości od 5% do 30% w stosunku do objętości całej mieszaniny reakcyjnej, korzystnie od 10% do 20%, szczególnie 20%. W celu regeneracji zużytego NADH lub NADPH w sposobie według wynalazku korzystnie dodaje się izopropanol. Na przykład izopropanol i NADP są dodawane z dehydrogenazą alkoholową do NADPH i acetonu. Korzystnie izopropanol stosuje się w ilości 5% do 30% w stosunku do objętości całej mieszaniny reakcyjnej, korzystnie od 10% do 20%, szczególnie 10%.
Korzystnie w sposobie według wynalazku związki o wzorze I stosuje się w ilości od 15% do 22% w stosunku do całkowitej objętości.
Korzystnie reakcję prowadzi się w zakresie temperatur od około 10°C do 70°C, korzystnie od 30°C do 60°C.
Korzystnie organiczny rozpuszczalnik stosuje się w ilości od 1% do 90% w stosunku do całkowitej objętości mieszaniny reakcyjnej, korzystnie od 15% do 60%, szczególnie od 20% do 50%.
Korzystnie stosunek organicznego rozpuszczalnika do wody wynosi od 9:1 do 1:9, korzystnie od 1:1 do 1:3.
Sposób według wynalazku, na przykład, przeprowadza się w zamkniętym naczyniu reakcyjnym ze szkła lub metalu. W tym celu składniki pojedynczo wprowadza się do naczynia reakcyjnego i miesza w atmosferze, na przykład, azotu lub w atmosferze powietrza. W zależności od substratu i stosowanego związku o wzorze I czas reakcji wynosi od 1 dnia do 14 dni, korzystnie 4 do 7 dni.
Następnie mieszaninę reakcyjną poddaje się obróbce. W tym celu usuwa się fazę wodną i sączy się fazę octanu etylu. Fazę wodną można ewentualnie jeszcze raz ekstrahować i dalej obrabiać jak fazę octanu etylu. Następnie przesączoną fazę odparowuje się pod zmniejszonym ciśnieniem. W ten sposób uzyskuje się, na przykład, jako produkt 4-chloro-3-(S)-hydroksybutanian etylu o czystości enancjomerycznej ponad 99,9%, i zasadniczo wolny od reagenta 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu. Całkowita wydajność procesu wynosi po destylacji produktu od 82% do 88% w stosunku do użytej ilości reagenta.
Nieoczekiwanie, stosowane rozpuszczalniki organiczne z wartością log-P od 0 do 4 wykazywały stabilizujące działanie na dehydrogenazę alkoholową, podczas gdy w stanie techniki odradzane jest stosowanie układu dwufazowego z rozpuszczalnikami organicznymi (M. R. Kula, U. Kragel; Rozdział 28, Dehydrogenases in Synthesis of Chiral Compounds; R. N. Patel, Stereoselective Biocatalyses, 2000; Peters J. 9. Dehydrogenases-Characteristics, Design of Reaction Conditions, and Application, W: H. J. Rehm, G. Reed Biotechnology, tom 3, Bioprocessing, VCH Weinheim, 1993; J. Lynda i wsp., Solvent selection strategies for extractive Biocatalysis, Biotechnol. Prog. 1991, 7, strony 116-124). W sposobie według wynalazku jako fazę organiczną stosuje się octan etylu, przy czym faza organiczna z jednej strony służy jako zbiornik związku o wzorze I, ale także ekstrahuje produkt reakcji, chiralny związek hydroksylowy, z fazy wodnej.
W przeciwieństwie do stanu techniki zastosowanie rozpuszczalników organicznych o wartości log-P od 0 do 3 prowadzi do dodatkowej wzrastającej z upływem czasu stabilizacji dehydrogenazy alkoholowej. Według stanu techniki, szczególnie rozpuszczalniki organiczne o wartości log-P (logaPL 207 271 B1 rytm współczynnika rozdziału oktanol/woda) od 0 do 2 mają destabilizujące działanie na enzymy i w zwią zku z tym prawie nie są brane pod uwagę , jako faza organiczna w ukł adzie dwufazowym (K. Faber, Biotransformations in organic chemistry, wyd. 3 1997, Springer Verlag, Rozdział 3. do 3.17).
Dehydrogenaza alkoholowa z Lactobacillus minor o wysokiej temperaturze optymalnej ma sekwencję DNA według Sekw Id. Nr: 3 i sekwencję aminokwasową według Sekw Id. Nr: 4 jak na załączonej liście sekwencji. Ta dehydrogenaza alkoholowa z Lactobacillus minor jest R-specyficzna, i na przykład, ze związku o wzorze I można uzyskać odpowiedni (R)-hydroksyzwiązek. Nieoczekiwanie enancjoselektywna dehydrogenaza alkoholowa z Lactobacillus minor może być nadwyrażana w Escherichia coli RB 791, podczas gdy dehydrogenazy alkoholowe z innych gatunków rodzaju Lactobacillus były wyrażane tylko w znacznie mniejszym stopniu. Jest to tym bardziej nieoczekiwane, ponieważ szczep Lactobacillus minor typu dzikiego wyraża tylko bardzo małą ilość dehydrogenazy alkoholowej, która jest zatem niewykrywalna powszechnymi metodami skirininowymi (biotransformacja całych komórek, test aktywności). Nieoczekiwane było zatem, że możliwe było sklonowanie R-enancjoselektywnej dehydrogenazy alkoholowej z Lactobacillus minor i nadwyrażanie jej w Escherichia coli w tak dużej ilości (50% białka komórkowego klonu, 20000 U/g mokrej masy).
Oczyszczony enzym z Lactobacillus minor jest stabilny w zakresie pH od około 5,5 do 8,5. Enzym jest stabilny do około 40°C, a optimum pH reakcji enzymatycznej leży w zakresie od pH 7 do pH 7,5. Optimum temperatury reakcji enzymatycznej wynosi około 55°C. Enzym wykazuje szerokie spektrum substratów.
Za pomocą hydrofobowej chromatografii interakcyjnej możliwe jest oczyszczenie enzymu do aktywności specyficznej od 35 do 40 U/mg białka.
Dehydrogenazę alkoholową z Lactobacillus minor uzyskuje się przez ekspresję DNA, który koduje dehydrogenazę alkoholową z Lactobacillus minor, w odpowiednim mikroorganizmie prokariotycznym lub eukariotycznym. Korzystnie dehydrogenaza alkoholowa z Lactobacillus minor jest transformowana i wyrażana w szczepie Escherichia coli, szczególnie w Escherichia coli RB 791.
Dehydrogenazę alkoholową z Lactobacillus minor można otrzymać, na przykład, w hodowli zrekombinowanych komórek Escherichia coli, gdzie indukuje się ekspresję dehydrogenazy alkoholowej, a następnie po około 10 do 18 godzinach komórki rozrywa się przez działanie ultradź więkami lub prasą Frencha (Gaullin, Siemens). Uzyskany ekstrakt komórkowy może być albo bezpośrednio stosowany albo dalej oczyszczany. W tym celu ekstrakt komórkowy, na przykład, wiruje się, a uzyskany supernatant poddaje się hydrofobowej chromatografii interakcyjnej. Chromatografię tę korzystnie przeprowadza się przy pH 7,0 w wodnym buforze, który zawiera także jony magnezu.
Zrekombinowany klon Escherichia coli RB 791, który wyraża dehydrogenazę alkoholową z Lactobacillus minor został zdeponowany 26 marca 2001 zgodnie z warunkami Traktatu Budapeszteńskiego w Deutsche Sammlung far Microorganismen Und Zelkulturen, Mascheroder Weg 1b, 38124 Braunschweig pod numerem DSM 14196.
Wynalazek jest zilustrowany następującymi przykładami.
P r z y k ł a d 1
Skrining dehydrogenaz R-alkoholowych w szczepach rodzaju Lactobacillus za pomocą biotransformacji całych komórek
W celu skriningu różne szczepy Lactobacillus hodowano w następującej pożywce: (w każdym przypadku ilość w g/l,): glukoza (20), ekstrakt z drożdży (5), ekstrakt mięsny (10), wodorocytrynian diamonowy (2), octan sodu (5), siarczan magnezu (0,2), siarczan manganu (0,05), fosforan dipotasu (2).
Pożywkę sterylizowano w 121°C i szczepy rodzaju Lactobacillus (dalej w skrócie oznaczane jako L.) hodowano bez dalszej regulacji pH lub dodawania tlenu. Następnie komórki odwirowano i w celu biotransformacji całych komórek zawieszano po 4 g komórek w końcowej objętości 10 ml buforu -fosforanu potasowego (bufor KPi) (50 mM, pH = 7,0). Po dodaniu 0,1 g glukozy komórki wytrząsano przez 15 minut w 30°C. Do zawiesiny komórek dodano 4-chloro-3-okso-butanian etylu w stężeniu końcowym 40 mM i po 10 i 120 minutach przeprowadzono analizę pożywki za pomocą chromatografii gazowej. W tym celu komórki odwirowano, supernatant przesączono i rozcieńczono chloroformem do końcowego stężenia 10-15 μg/ml w 4-chloro-3-okso-butanianie etylu.
Stosowany jako substrat 4-chloro-3-okso-butanian etylu był przekształcany przez różne szczepy Lactobacillus do (S)-4-chloro-3-hydroksymaślanu etylu z następującą czystością enancjomerów.
Nadmiar enancjomerów oblicza siew następujący sposób: ee(%) = ((R-alkohol - S-alkohol)/(Ralkohol + S-alkohol)) x 100.
PL 207 271 B1
T a b e l a 1
Szczep Lactobacillus ee 4-chloro-3-(S)-hydroksy-butanian etylu w %
L. reuteri 34,6
L. kandleri 90,0
L. collinoides 71,3
L. bifermentans 53,6
L. oris 63,4
L. brevis 74,0
L. halotolerans 67,2
L. minor 18,6
L. parabuchneri 78,5
L. kefir 87,8
L. fructosus 28,9
P r z y k ł a d 2
Otrzymywanie zrekombinowanych R-specyficznych dehydrogenaz alkoholowych
A.) Wytwarzanie genomowego DNA ze szczepów z rodzaju Lactobacillus
Osad komórkowy z około 2 ml płynnej hodowli rodzaju Lactobacillus zawieszono w 300 μΐ buforu TE (zawierającego 10 mM Tris/HCl, pH = 8,1 mM EDTA), dodano 20 mg/ml lizozymu i inkubowano 10 minut przy 37°C. Następnie dodano 100 μl dodecylosiarczanu sodu(SDS) (10%), 100 μl nadchloranu sodu (5 M) i 500 μl chloroformu/alkoholu izoamylowego (24:1). Po silnym wytrząsaniu białko usunięto przez odwirowanie i przeniesiono fazę wodną do nowej probówki Eppendorfa. Następnie dodano 800 μl etanolu (EtOH) (96%). Probówkę Eppendorfa parokrotnie odwrócono, a następnie wytrącony DNA chromosomalny przeniesiono do nowej probówki Eppendorfa i przepłukano 200 μl EtOH. DNA ponownie przeniesiono do nowej probówki Eppendorfa, wysuszono pod zmniejszonym ciśnieniem i rozpuszczono w 100 μl buforu TE.
B. ) Oligonukleotydy jako startery 5' i 3' do PGR (reakcja łańcuchowa polimerazy)
Startery stosowane do PCR opracowano na podstawie znanych sekwencji N-końcowych i C- końcowych dehydrogenazy alkoholowej z L. kefir. Uwzględniono przy tym znane preferencje dla określonych kodonów u Lactobacillus. Zatem w każdym starterze 5' stosowano kodon ATG (Met) jako kodon start i wstawiano, powyżej kodonu start wstawiono w starterze 5' miejsce dla enzymu restrykcyjnego Bam HI (GGATGG) dla umożliwienia późniejszego klonowania w wektorze ekspresyjnym. Za starterem 3' wstawiono kodon stop (TAG) i miejsce cięcia dla Hind III (AAGGTT). Konstrukty dla starterów są podane poniżej
N = A,,C lub G; Y = T lub C; R = A lub G
Starter 5'
5'GCGGATCCATGACNGAYCGNTTRAARGGNAARGTNGC3' (Sekw. Id. Nr:1)
Starter 3'
5'GGGAAGCTTCTAYTGNGCNGTRTANCCNCCRTCNAC3' (Sekw. Id. Nr:2)
Startery wytworzono przygotowano zgodnie ze znanymi metodami.
C. ) PCR (Reakcja łańcuchowa polimerazy) z genomowym DNA ze szczepów z rodzaju Lactobacillus
Mieszanina PCR (100 μθ
Ilość stosowana na reakcję Stężenie
dNTP 8 pl na dNTP 2,5 nmol/pl
Oligo na oligo 10 pl; 20 pl 2 pmol/pl
Chromosomalny DNA 3 pl Około 1 pg/pl
10 x Bufor (Promega) 10 pl
Polimeraza Taq (Promega) 1 pl 2U/pl
H2O 58 pl
PL 207 271 B1
DTP są mieszaniną trifosforanów deoksyrybonukleotydów, takich jak dATP, dGTP, dCTP, dTTP
Cykl:
95°C przez 2 minuty z późniejszym utrzymaniem temperatury
80°C gorący start, następnie
95°C przez 30 sekund, następnie
40°C przez 1 minutę, 30x następnie 30 razy 95°C przez 30 sekund, i 40°C przez 1 minutę, następnie
72°C przez 2,5 minuty następnie
72°C przez 2,5 minuty następnie utrzymywanie 10° C
W celu analizy naniesiono 10 μΐ mieszaniny na 1% żel agarozowy i rozdzielono elektroforetycznie przy stałym 100 V. PCR wykazała wyraźną amplifikację fragmentu DNA o około 750 bp.
D. ) Izolacja fragmentów PCR z żelu
W celu uzyskania fragmentu PCR całą mieszaninę PCR naniesiono na 1% żel agarozowy i rozdzielono elektroforetycznie przy stałym 100 V. W tym celu podzielono żel na dwie ścieżki, z których jedna zawierała całą mieszaninę PCR, a druga tylko próbkę 5 μ!, tak że do wycięcia fragmentu PCR z żelu w celu orientacji barwiono bromkiem etydyny tylko ścieżkę z próbką, aby wykluczyć uszkodzenie fragmentu PCR bromkiem etydyny i światłem UV.
Izolację z żelu przeprowadzono stosując zestaw QIAquick Gel Extraction Kit firmy Qiagen z Hilden. Określono całkowite stężenie 20 ng/ąl DNA.
E. ) Ligacja
Do przygotowania ligacji oczyszczony fragment PCR i stosowany do klonowania wektor pQE30 lub pQE70, oba firmy Quiagen, przecięto trawiono Bam HI i Hind III (4 ąl DNA = 200 ng DNA, 1 ąl 10 x buforu, 1 ąl enzymu, BSA i H2O (Biolabs, New England)).
Następnie przecięty plazmid ponownie czyszczono za pomocą zestawu QIAquick Gel Extraction, zawieszono w wodzie i defosforylowano za pomocą alkalicznej fosfatazy (USB, Amersham Life Science).
W celu oczyszczenia odpowiednią mieszaninę reakcyjną ponownie naniesiono na 1% żel agarozowy, a następnie trawiony amplikont i plazmid wyizolowano, jak opisano w D.)Stężenie plazmidu i amplikonu po oczyszczeniu wynosiło około 20 nq/ąl.
Do ligacji użyto 3 ąl pQE30 lub pQE70 (60 ng), 2,5 ąl amplikonu (50 ng), 2 ąl buforu do ligazy (Boehringer; Mannheim), 1,5 ąl H2O i 1 ąl ligazy T4 (Boehringer; Mannheim). Mieszaninę inkubowano przez noc w 16°C.
Następnie transformowano przez elektroporację 40 ąl elektrokompetentnych komórek Escherichia coli RB791 1,5 ąl mieszaniny ligacyjnej. Komórki umieszczono w 500 ąl pożywki SOC, inkubowano 45 minut w 37°C, a następnie wysiano po 250 ąl na płytki z agarem LBamp. Pożywka SOC zawiera 20 g tryptonu, 5 g ekstraktu z drożdży, 0,5 g NaCl, 10 ml 1 M MgSO4 i 10 ml 1 M MgCl2 na litr wody. Płytki agarowe LBamp zawierają na litr wody 10 g tryptonu, 5 g ekstraktu z drożdży, 10 g NaCl, 20 g agaru, pH 7,0 i 50 mg ampicyliny.
Wyrośnięte kolonie usunięto i hodowano przez noc w 37°C w 4 ml płynnej hodowli (pożywka LBamp). W każdym przypadku z tej zawiesiny komórek pobierano po 2 ml do wytworzenia plazmidu (według protokołu Quiagen miniprep (Quiagen, Hilden)). Plazmid wytworzono zaczynając od trawienia enzymami restrykcyjnymi Bam HI i Hind III. Po całkowitym trawieniu naniesiono na 1% żel agarozowy i rozdzielono elektroforetycznie przy 100 V (wykazanie wstawki 750 kp) i te plazmidy ewentualnie zastosowano do sekwencjonowania.
Klony ze wstawką 750 kp następnie wysiewano na płytkach agarowych LBamp.
F. ) Sekwencjonowanie plazmidów
Sekwencjonowanie przeprowadzono za pomocą zestawu SequiThermEXCEL II Long-Read DNA Sequencing Kit (Biozym, Oldendorf) na sekwenatorze Li-Cor (MWG Biotech, Ebersberg) według zaleceń producenta. Jako startery stosowano standardowe startery do sekwencjonowania dla wektorów pQE.
G. ) Skrining klonów w odniesieniu do ekspresji rozpuszczalnego R-ADH Klony ze wstawkami 750 kp badano pod kątem aktywności enzymatycznej i stereoselektywności. W tym celu kolonie usunięto z płytek z agarem LBamp i hodowano w 20 ml płynnych hodowlach (pożywka LBamp) w 25°C, a następnie przy gęstości komórek (OD500) 0,5 przeprowadzono indukcję 1 mM izopropylo-e-D-tiogalaktopiranozydem (IPTG). Po 18 godzinach komórki odwirowano i w każdym przypadku rozpuszczono
PL 207 271 B1 po 40 mg komórek w 350 μΐ buforu Kpi (50 mM, pH = 7, 1 mM MgCl2). Enzym uwolniono z komórek przez mielenie na mokro za pomocą szklanych kuleczek (0,5 g, 0,3 mm). Dodatkowo komórki były rozrywane za pomocą młynka Retsch w 4°C przez 20 minut.
Test enzymatyczny zawierał 870 μl buforu trietyloaminowego (100 mM, pH = 7,0, 1 mM MgCl2), 100 μl 100 mM roztworu 4-chloroacetooctanu etylu, 10 μl NADPH (stężenie końcowe 0,19 mM) i 20 μl roztworu enzymu.
Definicja jednostki enzymu: 1 U odpowiada ilości enzymu, która jest potrzebna do przekształcenia 1 μ mol substratu (etylo 4-chloro-3-oksy-butanian etylu w ciągu 1 minuty.
Dla wykazania stereoselektywności inkubowano 480 μl buforu trietanoloaminowego (100 mM, pH = 7,0, 1 mM MgCl2) z 1,0 mM 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu, 1,9 mM NADPH (stężenia końcowe) i 20 μl roztworu enzymu. Po 15 minutach inkubacji mieszaninę reakcyjną sączono i rozcieńczono 1:10 chloroformem i analizowano próbkę za pomocą GC-MS.
Warunki chromatografii gazowej (GC):
chiralna kolumna: Lipodex E, ID = 0,25 mm, I = 25 m (Macherey-Nagel)
1. 2 minuty 60°C
2. w 28 minut od 60° C do 130°C z tempem 2,5°C na minutę
3. 15 minut w 130°C.
Z następujących szczepów Lactobacillus było możliwe wyizolowanie (R)-specyficznej dehydrogenazy alkoholowej i jej aktywna nadekspresja:
Szczep Plazmid Numer klonu Aktywność w U/g komórek* ee w %
L. parabuchneri pQE 30 12 450 >99,9
L. parabuchneri pQE 30 14 170 >99,9
L. kandleri pQE 30 11 280 >99,9
L. kandleri pQE 70 17 710 >99,9
L. minor pQE30 2 2.830 >99,9
L. minor PQE 70 3 680 >99,9
L. minor pQE 70 4 700 >99,9
*Aktywność wyliczona z G) (mielenie na mokro).
Aktywności po fermentacji i rozerwaniu prasą Frencha są znacząco wyższe.
H.) Otrzymanie i czyszczenie enzymu
Enzym otrzymano przez hodowanie szczepu o najwyższej aktywności w fermentorze (Fed batch, 10 l) i indukcji przy OD500 40 za pomocą 1 mM IPTG. Po 18 godzinach zbierano komórki, przy czym wprowadzano 300 g komórek do 3 l buforu Kpi (50 mM, pH = 7, 1 mM MgCl2), następnie rozrywano komórki za pomocą prasy Frencha (Gaullin, Siemens). Supernatant uzyskany po odwirowaniu dalej był określany jako surowy ekstrakt i wykazywał aktywność około 2000 U/ml (20 000 U/g wilgotnej masy).
W celu scharakteryzowania enzymu, część uzyskanego enzymu oczyszczono za pomocą hydrofobowej chromatografii interakcyjnej na Q-Sepharose ff (fast flow - szybki przepływ). Zastosowana kolumna była równoważona 50 mM buforem Kpi pH = 7,0, 1 mM MgCl2. Po naniesieniu surowego ekstraktu na kolumnę i krótkim płukaniu buforem do równoważenia enzym eluowano rosnącym liniowo gradientem soli (0-1 M NaCl, 1 ml/min) przy stężeniu soli około 0,3 M NaCl. Po połączeniu oczyszczonych frakcji zawierających enzym uzyskano około 25 ml oczyszczonego enzymu o aktywności objętościowej 800 U/ml i zawartości białka od 20 do 22 mg/ml. Oczyszczony w ten sposób enzym ma specyficzną aktywność od około 35 do 40 U/mg białka.
Wszystkie aktywności enzymatyczne oznaczano w 25°C. Aktywność enzymatyczną wyliczano, jak następuje:
Obliczenie: 1 jednostka = konwersja 1 μmol substratu/min Prawo Lamberta-Beera
Zużycie NADPH monitorowano przy 340 nm (patrz enzymatyczna próba testowa) = ΔΕ/min
N = czynnik rozcieńczenia enzymu
V = objętość enzymu w ml (0,01)
Vkiuwety = Objętość kiuwety = 1 ml
PL 207 271 B1 d = ś cież ka ś wiatł a kiuwety = 1 cm eNADPH = współczynnik ekstynkcji NADPH = 6,22 [Mm-1*cm-1]
Aktywność = ^E/min*N*Vk,uwety)/(eNADPH*V*d)
Oznaczenie białka przeprowadzono według analizy Bradforda (BioRad- Laboratories GmbH,
Protein Assay)
P r z y k ł a d 3
Wytworzenie (S)-4 chloro-3-hydroksymaślanu etylu katalizowane enzymatycznie
A) Na skalę 5 litrów
Do katalizowanej enzymatycznie syntezy (S)-4 chloro-3-hydroksymaślanu etylu z 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu, stosowano uzyskany w Przykładzie 2 surowy ekstrakt dehydrogenazy alkoholowej i koenzym NADP. Utleniony koenzym regenerowano w sposób ciągły przez równoczesną obecność izopropanolu, tak że reakcja wymagała tylko katalitycznych ilości koenzymu.
Mieszanina zawierała:
l 100 mM buforu trietanoloaminowego pH = 7,0, 1 mM MgCl2,
10% glicerol,
400 mg NADP,
600 ml izopropanolu,
800 ml octanu etylu,
600 ml 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu i około 100 000 jednostek dehydrogenazy alkoholowej
Po 3 dniach mieszania w temperaturze pokojowej można było wykazać za pomocą chromatografii gazowej całkowite przekształcenie 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu do (S)-4 chloro-3-hydroksymaślanu etylu z czystością enancjomeru ponad 99,9%. Po usunięciu fazy wodnej, odparowaniu rozpuszczalnika i ewentualnie destylacji uzyskuje się czysty (S)-4 chloro-3-hydroksymaślan etylu z czystością enancjomeryczną ponad 99,9%.
B.) Na skalę 50 l
Mieszanina reakcyjna do przekształcenia 10 l 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu, składa się z:
l 100 mM buforu trietanoloaminowego pH = 7.0, l mM MgCl2, 10% glicerolu, g NADP, l izopropanolu, l octanu etylu, l 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu, i około 2 milionów jednostek dehydrogenazy alkoholowej (1,251 surowego ekstraktu).
Po 7 dniach mieszania w temperaturze pokojowej można było wykazać za pomocą chromatografii gazowej całkowitą konwersją 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu, do (S)-4-chloro-3-hydroksymaślanu etylu z czystością enancjomeryczną ponad 99,9%.
P r z y k ł a d 4
Charakterystyka biochemiczna klonowanej dehydrogenazy alkoholowej z Lactobacillus minor
A.) Stabilność w pH
Aktywność enzymu jako funkację przechowywania w buforach o różnych wartościach pH badano w zakresie od pH 4 do 11. W tym celu przygotowano różne bufory (50 mM) w zakresie od pH 4 do 11 i rozcieńczano w nich 1:100 oczyszczony w przykładzie 2 enzym i inkubowano 30 minut. Wszystkie bufory zawierały 1 mM MgCl2. Następnie stosowano z tego 10 μΐ w normalnym teście enzymatycznym (bufor trietanoloaminowy 100 mM pH = 7,0, 1 mM MgCl2, 10 mM 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu, i 0,19 mM NADPH). Reakcję monitorowano przez 1 minutę w 30° C i przy 340 nm.
Wartością wyjściową jest wartość mierzona, którą uzyskuje się bezpośrednio po rozcieńczeniu enzymu w 50 mM buforze trietanoloaminowym pH = 7,0. Ta wartość odpowiada w podanych uprzednio warunkach zmianie ekstynkcji o 0,20/minut i stosowano ją jako wartość 100%, a wszystkie następne mierzone wartości były odnoszone do tej wartości.
T a b e l a 2
PH Układ buforowy Aktywność w % (n=2) Układ buforowy Aktywność w % (n=2)
1 2 3 4 5
4 Octan sodu/kwas octowy 87,5 ± 6,5
PL 207 271 B1 cd. tabeli 2
1 2 3 4 5
4,5 Octan sodu/kwas octowy 94,5 ± 3,0
5 Octan N/kwas octowy 94,5 ± 1,5 MES/NaOH 55 ± 5
5,5 KH2PO4/K2PO4 96 ± 3 MES/NaOH 77,1 ± 2,1
6 KH2PO4/K2PO4 100 ± 0 T rietanoloamina/NaOH 100 ± 0
6,5 KH2PO4/K2PO4 97,5 ± 2,5 T rietanoloamina/NaOH 100 ± 0
7 KH2PO4/K2PO4 100 ± 0 T rietanoloamina/NaOH 97,9 ± 2,1
7,5 KH2PO4/K2PO4 97,5 ± 7,5 Tris/HCl 94,6 ± 1,3
8 KH2PO4/K2PO4 93,0 ± 3,0 Tris/HCl 89,2 ± 0
8,5 KH2PO4/K2PO4 102,5 ± 2,5 Tris/HCl 60 ± 4,2
9 Glicyna/NaOH 76,5 ± 1,5 Tris/HCl 63,1 ± 4,8
9,5 Glicyna/NaOH 52,5 ± 7,5
10 Glicyna/NaOH 52,5 ± 7,5
11 Glicyna/NaOH 0,0 ± 0
W Tabeli 2 wskazano, że enzym wykazuje dobrą stabilność szczególnie przy pH w kwaśnym zakresie, przy czym stabilność, enzymu wydaje się zależeć nie tylko od pH ale także od stosowanego układu buforowego. Na przykład, przy stosowaniu buforów TRIS i MES przy tym samym pH stwierdza się silniejszą inaktywację enzymu niż w buforze Kpi przy tym samym pH.
W buforze Kpi nie stwierdzono żadnej znaczącej inaktywacji w zakresie pH od 5,5 do 8,5.
B.) Stabilność w temperaturze
W analogiczny sposób jak opisano w A.) badano stabilność w temperaturze w zakresie od 25°C do 50°C. W tym celu w każdym przypadku rozcieńczenia 1 : 100 oczyszczonego enzymu inkubowano po 30 minut w odpowiedniej temperaturze, a następnie mierzono w 30°C stosując powyższą procedurę. Tutaj także jako wartość wyjściową przyjęto wartość pomiaru, który uzyskano bezpośrednio po rozcieńczeniu enzymu w 50 mM buforze trietanoloaminowym pH = 7,0. Tę wartość także uznano tutaj jako wartość 100%. Dehydrogenaza alkoholowa z L. minor jest stabilna do temperatury 40°C. Następnie aktywność szybko spada.
T a b e l a 3
Temperatura Aktywność w % (n=4) Temperatura Aktywność w % (n=4)
25 101 ± 3,2 40 33,4 ± 3,8
30 81,2 ± 5,8 42 0 ± 0
35 67,0 ± 1,6 45 0 ± 0
37 20,2 ± 2,4 50 0 ± 0
C.) Optimum pH
W celu określenia optimum pH przeprowadzono reakcję enzymatyczną w odpowiednim buforze podanym w Tabeli 3. Stężenie 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu wynosiło tak jak w teście standardowym 10 mM, a NADPH 0,19 mM. Reakcję prowadzono w 30°C. W ten sposób dla enzymu według wynalazku ustalono optimum pH między 7 i 7,5.
T a b e l a 4
PH Układ buforowy Aktywność w U/ml nierozcieńczonego enzymu
1 2 3
4 Octan sodu/kwas octowy 85
PL 207 271 B1 cd. tabeli 4
1 2 3
4,5 Octan sodu/kwas octowy 132
5 MES/NaOH 218
5,5 MES/NaOH 240
6 T rietanoloamina/NaOH 381
6,5 T rietanoloamina/NaOH 349
7 T rietanoloamina/NaOH 510
7,5 Tris/HCl 707
8 Tris/HCl 585
8,5 Tris/HCl 486
9 Tris/HCl 488
10 Glicyna/NaOH 131
11 Glicyna/NaOH 0
D.) Optimum temperatury
Aby ustalić temperaturę optymalną, mierzono aktywność enzymatyczną w zakresie od 25°C do 60°C. Próba odpowiadała standardowym stężeniom 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu i NADPH. Jak widać w Tabeli 5 optymalna temperatura dla enzymu wynosi 55° C, następnie aktywność szybko spada.
T a b e l a 5
Temperatura Aktywność w U/ml nierozcieńczonego enzymu Temperatura Aktywność w U/ml nierozcieńczonego enzymu
25 540 45 2469
30 1235 50 2469
35 1968 55 2855
40 1621 60 0
E.) Specyficzność względem substratu
Dalej w mieszaninie reakcyjnej zamiast 4-chloro-3-oksy-butanianu etylu stosowano inne substraty. W tym celu stosowano następującą mieszaninę reakcyjną:
970 μl buforu trietanoloaminowego (100 mM, pH = 7,0 1 mM MgCl2 z 10 mM związku ketonowego) 20 μl NADPH (0,19 mM w badanej mieszaninie 10 μ enzymu (1 : 100)
Aktywność uzyskaną z 4-chloro-3-oksy-butanianem etylu uznawano za 100% i aktywności enzymatyczne innych substratów odnoszono do tej wartości.
T a b e l a 6
Substrat Aktywność w % (n=2)
4-chloro-3-oksy-butanian etylu 100
Pirogronian etylu 192,3 ± 11,5
2-oktanon 90,8 ± 1,2
Acetooctan metylu 120 ± 7,7
2-okso-4-fenylobutanian etylu 62,7 ± 4,8
F.) Stabilność enzymu w rozpuszczalnikach organicznych
W celu zbadania stabilności enzymu przy kontakcie z rozpuszczalnikami organicznymi rozcieńczano dehydrogenazę alkoholową z L. minor w podanych rozpuszczalnikach organicznych 1 : 100
PL 207 271 B1 i inkubowano w temperaturze pokojowej (dla niemieszających się z wodą rozpuszczalników organicznych rozcieńczenie dotyczy fazy wodnej). Zapewniono ciągłe mieszanie obu faz (wytrząsanie przy 200 obr./min.). Następnie 10 μl roztworu enzymu stosowano w standardowej badanej mieszaninie. Także tutaj wartość wyjściowa po rozcieńczeniu buforem (bufor trietanoloaminowy 100 mM, pH = 7,0, 1 mM MgCl2) była ustalana na 100% i wszystkie dalsze wartości były do niej odnoszone.
T a b e l a 7
A.) Rozpuszczalniki mieszające się z wodą
Rozpuszczalnik log t = 2 godz. t = 4 godz. t = 24 godz. t = 48 godz.
Bufor 86 70 3 0
10% izopropanol 0,28 32 34 16 0
20% izopropanol 0,28 16 17 7 0
10% DMSO 1,3 73 54 60 40
20% DMSO 1,3 73 54 57 40
1M sorbitol 93 74 60 6
10% glicerol -3,0 120 64 62 28
20% glicerol -3,0 120 100 100 104
Jak widać z Tabeli 7A glicerol, DMSO i sorbitol działają aktywująco i odpowiednio stabilizująco na użytą dehydrogenazę alkoholową. Zastosowany w procesie izopropanol działa natomiast inaktywująco.
B.) Rozpuszczalniki niemieszające się z wodą
Rozpuszczalnik log P t = 2 godz. t = 4 godz. t = 24 godz. t = 48 godz.
Bufor 86 70 3 0
20% octan etylowy 0, 68 87 50 10 8
20% eter dietylu 0,85 53 42 37 23
20% eter tert-butylowometylowy 1,21 67 51 38 24
20 eter diizopropylowy 1,55 100 57 41 29
20% eter dibutylowy 2,9 92 71 23 6
20% pentan 3,0 74 55 7 6
20% heksan 3,5 80 39 2 5
20% heptan 4 51 49 7 6
20% oktan 4,5 87 47 2 1
Jak widać z Tabeli 7B badana dehydrogenaza alkoholowa wykazuje znaczącą stabilność w szerokim zakresie rozpuszczalników organicznych. Nieoczekiwanie rozpuszczalniki z wartościami logP między 0 13 hamują badaną dehydrogenazę alkoholową nie bardziej niż te, które mają wartości logP między 3 i 4,5, szczególnie ze względu na dłuższe czasy inkubacji (24 godziny i 48 godzin), rozpuszczalniki z wartościami logP między 0 i 3 mają stabilizujące działanie na badaną ADH w porównaniu z odpowiednimi wartościami w buforze. Badane alifatyczne rozpuszczalniki, pentan, heksan, heptan i octan nie wykazują tego stabilizującego działania przy długiej inkubacji.
Wartość logP składnika X jest logarytmem współczynnika podziału X w dwufazowym układzie oktanol/woda (50/50) P = stężenie X w fazie oktanolowej/stężenie X w fazie wodnej
G. Stabilność enzymu w warunkach procesu
W celu zbadania stabilności enzymu w warunkach procesu rozcieńczano dehydrogenazę alkoholową z L. minor stosowanymi w dwufazowym układzie mieszaninami rozpuszczalników 1 : 100 i inkubowano w temperaturze pokojowej. Następnie w standardowej badanej mieszaninie stosowano μl roztworu enzymu.
PL 207 271 B1
W Tabeli 8 podano aktywności enzymatyczne w % w stosunku do wartości wyjściowej. T a b e l a 8
0 godz. 20 godz. 46 godz. 60 godz. 84 godz.
Bufor trietanoloaminowy 100 mM, 1 mM MgCl2 100 75 0 0 0
Mieszanina B 100 85 80 60 55
Mieszanina C 110 95 95 85 80
Mieszanina B 100 65 55 50 50
Mieszanina B: bufor, 10% glicerol, 10% izopropanol Mieszanina C: bufor, 20% glicerol, 10% izopropanol Mieszanina D: bufor, 10% glicerol, 10% izopropanol + 20% octan etylu
Stwierdzono, że zrekombinowana dehydrogenaza alkoholowa z L. minor jest stabilna i aktywna przez kilka dni w stosowanej w dwufazowym układzie kombinacji rozpuszczalników.

Claims (18)

Zastrzeżenia patentowe
1. atom wodoru,
1. Sposób enancjoselektywnej redukcji związku ketonowego o wzorze I R1-C(O)-R2 (I) w którym R1 i R2 niezależnie od siebie są takie same lub inne i oznaczają
2. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że stosuje się związek o wzorze I wybrany spośród estru etylowego kwasu 4-chloro-3-okso-butanowego, acetofenonu, acetooctanu metylu, -2-okso-4-fenylomaślanu etylu, 2,5-heksanodionu, pirogronianu etylu i 2-oktanonu.
PL 207 271 B1
2. -(C1-C20)-alkil, który ma łańcuch prosty lub rozgałęziony
3. Sposób według zastrz. 1 albo 2, znamienny tym, że stosuje się rozpuszczalnik organiczny z logP od 0,6 do 3,0, szczególnie od 0,6 do 1,9.
3. -(C2-C20)-alkenyl, który ma łańcuch prosty lub rozgałęziony i ewentualnie zawiera jedno, dwa, trzy lub cztery wiązania podwójnie
4. Sposób według zastrz. 3, znamienny tym, że stosuje się rozpuszczalnik organiczny z logP od 0,63 do 1,75.
4. -(C2-C20)-alkinyl, który ma łańcuch prosty lub rozgałęziony i ewentualnie zawiera jedno, dwa, trzy lub cztery wiązania potrójne
5. Sposób według zastrz. 1, znamienny tym, że jako rozpuszczalnik organiczny stosuje się eter dietylowy, eter tert-butylowo-metylowy, eter diizopropylowy lub octan etylu.
5. -(C6-C14)-aryl,
6. Sposób według jednego lub więcej z zastrz. 1 do 5, znamienny tym, że stosuje się dehydrogenazę alkoholową z drożdży, wątroby konia, Thermoanaerobium brockii lub Rhodococcus erythropolis, Lactobacillus kefir, Lactobacillus brevis, Lactobacillus minor lub dehydrogenazę alkoholową z sekwencją aminokwasów Sekw. Id. Nr: 4.
6. -(C1-C8)-alkilo-(C6-C14)-aryl, lub
7. Sposób według zastrz. 6, znamienny tym, że dehydrogenazę alkoholową stosuje się w ilości od 20 000 U do 200 000 U na kg przekształcanego związku o wzorze I, korzystnie około 100000 U.
7. R1 i R2 razem z resztą -C(O)- tworzą -(C6-C14-aryl) lub -(C5-C14)-heterocykl, przy czym wymienione powyżej w 1. do 7. reszty są niepodstawione lub podstawione 1 do 3 podstawnikami i są niezależnie od siebie podstawione podstawnikiem wybranym spośród następujących:
a) -OH,
b) halogen, taki jak fluor, chlor, brom lub jod,
c) -NO2,
d) -C(O)-O-(C1-C20)-alkil, który ma łańcuch prosty lub rozgałęziony i jest niepodstawiony lub podstawiony 1, 2 lub 3 podstawnikami wybranymi spośród halogenu, hydroksylu, grupy aminowej lub nitrowej, lub
e) -(C5-C14)-heterocykl, który jest niepodstawiony lub podstawiony od 1 do 3 podstawnikami, takimi jak halogen, hydroksyl, grupa aminowa lub nitrowa, znamienny tym, że
a) związek o wzorze I w ilości od 10% do 25% w stosunku do całkowitej objętości mieszaniny reakcyjnej, dehydrogenazę alkoholową, wodę, kofaktor NADPH lub NADH i rozpuszczalnik organiczny z logP od 0,5 do 4,0'.
b) inkubuje się w układzie dwufazowym obejmującym wodę, organiczny rozpuszczalnik i związek o wzorze (I);
c) regeneruje się w sposób ciągły tworzony przez dehydrogenazę alkoholową utleniony kofaktor, i
d) izoluje się wytworzony chiralny hydroksyzwiązek.
8.Sposób według jednego lub więcej z zastrz. 1 do 7, znamienny tym, że dodaje się bufor, taki jak fosforan potasu, Tris/HCl lub bufor trietanoloaminowy o pH od 5 do 10, korzystnie o pH od 6 do 9.
9. Sposób według zastrz. 8, znamienny tym, że do buforu dodaje się jony magnezu, takie jak MgCl2, w stężeniu od 0,2 mM do 10 mM, korzystnie od 0,5 mM do 2 mM.
10. Sposób według jednego lub więcej z zastrz. 1 do 9, znamienny tym, że jako kofaktor dodaje się NADPH lub NADH w ilości od 0,05 mM do 0,25 mM, zwłaszcza od 0,06 mM do 0,2 mM, w stosunku do fazy wodnej.
11. Sposób według jednego lub więcej z zastrz. 1 do 10, znamienny tym, jako stabilizator dla dehydrogenazy alkoholowej dodaje się glicerol, sorbitol lub sulfotlenek dimetylu.
12. Sposób według zastrz. 10, znamienny tym, że stabilizator stosuje się w ilości od 5% do 30% w stosunku do objętości całej mieszaniny reakcyjnej, korzystnie od 10% do 20%, szczególnie 20%.
13. Sposób według jednego lub więcej z zastrz. 1 do 15, znamienny tym, że dodaje się izopropanol.
14. Sposób według zastrz. 11, znamienny tym, że izopropanol stosuje się w ilości 5% do 30% w stosunku do objętości całej mieszaniny reakcyjnej, korzystnie od 10% do 20%, szczególnie 10%.
15. Sposób według jednego lub więcej z zastrz. 1 do 14, znamienny tym, że związki o wzorze I stosuje się w ilości od 15% do 22% w stosunku do całkowitej objętości.
16. Sposób według jednego lub więcej z zastrz. 1 do 12, znamienny tym, że reakcję prowadzi się w zakresie temperatur od około 10°C do 70°C, korzystnie od 30°C do 60°C.
17. Sposób według jednego lub więcej z zastrz. 1 do 16, znamienny tym, że organiczny rozpuszczalnik stosuje się w ilości od 1% do 90% w stosunku do całkowitej objętości mieszaniny reakcyjnej, korzystnie od 15% do 60%, szczególnie od 20% do 50%.
18. Sposób według jednego lub więcej z zastrz. 1 do 17, znamienny tym, że stosunek organicznego rozpuszczalnika do wody wynosi od 9:1 do 1:9, korzystnie od 1:1 do 1:3.
PL367043A 2001-04-20 2002-04-15 Sposób enancjoselektywnej redukcji związku ketonowego PL207271B1 (pl)

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
DE10119274A DE10119274A1 (de) 2001-04-20 2001-04-20 Enzymatisches Verfahren zur enantioselektiven Reduktion von Ketoverbindungen

Publications (2)

Publication Number Publication Date
PL367043A1 PL367043A1 (pl) 2005-02-21
PL207271B1 true PL207271B1 (pl) 2010-11-30

Family

ID=7682020

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PL367043A PL207271B1 (pl) 2001-04-20 2002-04-15 Sposób enancjoselektywnej redukcji związku ketonowego

Country Status (13)

Country Link
US (2) US20040265978A1 (pl)
EP (2) EP2123760A1 (pl)
JP (2) JP4417628B2 (pl)
AT (1) ATE443770T1 (pl)
CZ (1) CZ20032820A3 (pl)
DE (2) DE10119274A1 (pl)
DK (1) DK1383899T3 (pl)
ES (1) ES2334016T3 (pl)
HU (1) HU229667B1 (pl)
PL (1) PL207271B1 (pl)
PT (1) PT1383899E (pl)
SK (1) SK288326B6 (pl)
WO (1) WO2002086126A2 (pl)

Families Citing this family (38)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE10208007A1 (de) * 2002-02-26 2003-09-18 Forschungszentrum Juelich Gmbh Verfahren zur Herstellung von Alkoholen aus Substraten mittels Oxidoreduktasen, Zweiphasensystem umfassend eine wässrige Phase und eine organische Phase sowie Vorrichtung zur Durchführung des Verfahrens
EP1523552A1 (en) * 2002-07-20 2005-04-20 Degussa AG Two-phase alcohol dehydrogenase-based coupled enzymatic reaction system
DE10300335B4 (de) * 2003-01-09 2008-06-26 Iep Gmbh Oxidoreduktase
DE10313972A1 (de) * 2003-03-27 2004-10-21 Degussa Ag Gekoppeltes cofaktorabhängiges enzymatisches Reaktionssystem
DE10327454A1 (de) * 2003-06-18 2005-01-20 Juelich Enzyme Products Gmbh Oxidoreduktase aus Pichia capsulata
DE102004007029A1 (de) * 2004-02-12 2005-09-08 Consortium für elektrochemische Industrie GmbH Verfahren zur enantioselektiven Reduktion von Ketoverbindungen durch Enzyme
AT501928B1 (de) * 2004-10-27 2010-09-15 Iep Gmbh Verfahren zur herstellung von chiralen alkoholen
AT501496B1 (de) * 2005-02-21 2007-03-15 Iep Gmbh Verfahren zur enantioselektiven enzymatischen reduktion von ketoverbindungen
AT502395B1 (de) 2005-07-27 2007-03-15 Iep Gmbh Oxidoreduktasen zur stereoselektiven reduktion von ketoverbindungen
AT502185B1 (de) * 2005-09-23 2007-02-15 Iep Gmbh Verfahren zur enantioselektiven enzymatischen reduktion von ketoverbindungen
DE102006009744A1 (de) * 2006-03-02 2007-09-06 Wacker Chemie Ag Herstellung von (S)-2-Butanol durch oxidative Racematspaltung
AT503486B1 (de) 2006-04-11 2008-05-15 Iep Gmbh Verfahren zur enantioselektiven reduktion von steroiden
EP2066788B1 (en) 2006-10-02 2014-07-23 Codexis, Inc. Compositions and methods for producing stereoisomerically pure statins and synthetic intermediates therefor
AT504542B1 (de) 2006-12-07 2008-09-15 Iep Gmbh Verfahren zur enantioselektiven enzymatischen reduktion von secodionderivaten
KR101502634B1 (ko) 2007-02-08 2015-03-16 코덱시스, 인코포레이티드 케토 환원 효소 및 이의 용도
WO2009029554A2 (en) 2007-08-24 2009-03-05 Codexis, Inc. Improved ketoreductase polypeptides for the stereoselective production of (r)-3-hydroxythiolane
JP5973131B2 (ja) 2007-09-13 2016-08-23 コデクシス, インコーポレイテッド アセトフェノンの還元のためのケトレダクターゼポリペプチド
TWI601825B (zh) 2007-09-27 2017-10-11 Iep有限公司 對映異構選擇性酶催化還原中間產物之方法
KR20100061571A (ko) 2007-09-28 2010-06-07 코덱시스, 인코포레이티드 케토리덕타제 폴리펩티드 및 이의 용도
EP2205727B1 (en) 2007-10-01 2015-06-24 Codexis, Inc. Ketoreductase polypeptides for the production of azetidinone
EP2281034B1 (en) 2008-04-30 2015-10-21 DuPont Nutrition Biosciences ApS Process using Pseudoglucanobacter saccharoketogenes alcohol dehydrogenase
WO2010025287A2 (en) * 2008-08-27 2010-03-04 Codexis, Inc. Ketoreductase polypeptides for the production of 3-aryl-3-hydroxypropanamine from a 3-aryl-3-ketopropanamine
HUE026181T2 (en) 2008-08-27 2016-05-30 Codexis Inc Ketoreductase polypeptide for the preparation of 3-aryl-3-hydroxypropanamine from 3-aryl-3-ketopropanamine
CN102186972B (zh) 2008-08-29 2014-08-20 科德克希思公司 用于立体选择性生产(4s)-3-[(5s)-5-(4-氟苯基)-5-羟基戊酰基]-4-苯基-1,3-噁唑烷-2-酮的酮还原酶多肽
EP2226386A1 (de) 2009-03-05 2010-09-08 IEP GmbH Verfahren zur stereoselektiven enzymatischen Reduktion von Ketoverbindungen
PL2445890T3 (pl) * 2009-06-22 2016-02-29 Sk Biopharmaceuticals Co Ltd Sposób wytwarzania estru (R)-1-arylo-2-tetrazoliloetylowego kwasu karbaminowego
SG10201405022PA (en) 2009-08-19 2014-10-30 Codexis Inc Ketoreductase polypeptides for the preparation of phenylephrine
US8404461B2 (en) 2009-10-15 2013-03-26 SK Biopharmaceutical Co. Ltd. Method for preparation of carbamic acid (R)-1-aryl-2-tetrazolyl-ethyl ester
MX2012007583A (es) 2009-12-29 2012-07-30 Butamax Tm Advanced Biofuels Alcohol deshidrogenasas (adh) utiles para la produccion fermentativa de alcoholes alquilicos de cadena corta.
EP2566497B1 (en) 2010-05-04 2015-07-29 Codexis, Inc. Biocatalysts for ezetimibe synthesis
EP2576600B1 (de) 2010-05-27 2018-01-24 Pharmazell GmbH Neuartige 7alpha-hydroxysteroid dehydrogenase-knockout-mutanten und deren verwendung
CN103889997B (zh) 2011-01-18 2017-08-25 通用原子公司 水解酶酶底物及其应用
RU2642311C2 (ru) * 2012-05-17 2018-01-24 Дженентек, Инк. Способ получения гидроксилированных циклопентапиримидиновых соединений и их солей
CN104603278A (zh) 2012-06-18 2015-05-06 化学实验室国际股份公司 利用氧化还原酶制备手性1-取代的2-哌啶醇的方法
DE102013104418B4 (de) 2013-04-30 2018-09-27 Cambrex Iep Gmbh Biokatalytisches Verfahren für die Herstellung von (R)-3-Chinuclidinol
KR20160097291A (ko) 2013-12-11 2016-08-17 에프. 호프만-라 로슈 아게 키랄 2-아릴 모폴린의 제조 방법
CN115057796A (zh) * 2015-12-01 2022-09-16 焦作健康元生物制品有限公司 光学活性的β-羟基酯类化合物的中间体
AU2018360502B2 (en) * 2017-11-01 2024-05-02 Melinta Therapeutics, Inc. Synthesis of boronate ester derivatives and uses thereof

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE4014573C1 (pl) 1990-05-07 1991-10-10 Forschungszentrum Juelich Gmbh, 5170 Juelich, De
US5225339A (en) * 1992-02-26 1993-07-06 The Scripps Research Institute Lactobacillus kefir alcohol dehydrogenase
US5385833A (en) * 1992-02-26 1995-01-31 The Scripps Research Institute Pseudomonas sp. ATCC No. 49794 alcohol dehydrogenase
US5719039A (en) * 1995-06-01 1998-02-17 University Of Iowa Research Foundation Enzyme-surfactant ion-pair complex catalyzed reactions in organic solvents
DE19610984A1 (de) * 1996-03-21 1997-09-25 Boehringer Mannheim Gmbh Alkohol-Dehydrogenase und deren Verwendung zur enzymatischen Herstellung chiraler Hydroxyverbindungen

Also Published As

Publication number Publication date
SK288326B6 (sk) 2016-01-07
SK12692003A3 (sk) 2004-05-04
WO2002086126A3 (de) 2003-11-06
US20090017510A1 (en) 2009-01-15
US20040265978A1 (en) 2004-12-30
WO2002086126A2 (de) 2002-10-31
JP2004527251A (ja) 2004-09-09
DE50213871D1 (de) 2009-11-05
PT1383899E (pt) 2009-12-24
ATE443770T1 (de) 2009-10-15
HU229667B1 (en) 2014-04-28
ES2334016T3 (es) 2010-03-04
EP1383899A2 (de) 2004-01-28
HUP0303803A3 (en) 2011-05-30
JP4417628B2 (ja) 2010-02-17
PL367043A1 (pl) 2005-02-21
DK1383899T3 (da) 2010-01-25
HUP0303803A2 (hu) 2004-03-01
EP1383899B1 (de) 2009-09-23
DE10119274A1 (de) 2002-10-31
EP2123760A1 (de) 2009-11-25
US8361765B2 (en) 2013-01-29
CZ20032820A3 (cs) 2004-02-18
JP2009207499A (ja) 2009-09-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
PL207271B1 (pl) Sposób enancjoselektywnej redukcji związku ketonowego
CA2821719C (en) Oxidoreductases for the stereoselective reduction of keto compounds
JP4845729B2 (ja) ピキア・カプスラータ由来酸化還元酵素
JP2007523617A6 (ja) ピキア・カプスラータ由来酸化還元酵素
TWI601825B (zh) 對映異構選擇性酶催化還原中間產物之方法
JP2008529542A (ja) ケト化合物のエナンチオ選択的酵素還元のプロセス
JP5042831B2 (ja) ヒドロキシ化合物の立体選択的製造用アルコール脱水素酵素
ES2358015T3 (es) Oxidorreductasa.
JP4753273B2 (ja) 光学活性ピリジンエタノール誘導体の製造方法
JPWO2007099764A1 (ja) 新規カルボニル還元酵素、その遺伝子、およびそれらを利用した光学活性アルコールの製造方法
US20080305534A1 (en) Novel Glycerol Dehydrogenase, Gene Therefor, and Method of Utilizing the Same
CN113913403B (zh) 一种nadh激酶突变体、编码基因及其应用
CA2308095A1 (en) Thermostable alcohol dehydrogenases

Legal Events

Date Code Title Description
RECP Rectifications of patent specification