RU2537845C2 - Method of synthesising peptides, including beta-lactam antibiotics with application of penicillin acylase version - Google Patents

Method of synthesising peptides, including beta-lactam antibiotics with application of penicillin acylase version Download PDF

Info

Publication number
RU2537845C2
RU2537845C2 RU2012116430/04A RU2012116430A RU2537845C2 RU 2537845 C2 RU2537845 C2 RU 2537845C2 RU 2012116430/04 A RU2012116430/04 A RU 2012116430/04A RU 2012116430 A RU2012116430 A RU 2012116430A RU 2537845 C2 RU2537845 C2 RU 2537845C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
penicillin acylase
synthesis
lactam antibiotics
penicillin
application
Prior art date
Application number
RU2012116430/04A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2012116430A (en
Inventor
Татьяна Анатольевна Щербакова
Николай Владимирович Панин
Дорел Феодорович Гуранда
Витаутас-Юозапас Каятоно Швядас
Original Assignee
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессиональногообразования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова " (МГУ)
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
Application filed by Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессиональногообразования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова " (МГУ) filed Critical Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессиональногообразования "Московский государственный университет имени М.В. Ломоносова " (МГУ)
Priority to RU2012116430/04A priority Critical patent/RU2537845C2/en
Publication of RU2012116430A publication Critical patent/RU2012116430A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2537845C2 publication Critical patent/RU2537845C2/en

Links

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P20/00Technologies relating to chemical industry
    • Y02P20/50Improvements relating to the production of bulk chemicals
    • Y02P20/52Improvements relating to the production of bulk chemicals using catalysts, e.g. selective catalysts

Landscapes

  • Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
  • Enzymes And Modification Thereof (AREA)

Abstract

FIELD: chemistry.
SUBSTANCE: invention relates to engineering enzymology, molecular biology and biotechnology, in particular to increase of efficiency of biocatalytic conversions by means of applying mutant forms of enzymes with improved catalytic properties. In claimed invention increase of efficiency of fermentative synthesis of peptide bond is achieved by application of version of penicillin acylase from E.coli, containing substitution of amino acid residue of enzyme beta-chain in position 484.
EFFECT: application of said penicillin acylase mutant makes it possible to increase output and rate of accumulation of target product in reactions of peptide synthesis, including beta-lactam antibiotics, containing peptide bond in side chain with nucleus.
3 cl, 2 tbl, 2 ex

Description

Пенициллинацилаза (Penicillin G acylase) из E.coli относится к ферментам класса амидогидролаз. Способность пенициллинацилазы катализировать синтез пептидной связи в водной среде уже много лет используется в фармацевтической промышленности для получения полусинтетических β-лактамных антибиотиков [1], тем не менее интерес к повышению эффективности этого процесса не уменьшается. Не прекращается поиск новых и улучшение существующих катализаторов на основе пенициллинацилазы, поскольку их использование может дать существенный экономический эффект. Одним из основных направлений улучшения эффективности процесса является получение мутантных форм пенициллинацилазы методами генной инженерии путем замены одной или нескольких аминокислот, приводящей к улучшению каталитических свойств фермента.Penicillin acylase (Penicillin G acylase) from E. coli belongs to amidohydrolase class enzymes. The ability of penicillin acylase to catalyze the synthesis of a peptide bond in an aqueous medium has been used for many years in the pharmaceutical industry for the production of semi-synthetic β-lactam antibiotics [1], however, interest in increasing the efficiency of this process does not decrease. The search for new and improvement of existing catalysts based on penicillin acylase does not stop, since their use can give a significant economic effect. One of the main directions of improving the efficiency of the process is to obtain mutant forms of penicillin acylase by genetic engineering by replacing one or more amino acids, leading to an improvement in the catalytic properties of the enzyme.

Полноразмерная аминокислотная последовательность пенициллинацилазы из E.coli включает в себя сигнальный пептид (аминокислоты 1-26), альфа-субъединицу (аминокислоты 27-235), спейсерный пептид (аминокислоты 236-289) и бета-субъединицу (аминокислоты 290-846):The full-length amino acid sequence of E. coli penicillin acylase includes a signal peptide (amino acids 1-26), an alpha subunit (amino acids 27-235), a spacer peptide (amino acids 236-289), and a beta subunit (amino acids 290-846):

Figure 00000001
Figure 00000001

Figure 00000002
Figure 00000002

В работах, связанных с получением вариантов пенициллинацилазы, субъединицы фермента, как правило, нумеруют отдельно, и в дальнейшем изложении будет использована именно эта нумерация (на полноразмерной аминокислотной последовательности она показана как α1-209 и β1-557).In works related to the production of penicillin acylase variants, the enzyme subunits are usually numbered separately, and this numbering will be used in the further presentation (it is shown as α1-209 and β1-557 on the full-sized amino acid sequence).

Известно несколько научных работ по получению мутантных форм фермента из E.coli по положениям αR145 и αF146 с улучшенной способностью катализировать реакции образования пептидной связи в реакциях синтеза ампициллина и амоксициллина методом ацильного переноса [2, 3], что приводит к увеличению выхода в реакции синтеза ампициллина с 15% до 24% для низкоконцентрированных и с 51% до 77% для высококонцентрированных систем. Наибольший эффект характерен для мутантов αR145G/S/L. Для мутантов по позиции αF146 наблюдается существенное падение каталитической активности.Several scientific works are known on the preparation of mutant forms of an enzyme from E. coli at the positions αR145 and αF146 with improved ability to catalyze peptide bond formation reactions in the synthesis of ampicillin and amoxicillin by the acyl transfer method [2, 3], which leads to an increase in the yield in the reaction of synthesis of ampicillin from 15% to 24% for low concentration systems and from 51% to 77% for highly concentrated systems. The greatest effect is characteristic of αR145G / S / L mutants. For mutants at the αF146 position, a significant decrease in catalytic activity is observed.

В работе [4] авторы получали рекомбинантные гибриды в семействе ПА. Среди случайных мутаций были обнаружены замены αD148G и βG385S, включив которые в состав ПА E.Coli, можно добиться улучшения выхода в реакции синтеза ампициллина на 20%In [4], the authors obtained recombinant hybrids in the PA family. Among random mutations, substitutions of αD148G and βG385S were found, including which in the composition of E.Coli PA, it is possible to improve the yield in the reaction of synthesis of ampicillin by 20%

При использовании мутации βF24A можно добиться увеличения выходов в реакции синтеза ампициллина, амоксициллина, цефалексина и цефадроксила при использовании сложных эфиров в качестве ацильного донора. [5] Использование же амидов не приводит к улучшению выхода. Данный эффект связан с общим ослаблением каталитических способностей фермента.By using the βF24A mutation, it is possible to increase yields in the synthesis of ampicillin, amoxicillin, cephalexin and cefadroxil using esters as an acyl donor. [5] The use of amides does not improve the yield. This effect is associated with a general weakening of the catalytic abilities of the enzyme.

Патентная литература по улучшению эффективности реакций синтеза пептидов посредством улучшения свойств пенициллинацилазы ограничивается несколькими патентами, относящимися, в основном, к использованию мутантных пенициллинацилаз для синтеза β-лактамных антибиотиков.The patent literature on improving the efficiency of peptide synthesis reactions by improving the properties of penicillin acylase is limited to several patents related mainly to the use of mutant penicillin acylases for the synthesis of β-lactam antibiotics.

В патентах [WO9605318, 22-02-1996 и US6033823, 07-03-2000], принадлежащих одной группе авторов, заявлено изменение субстратной специфичности и активности пенициллинацилазы из прокариот мутацией аминокислотных остатков по значительному числу сайтов альфа-цепи (α139-152) и бета-цепи (β20-27, β31, β32, β49-52, β56, β57, β65-72, β154-157, β173-179, β239-241, β250-263, β379-387, β390, β455, β474-480), хотя патенты основаны лишь на нескольких примерах влияния мутаций по отдельным положениям αM143, αF147, βL56, βA67, βI177 в пенициллинацилазе из Alcaligenes faecalis на способность фермента катализировать гидролиз природных пенициллинов G и V, а также синтез ампициллина.In the patents [WO9605318, 22-02-1996 and US6033823, 07-03-2000], belonging to one group of authors, a change in the substrate specificity and activity of penicillin acylase from prokaryotes by mutation of amino acid residues by a significant number of alpha chain sites (α139-152) and beta chains (β20-27, β31, β32, β49-52, β56, β57, β65-72, β154-157, β173-179, β239-241, β250-263, β379-387, β390, β455, β474- 480), although patents are based on only a few examples of the influence of mutations in certain positions of αM143, αF147, βL56, βA67, βI177 in penicillin acylase from Alcaligenes faecalis on the enzyme's ability to catalyze the hydrolysis of natural penises Illins G and V, as well as ampicillin synthesis.

В патентах [WO9820120, 14-05-1998; US6403356, 11-06-2002] круг вариантов пенициллинацилазы из Е.coli существенно сужен и ограничен мутациями по сайтам αМ142, αF146, βF24, βV56, βI177. Приоритетные права данных патентов ограничиваются способом получения 6-аминопенициллановой и 7-аминодезацетоксицефалоспорановой кислот ферментативным гидролизом их ацилированных форм, а также способом получения β-лактамных антибиотиков ферментативным ацилированием 6-аминопенициллиновой и 7-аминодезацетоксицефалоспорановой кислот. Наибольший эффект дала мутация по сайту β24 заменой L-фенилаланина на L-аланин, позволившая увеличить выход в синтезе пенициллинов и цефалоспоринов при использовании сложных эфиров в качестве ацильного донора.In the patents [WO9820120, 14-05-1998; US6403356, 11-06-2002] the range of E. coli penicillin acylase variants is substantially narrowed and limited by mutations at the αM142, αF146, βF24, βV56, βI177 sites. The priority rights of these patents are limited by the method of producing 6-aminopenicillanic and 7-aminodetacetoxycephalosporanic acids by enzymatic hydrolysis of their acylated forms, as well as by the method of producing β-lactam antibiotics by enzymatic acylation of 6-aminopenicillinic and 7-aminodetacetoxycephalosporanic acids. The greatest effect was achieved at the β24 site mutation by replacing L-phenylalanine with L-alanine, which allowed increasing the yield in the synthesis of penicillins and cephalosporins when using esters as an acyl donor.

В патенте [US2005124029, 09-06-2005] авторы заменяли в пенициллинацилазе из E.coli аминокислотный остаток αR145 на L, К или С. Для мутанта αR145L выход антибиотика в синтезе цефалексина увеличился с 70 до 81% в слабощелочных условиях, однако при этом наблюдалась существенная (более 10 раз) потеря каталитической активности. Технической задачей настоящего изобретения является разработка способа получения пептидов, в том числе полусинтетических β-лактамных антибиотиков, содержащих пептидную связью в боковой цепи, путем применения препарата пенициллинацилазы с улучшенными свойствами.In the patent [US2005124029, 09-06-2005], the authors replaced the amino acid residue αR145 in L, K, or C in penicillin acylase from E. coli. For the αR145L mutant, the yield of the antibiotic in the synthesis of cephalexin increased from 70 to 81% under slightly alkaline conditions, however, a significant (more than 10 times) loss of catalytic activity was observed. An object of the present invention is to develop a method for producing peptides, including semi-synthetic β-lactam antibiotics containing a peptide bond in the side chain, by using a penicillin acylase preparation with improved properties.

Техническим результатом изобретения является создание улучшенного способа получения пептидов, в том числе полусинтетических β-лактамных антибиотиков, содержащих пептидную связь в боковой цепи, характеризующегося более высоким выходом и скоростью образования целевого продукта.The technical result of the invention is the creation of an improved method for producing peptides, including semi-synthetic β-lactam antibiotics containing a peptide bond in the side chain, characterized by a higher yield and the rate of formation of the target product.

Указанный технический результат достигается путем использования препарата пенициллинацилазы из E.coli с измененной структурой, а именно, содержащей замену остатка аспарагиновой кислоты бета цепи фермента по положению β484, на другой аминокислотный остаток, в частности на остаток аспарагина. Наиболее близкими аналогами настоящего изобретения являются описанные выше патенты [WO9820120, 14-05-1998; US6403356, 11-06-2002, US2005124029, 09-06-2005].The specified technical result is achieved by using a penicillin acylase preparation from E. coli with a modified structure, namely, containing the replacement of the aspartic acid residue of the beta chain of the enzyme at position β484, with another amino acid residue, in particular with an asparagine residue. The closest analogues of the present invention are the above patents [WO9820120, 14-05-1998; US6403356, 11-06-2002, US2005124029, 09-06-2005].

В научной и патентной литературе не известны примеры улучшения каталитических свойств пенициллинацилазы в реакциях синтеза пептидов, не относящихся к β-лактамным антибиотикам, а полученное увеличение эффективности синтеза пептидов, в том числе относящихся к β-лактамным антибиотикам, с использованием мутанта пенициллинацилазы βD484N не вытекает с очевидностью из известной структуры пенициллинацилазы и ее функций.In the scientific and patent literature, examples of improving the catalytic properties of penicillin acylase in the synthesis of peptides not related to β-lactam antibiotics are not known, and the obtained increase in the efficiency of the synthesis of peptides, including those related to β-lactam antibiotics, using the penicillin acylase βD484N mutant does not follow with evidence from the known structure of penicillin acylase and its functions.

Настоящее изобретение относится к области инженерной энзимологии и биотехнологии, а именно к применению пенициллинацилазы из E.coli, полученной из предшественника фермента посредством замены аминокислотного остатка в позиции 484 бета-цепи фермента любыми доступными методами генной инженерии, направленной к эволюции или селекции.The present invention relates to the field of engineering enzymology and biotechnology, in particular to the use of penicillin acylase from E. coli obtained from an enzyme precursor by replacing the amino acid residue at position 484 of the enzyme beta chain with any available genetic engineering methods aimed at evolution or selection.

В качестве ацильных доноров в ферментативных реакциях синтеза пептидов, в том числе β-лактамных антибиотиков с пептидной связью в боковой цепи с ядром, могут быть использованы сложные эфиры и амиды аминокислот, их замещенных производных в α-положении и в ароматическом кольце, предпочтительно амиды и эфиры R, S-фенилглицина.As the acyl donors in enzymatic reactions of the synthesis of peptides, including β-lactam antibiotics with a peptide bond in the side chain with the nucleus, esters and amides of amino acids, their substituted derivatives in the α-position and in the aromatic ring, preferably amides and esters of R, S-phenylglycine.

Пенициллинацилаза по изобретению может быть получена и использована в виде гомогенного препарата, раствора с содержанием других химических соединений или белков, мицелл, агрегатов, или в твердом состоянии в виде кристаллов, агрегатов или иммобилизированных в геле, на различных подложках и носителях препаратов, или применяется в виде культуры клеток, иммобилизованных клеток, комбинированных препаратов фермента с клетками, иммобилизованными клетками или ферментами. Заявленный способ реализуется приведением в контакт препарата пенициллинацилазы и реакционной смеси. В качестве реакционной среды может быть использована вода, однофазные и многофазные водно-органичесике смеси, растворы с содержанием органических и неорганических соединений, в частности солей, кислот, оснований. В качестве реакционной среды более предпочтительным является использование воды или водных растворов с содержанием не более 40% (по объему) органических растворителей. Некоторые примеры выполнения заявленного способа приведены ниже. Варианты пенициллинацилазы из E.coli получали путем конструирования мутантного гена методом сайт-специфического мутагенеза по методикам, описанным в литературе [6]. После процедур клонирования, культивирования, выделения и очистки были получены препараты мутантов пенициллинацилазы. The penicillin acylase according to the invention can be obtained and used in the form of a homogeneous preparation, a solution containing other chemical compounds or proteins, micelles, aggregates, or in the solid state in the form of crystals, aggregates or immobilized in a gel, on various substrate and carrier preparations, or used in in the form of cell culture, immobilized cells, combined enzyme preparations with cells, immobilized cells or enzymes. The claimed method is implemented by contacting the drug penicillin acylase and the reaction mixture. As the reaction medium, water, single-phase and multiphase aqueous-organic mixtures, solutions containing organic and inorganic compounds, in particular salts, acids, bases, can be used. As a reaction medium, it is more preferable to use water or aqueous solutions with a content of not more than 40% (by volume) of organic solvents. Some examples of the implementation of the claimed method are given below. Variants of penicillin acylase from E. coli were obtained by constructing the mutant gene by site-specific mutagenesis according to the methods described in the literature [6]. After cloning, culturing, isolation and purification procedures, penicillin acylase mutant preparations were obtained.

Пример 1. Увеличение выхода в реакции ферментативного синтеза цефалексина.Example 1. An increase in the yield in the reaction of the enzymatic synthesis of cephalexin.

Реакцию ферментативного синтеза цефалексина переносом ацильной группы на ядро антибиотика 7-аминодезацетоксицефалоспорановую кислоту проводили, как описано в экспериментальной части. В качестве ацильного донора использовали амид D-фенилглицина. При использовании варианта пенициллинацилазы βD484N наблюдается увеличение выхода продукта реакции от 1,5 до 1,9 раза по сравнению с пенициллинацилазой дикого типа.The enzymatic synthesis of cephalexin by transferring the acyl group to the core of the antibiotic 7-aminodecetoxycephalosporanic acid was carried out as described in the experimental part. As the acyl donor, D-phenylglycine amide was used. When using the βD484N penicillin acylase variant, an increase in the yield of the reaction product is observed from 1.5 to 1.9 times as compared with wild-type penicillin acylase.

Таблица 1
Выход продукта реакции ферментативного синтеза цефалексина
Table 1
The yield of the reaction product of the enzymatic synthesis of cephalexin
[7-ADCA]/[D-PGA], mM[7-ADCA] / [D-PGA], mM Выход цефалексина, %The yield of cephalexin,% Дикий типWild type βD484NβD484N 200/200200/200 4040 6060 200/400200/400 3939 7373

Пример 2. Увеличение выхода в реакции ферментативного синтеза D-фенилглицил-глицина.Example 2. An increase in the yield in the enzymatic synthesis reaction of D-phenylglycyl-glycine.

Реакцию ферментативного синтеза D-фенилглицил-глицина переносом ацильной группы на глицин проводили в водной среде, как описано в экспериментальной части. В качестве ацильного донора использовали амид D-фенилглицина. Оказалось, что в случае варианта пенициллинацилазы βD484N выход продукта реакции увеличивается приблизительно в 4,7 раза по сравнению с пенициллинацилазой дикого типа (Табл.2).The enzymatic synthesis of D-phenylglycyl-glycine by transferring the acyl group to glycine was carried out in an aqueous medium, as described in the experimental part. As the acyl donor, D-phenylglycine amide was used. It turned out that in the case of the βD484N variant of penicillin acylase, the yield of the reaction product increased by approximately 4.7 times compared to wild-type penicillin acylase (Table 2).

Таблица 2
Выход продукта в реакции ферментативного синтеза D-фенилглицил-глицина
table 2
The product yield in the enzymatic synthesis of D-phenylglycyl-glycine
Вариант пенициллинацилазыPenicillin Acylase Option Выход D-фенилглицил-глицина, %The yield of D-phenylglycyl-glycine,% Дикий типWild type 1717 βD484NβD484N 8080

Описание экспериментальной частиDescription of the experimental part

Определение ферментативной активности. Активность вариантов пенициллинацилазы определяли спектрофотометрически по накоплению хромофора в процессе гидролиза 1 мМ раствора цветного субстрата 6-нитро-3-(фенилацетамидо)бензойной кислоты при 400 нм на спектрофотометре Shimadzu UV-1601 (Япония). Реакцию проводили при 25°C в 0,01 М фосфатном буфере, рН 7,5, 0,1 М KCl.Determination of enzymatic activity. The activity of penicillin acylase variants was determined spectrophotometrically from the accumulation of the chromophore during the hydrolysis of a 1 mM solution of a colored substrate of 6-nitro-3- (phenylacetamido) benzoic acid at 400 nm on a Shimadzu UV-1601 spectrophotometer (Japan). The reaction was carried out at 25 ° C in 0.01 M phosphate buffer, pH 7.5, 0.1 M KCl.

Определение концентрации активных центров. Абсолютную концентрацию активных центров каждой из мутантных форм пенициллинацилазы определяли титрованием активных цетров фермента необратимым ингибитором фенилметилсульфонилфторидом по методике [7]. Остаточную ферментативную активность определяли спектрофотометрически по гидролизу цветного субстрата, как описано выше.Determination of the concentration of active centers. The absolute concentration of active centers of each of the mutant forms of penicillin acylase was determined by titration of the active centers of the enzyme with an irreversible phenylmethylsulfonyl fluoride inhibitor according to the procedure [7]. Residual enzymatic activity was determined spectrophotometrically by hydrolysis of a colored substrate, as described above.

ВЭЖХ анализ. Количественное определение компонентов реакционной смеси проводили методом обращеннофазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографической системе Perkin Elmer 200 Series (США); колонка Kromasil Eternity C18 (AkzoNobel, США), 250×4.6 мм, размер частиц 5 µм; подвижная фаза CH3CN/вода 30:70, 0,68 г/л КН2РO4, 0,1 г/л додецилсульфата натрия, рН 3,0; скорость потока 0,7 мл/мин; объем вкола 10 мкл; УФ детектирование при 210 нм.HPLC analysis. The quantitative determination of the components of the reaction mixture was performed by reverse phase high performance liquid chromatography on a chromatographic system Perkin Elmer 200 Series (USA); Kromasil Eternity C18 column (AkzoNobel, USA), 250 × 4.6 mm, particle size 5 μm; mobile phase CH 3 CN / water 30:70, 0.68 g / l KH 2 PO4, 0.1 g / l sodium dodecyl sulfate, pH 3.0; flow rate 0.7 ml / min; injection volume 10 μl; UV detection at 210 nm.

Проведение реакции ферментативного синтеза D-фенилглицил-глицина. Реакцию ферментативного синтеза D-фенилглицил-глицина проводили в водной среде в термостатируемой ячейке рН-стата Titrino 719 (Metrohm, Швейцария) при 25°C, рН 9,5 при постоянном перемешивании. Начальные концентрации реагентов: 200 мМ D-фенилглицина, 200 мМ глицина, 1 мкМ активных центров пенициллинацилазы, объем реакционной смеси 3 мл. Время проведения эксперимента не превышало 5 часов. По ходу протекания реакции из реакционной смеси отбирали аликвоты, разбавляли их подвижной фазой и анализировали методом ВЭЖХ, как описано выше.Carrying out the enzymatic synthesis of D-phenylglycyl-glycine. The enzymatic synthesis of D-phenylglycyl-glycine was carried out in an aqueous medium in a thermostatic cell of a pH stat Titrino 719 (Metrohm, Switzerland) at 25 ° C, pH 9.5 with constant stirring. Initial reagent concentrations: 200 mM D-phenylglycine, 200 mM glycine, 1 μM active centers of penicillin acylase, reaction volume 3 ml. The time of the experiment did not exceed 5 hours. Along the course of the reaction, aliquots were taken from the reaction mixture, diluted with their mobile phase and analyzed by HPLC as described above.

Проведение реакции ферментативного синтеза цефалексина. Реакцию ферментативного синтеза цефалексина проводили в водной среде в термостатируемой ячейке рН-стата Titrino 719 (Metrohm, Швейцария) при 25°C, рН 8,5 при постоянном перемешивании. Начальные концентрации реагентов: 200-400 мМ D-фенилглицина и 200 мМ 7-аминодезацетоксицефалоспорановой кислоты, 1 мкМ активных центров пенициллинацилазы, объем реакционной смеси 3 мл. Время проведения эксперимента не превышало 5 часов. По ходу протекания реакции из реакционной смеси отбирали аликвоты, разбавляли их подвижной фазой и анализировали методом ВЭЖХ, как описано выше.Carrying out the enzymatic synthesis of cephalexin. The enzymatic synthesis of cephalexin was carried out in an aqueous medium in a thermostatic cell of a pH stat Titrino 719 (Metrohm, Switzerland) at 25 ° C, pH 8.5 with constant stirring. Initial concentrations of reagents: 200-400 mM D-phenylglycine and 200 mM 7-aminodedetoxycephalosporanic acid, 1 μM active centers of penicillin acylase, reaction volume 3 ml. The time of the experiment did not exceed 5 hours. Along the course of the reaction, aliquots were taken from the reaction mixture, diluted with their mobile phase and analyzed by HPLC as described above.

Список литературыBibliography

1. Bruggink, A., Roos, E.C., de Vroom, E. Penicillin acylase in the industrial production of b-lactam antibiotics. Org. Proc. Res. Dev. (1998) 2, 128-33.1. Bruggink, A., Roos, E.C., de Vroom, E. Penicillin acylase in the industrial production of b-lactam antibiotics. Org. Proc. Res. Dev. (1998) 2, 128-33.

2. Alkema, W.B.L., Prins, A.K., de Vries, E. & Janssen, D.B. Role of a Arg 145 and b Arg 263 in the active site of penicillin acylase of Escherichia coli. Biochem. J. (2002) 365, 303-309.2. Alkema, W.B.L., Prins, A.K., de Vries, E. & Janssen, D.B. Role of a Arg 145 and b Arg 263 in the active site of penicillin acylase of Escherichia coli. Biochem. J. (2002) 365, 303-309.

3. Jager, S.A.W., Shapovalova, I.V., Jekel, P.A., Alkema, W.B.L., Svedas, V.K., Janssen, D.B. Saturation mutagenesis reveals the importance of residues alphaR145 and alphaF146 of penicillin acylase in the synthesis of beta-lactam antibiotics. J. Biotechnol. (2008) 133, 18-26.3. Jager, S.A.W., Shapovalova, I.V., Jekel, P.A., Alkema, W.B.L., Svedas, V.K., Janssen, D.B. Saturation mutagenesis reveals the importance of residues alphaR145 and alphaF146 of penicillin acylase in the synthesis of beta-lactam antibiotics. J. Biotechnol. (2008) 133, 18-26.

4. Jager, S.A.W., Jekel, P.A. and Janssen, D.B. Hybrid penicillin acylases with improved properties for synthesis of β-lactam antibiotics. Enzyme and Microb.l Technol (2007) 40, 1335-1344.4. Jager, S.A.W., Jekel, P.A. and Janssen, D.B. Hybrid penicillin acylases with improved properties for synthesis of β-lactam antibiotics. Enzyme and Microb.l Technol (2007) 40, 1335-1344.

5. Alkema, W.B.L., Dijkhuis, A.-J., de Vries, E. & Janssen, D.B. The role of hydrophobic active-site residues in substrate specificity and acyl transfer activity of penicillin acylase. Eur. J. Biochem. (2002) 269, 2093-2100.5. Alkema, W.B.L., Dijkhuis, A.-J., de Vries, E. & Janssen, D.B. The role of hydrophobic active-site residues in substrate specificity and acyl transfer activity of penicillin acylase. Eur. J. Biochem. (2002) 269, 2093-2100.

6. Dominy, C.N., Andrews, D.W. in Methods in Molecular Biology. Vol.235 (E.coli Plasmid Vectors) (Eds.: N. Casali, A. Preston), Humana, Totowa, NJ, 209-223 (2003).6. Dominy, C.N., Andrews, D.W. in Methods in Molecular Biology. Vol. 235 (E. coli Plasmid Vectors) (Eds .: N. Casali, A. Preston), Humana, Totowa, NJ, 209-223 (2003).

7. Швядас, В.К., Марголин, А.Л., Шерстюк. С.Ф., Березин. И.В. Инактивация растворимой и иммобилизованной пенициллинамидазы из E.coli под действием фенилметилсульфонилфторида: кинетический анализ и титрование активных центров. Биоорг. Химия (1977) 3, 546-554.7. Shvyadas, V.K., Margolin, A.L., Sherstyuk. S.F., Berezin. I.V. Inactivation of soluble and immobilized penicillin amidase from E. coli by phenylmethylsulfonyl fluoride: kinetic analysis and titration of active sites. Bioorg. Chemistry (1977) 3, 546-554.

Полноразмерная аминокислотная последовательность пенициллинацилазы из E.coli с двумя типами нумерации: сквозная нумерация и нумерация субъединиц в отдельности, использованная для описания изобретения.The full-length amino acid sequence of penicillin acylase from E. coli with two types of numbering: through numbering and numbering of subunits individually, used to describe the invention.

Figure 00000003
Figure 00000003

Claims (3)

1. Способ получения пептидов, в том числе β-лактамных антибиотиков, содержащих пептидную связь в боковой цепи с ядром, ферментативным переносом ацильной части на нуклеофил, отличающийся тем, что в качестве катализатора используется вариант пенициллинацилазы (Penicillin G acylase) из Е.coli, содержащий замену аминокислотного остатка аспарагиновой кислоты по положению 484 бета-цепи (нумерация начинается с первого аминокислотного остатка бета-цепи, содержащей 557 аминокислотных остатков) остатком аспарагина.1. A method for producing peptides, including β-lactam antibiotics containing a peptide bond in the side chain with the nucleus, by enzymatic transfer of the acyl moiety to a nucleophile, characterized in that a variant of penicillin acylase (Penicillin G acylase) from E. coli is used as a catalyst, comprising replacing the amino acid residue of aspartic acid at position 484 of the beta chain (numbering begins with the first amino acid residue of the beta chain containing 557 amino acid residues) with an asparagine residue. 2. Способ по п.1, где пептидом является цефалексин.2. The method according to claim 1, where the peptide is cephalexin. 3. Способ по п.1, где пептидом является D-фенилглицил-глицин. 3. The method according to claim 1, where the peptide is D-phenylglycyl-glycine.
RU2012116430/04A 2012-04-25 2012-04-25 Method of synthesising peptides, including beta-lactam antibiotics with application of penicillin acylase version RU2537845C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012116430/04A RU2537845C2 (en) 2012-04-25 2012-04-25 Method of synthesising peptides, including beta-lactam antibiotics with application of penicillin acylase version

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2012116430/04A RU2537845C2 (en) 2012-04-25 2012-04-25 Method of synthesising peptides, including beta-lactam antibiotics with application of penicillin acylase version

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2012116430A RU2012116430A (en) 2013-11-27
RU2537845C2 true RU2537845C2 (en) 2015-01-10

Family

ID=49624814

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2012116430/04A RU2537845C2 (en) 2012-04-25 2012-04-25 Method of synthesising peptides, including beta-lactam antibiotics with application of penicillin acylase version

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2537845C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2729410C1 (en) * 2020-02-21 2020-08-06 Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) Industrial method for microbiological synthesis of penicillin g acylase escherichia coli enzyme

Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996005318A1 (en) * 1994-08-12 1996-02-22 Gist-Brocades B.V. Mutated penicillin g acylase genes
RU96103686A (en) * 1995-02-28 1998-05-10 Эй Си Эс Добфар С.п.А. Method of enzymatic synthesis of β-lactam antibiotics in the presence of an enzyme inhibitor
WO1998020120A1 (en) * 1996-11-05 1998-05-14 Bristol-Myers Squibb Company Mutant penicillin g acylases
US20050124029A1 (en) * 2001-12-27 2005-06-09 Alkema Wynand B.L. Process for the preparation of a betha- lactam antibiotic with mutated penicillin acylase
RU2009142994A (en) * 2009-11-23 2010-12-20 Российская Федерация в лице Федерального агентства по науке и инновациям (RU) METHOD FOR IMPROVING THE CATALYTIC PROPERTIES OF PENICILLINACYLASE
US20110104748A1 (en) * 2007-03-09 2011-05-05 Van Der Does Thomas Process for the preparation of beta-lactam compounds

Patent Citations (6)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO1996005318A1 (en) * 1994-08-12 1996-02-22 Gist-Brocades B.V. Mutated penicillin g acylase genes
RU96103686A (en) * 1995-02-28 1998-05-10 Эй Си Эс Добфар С.п.А. Method of enzymatic synthesis of β-lactam antibiotics in the presence of an enzyme inhibitor
WO1998020120A1 (en) * 1996-11-05 1998-05-14 Bristol-Myers Squibb Company Mutant penicillin g acylases
US20050124029A1 (en) * 2001-12-27 2005-06-09 Alkema Wynand B.L. Process for the preparation of a betha- lactam antibiotic with mutated penicillin acylase
US20110104748A1 (en) * 2007-03-09 2011-05-05 Van Der Does Thomas Process for the preparation of beta-lactam compounds
RU2009142994A (en) * 2009-11-23 2010-12-20 Российская Федерация в лице Федерального агентства по науке и инновациям (RU) METHOD FOR IMPROVING THE CATALYTIC PROPERTIES OF PENICILLINACYLASE

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A. *
A1. *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2729410C1 (en) * 2020-02-21 2020-08-06 Федеральное государственное учреждение "Федеральный исследовательский центр "Фундаментальные основы биотехнологии" Российской академии наук" (ФИЦ Биотехнологии РАН) Industrial method for microbiological synthesis of penicillin g acylase escherichia coli enzyme

Also Published As

Publication number Publication date
RU2012116430A (en) 2013-11-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Sio et al. Improved β-lactam acylases and their use as industrial biocatalysts
EP2367940B1 (en) Mutant penicillin G acylases
Hernández-Jústiz et al. Evaluation of different enzymes as catalysts for the production of β-lactam antibiotics following a kinetically controlled strategy
RU2136759C1 (en) Method of synthesis of beta-lactam derivative
CN105483105A (en) Penicillin G acylase mutant
Cobos-Puc et al. Classical and new pharmaceutical uses of bacterial penicillin G acylase
Sklyarenko et al. Enzymatic synthesis of β-lactam acids
Sambyal et al. Exploitation of E. coli for the production of penicillin G amidase: a tool for the synthesis of semisynthetic β-lactam antibiotics
Bečka et al. Penicillin G acylase from Achromobacter sp. CCM 4824: an efficient biocatalyst for syntheses of beta-lactam antibiotics under conditions employed in large-scale processes
Houng et al. Kinetic resolution of amino acid esters catalyzed by lipases
EP2173892B1 (en) Process for the preparation of penicillin or cephalosporin antibiotics
RU2537845C2 (en) Method of synthesising peptides, including beta-lactam antibiotics with application of penicillin acylase version
Becka et al. Penicillin G acylase from Achromobacter sp. CCM 4824
CN102653726B (en) Colibacillus containing alpha-amino-acid ester hydrolase gene
Basso et al. Kinetically controlled synthesis of ampicillin and cephalexin in highly condensed systems in the absence of a liquid aqueous phase
Zhu et al. Dynamic kinetic resolution of Vince lactam catalyzed by γ-lactamases: a mini-review
CN107099523B (en) Cefradine synthase mutant and its encoding gene
RU2564578C2 (en) E.coli PENICILLIN ACYLASE MUTANT WITH IMPROVED PROPERTIES
CZ148593A3 (en) Process of separating a non-dissolved catalyst from one or a plurality of other non-dissolved components comprised in the same reaction mixture
Kurochkina et al. Alpha-amino acid ester hydrolases: properties and applications
Spence et al. Penicillin acylases
RU2576002C2 (en) Method of catalytic properties improvement of penicillinacylaze from escherichia coli and use of mutant penicillinacylaze
Shcherbakova et al. The βD484N mutant of penicillin acylase from Escherichia coli is more resistant to inactivation by substrates and can effectively perform peptide synthesis in aqueous medium
RU2535893C1 (en) Method for obtaining heterogenic biocatalyst based on hydrolase of esters of alpha aminoacids, heterogenic biocatalyst obtained by such method, and synthesis method of aminobeta-lactam antibiotic under action of this heterogenic biocatalyst
Zhang et al. Kinetically controlled synthesis of cefaclor with immobilized penicillin acylase in the presence of organic cosolvents