WO2003042378A1 - Sulphatases and use thereof - Google Patents

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WO2003042378A1
WO2003042378A1 PCT/EP2002/012618 EP0212618W WO03042378A1 WO 2003042378 A1 WO2003042378 A1 WO 2003042378A1 EP 0212618 W EP0212618 W EP 0212618W WO 03042378 A1 WO03042378 A1 WO 03042378A1
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sulfatases
alkyl
secondary alkyl
enzymatic
sulfate
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PCT/EP2002/012618
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Kurt Faber
Mateja Pogorevc
Thomas Riermeier
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Degussa Ag
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    • 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
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    • 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
    • C12P41/003Processes using enzymes or microorganisms to separate optical isomers from a racemic mixture by ester formation, lactone formation or the inverse reactions
    • C12P41/004Processes using enzymes or microorganisms to separate optical isomers from a racemic mixture by ester formation, lactone formation or the inverse reactions by esterification of alcohol- or thiol groups in the enantiomers or the inverse reaction

Definitions

  • the present invention relates to new sulfatases from actinomycetes and their use, in particular for the catalytic conversion of secondary sulfate esters.
  • Sulfatases are enzymes that catalyze hydrolytic cleavage of sulfate esters to inorganic sulfate and the corresponding alcohols.
  • the enzymatic hydrolysis of sulfate esters follows the general reaction scheme:
  • sulfatases A large number of sulfatases are now known which can be classified in terms of their preferred substrates into alkyl, aryl and carbohydrate sulfatases. In higher organisms, sulfatases primarily mediate the hydrolysis of glycolipid, glycosaminoglycan or steroid sulfate esters. In contrast, the assimilation of sulfur from the environment and probably the provision of energy-storing sulfur-containing compounds for cell growth play an important role in bacteria.
  • aryl sulfatases are the highly conserved aryl sulfatases, which accept aromatic, especially phenolic substrates.
  • Some aryl sulfatases e.g. B. the isolatable from human cells, but preferably implement carbohydrate sulfate esters.
  • a serine semialdehyde unit ie a C ⁇ -formylglycine (Fglyc) unit in the active center of the enzyme, which can be formed from a post-translationally modified cysteine or serine residue, is characteristic of aryl sulfatases. This post-translational modification is essential for the biochemical function of the enzyme.
  • Bacterial aryl sulfatases belong to the so-called “sulfate starvation-induced proteins” (SSI poteins), which are used, for example, in a cultivation with alternative sulfur sources such as aryl sulfonates, alkyl sulfides, thioethers, etc. can be formed.
  • SSI poteins sulfate starvation-induced proteins
  • alkyl sulfatases which catalyzes the hydrolysis of organic sulfate esters of primary and secondary alcohols, is far less well characterized. This is all the more surprising against the background that large amounts of alkyl sulfates are released into the environment as a component of household products (e.g. detergents) and are broken down by microorganisms (Y.-C. Hsu, Nature 200, 1091-1092 ( 1963); Williams, J., et al., Appl. Microbiol. 12, 360-362 (1964); White, GF, et al., Environ. Pollut. Ser. A. 37, 1-11 (1985)) ,
  • Pseudomonas C12B can express up to five different alkyl sulfatases, depending on the cutting conditions, which are suitable for the hydrolysis of primary or secondary alkyl sulfate testers (Dodgson, KS, et al, Biochem. J.
  • Comamonas terrigena has only two secondary alkyl sulfatases (Fitzgerald, JW, et al., Biochem. J. 149, 477-480 (1975); Barrett, CH, et al., Biochem. J., 191, 467-473 (1980 ); Matcham, GWJ, et al., Biochem. J. 167, 723-729 (1977)).
  • alkyl sulfatases could only be purified to homogeneity in individual cases.
  • alkyl sulfatases z. B. not used in organic synthesis, although especially in the enantioselective production of secondary alcohols such enzymes valuable tools such. B. could be in the resolution of racemates.
  • the technical potential of alkyl sulfatases has therefore hardly been tapped.
  • the object of the present invention is to provide new alkyl sulfatases which, for. B. can be used as enzymatic tools in the alkyl sulfate ester cleavage.
  • secondary alkyl sulfatases are expressed in actinomycetes, especially in rhodococci. Furthermore, these secondary alkyl sulfatases can be purified to homogeneity without the enzymes losing their enzymatic activity.
  • the secondary alkyl sulfatases obtained in this way from Actinomycetes, preferably from Rhodococcus sp. are the subject of the present invention.
  • Table 1 Results of the search for secondary alkyl sulfatases in Gram-positive bacteria and in fungi using rac-2-octyl sulfate as the test substrate.
  • kA no information
  • kU no conversion a relative molar amount b (([2-octanol] + [2-octanone]) / [2-octyl sulfate ester])
  • Enzymatically active secondary alkyl sulfatases can be isolated from the respective Actinomycetes strain by carrying out the following purification steps: a) rough cleaning of a cell-free lysate using a phenyl-Sepharose column with a falling sulfate-free salt gradient, b) further purification of the fractions obtained, which show an enzymatic alkyl sulfatase activity, with an ion exchange, preferably an anion exchange resin, c) the fractions obtained by ion exchange chromatography, which show an enzymatic alkyl sulfatase activity, are passed through a Blue Sepharose column and d) then this is done Enzyme from the resulting fractions, which show an enzymatic alkyl sulfatase activity, purified with the Superdex 200 column for homogeneity.
  • a purification scheme that has proven particularly useful for isolating secondary alkyl sulfatases from rhodococci comprises the following process steps: a) treatment of a cell lysate of an actinomycete strain with DEAE cellulose in a batch process for the separation of carotenoids, lipids etc., b) elution of the enzyme with a solution of 10mM Tris / HCl and 0.5M NaCI, c) adding NaCI to the eluate to a final concentration of 4M NaCI and column chromatographic purification of the resulting solution over a phenyl Sepharose column, equilibrated with a 10mM Tris / HCl buffer containing 4 M NaCI, pH 7.5 (buffer B), a step-wise NaCI gradient from 4 M to 0 M being used to elute the enzyme.
  • the enzymatic hydrolysis of secondary alkyl sulfate testers can be used to determine enzymatically active fractions, it being possible to determine either the amount of sulfate released or alcohol released as a measure of the enzymatic activity of the individual fractions.
  • the first method is e.g. B. in Dodgson, K.S., Biochem. J., 78, 312-319, 1961; Tudball, N., et al. Biochem. J. 126, 187-191, 1972.
  • the secondary alkyl sulfatases of actinomycetes according to the invention isolated in this way preferably have a molecular weight between 30 and 60 kDa in denatured form and / or a molecular weight between 60 and 80 kDa in the native state. Secondary alkyl sulfatases with a molecular weight between 41 and 45 kDa in the denatured state and / or between 65 and 69 kDa in the native state are particularly preferred.
  • the molecular weight in the denatured state is determined by gel electrophoresis using the SDS-PAGE method.
  • secondary alkyl sulfatases RS1 and RS2 from Rhodococcus ruber DSM 44541 can be isolated.
  • the molecular weight of the denatured secondary alkyl sulfatase RS2 was determined using the SDS-PAGE method and is 43.3 kDa. In its native state, this enzyme has a molecular weight of 67 kDa, determined by elution on Superdex 200, which could indicate the presence of a dimeric enzyme.
  • the isoelectric point of the enzyme RS2 is 5.1.
  • the enzyme was examined by mass spectrometry.
  • sequences III and V are homologous to a putative thiolase from Streptomyces coelicolor 3 (2), sequence V is also homologous to a thiolase segment from Mycobacterium tuberculosis, sequence IV is homologous to a putative acetyl-CoA acetyltransferase from Streptomyces venezuelae.
  • a preferred subject of the present invention are secondary alkyl sulfatases from actinomycetes which contain at least one amino acid sequence region according to sequences I to V.
  • the secondary alkyl sulfatases according to the invention can not only be isolated enzymatically, but are furthermore distinguished by their good stability, which makes them suitable for use in the enzymatic-organic hydrolysis of sulfate esters. Possible uses here include the use in clarifiers and / or the degradation of sulfate esters from detergents.
  • the alkyl sulfatases keep e.g. B. their enzymatic activity in the presence of organic solvents, in a wide pH and temperature range. A pH range between pH 5.5 and pH 10 and a reaction temperature below 40 ° C. is preferred.
  • the influence of many detergents, sugars and polyalcohols on the activity of the enzymes is low.
  • the enzymes can be ionically immobilized without any problems and thus removed from the reaction batch and reused without the sulfatases losing their enzymatic activity.
  • Anionic ion exchange resins such as, for. B. DEAE cellulose, TEAE cellulose, Ecteola cellulose or DEAE Sephadex A-25. Immobilization takes place particularly efficiently at a pH of 7.5.
  • B. 0.1 M Tris buffer can be used as a buffer z. B. 0.1 M Tris buffer can be used.
  • the secondary alkyl sulfatases RS1 and RS2 from Rhodococcus ruber DSM 44541 can be used for the production of secondary alcohols.
  • Secondary alkyl sulfate esters which contain a carbon chain of 7 to 10 carbon atoms are preferably reacted as substrates. A chain length of 8 carbon atoms is particularly preferred.
  • sulfate esters are preferred whose sulfate ester bond is located at position 2, 3 or 4 of the esterified alcoholic carbon chain.
  • a pH value between pH 7.0 and pH 8.5 is preferably carried out at temperatures between 15 ° C. and 36 ° C., particularly preferably between 27 ° C. and 32 ° C.
  • the reaction under sulfate-free conditions or at very low sulfate concentrations has proven advantageous in the hydrolysis of alkyl sulfate esters with the sulfatases according to the invention.
  • Practically sulfate-free conditions can e.g. B. by adding barium ions to the reaction mixture.
  • the secondary alkyl sulfatases are also able to enantioselectively catalyze the hydrolysis of secondary alkyl sulfate esters.
  • the enantioselectivity can by adding other additives such.
  • B. iron (II) - or iron (III) ions can be increased in a low concentration. Concentrations between 1 mM and 15 mM for iron (II) ions and between 3 mM and 6 mM for iron (III) ions have proven to be preferred, especially when secondary alkyl sulfatases from rhodococci are used.
  • the enantioselectivity of the hydrolysis can also be increased considerably by adding cetyltrimethylammonium bromide (CMAB).
  • CMAB cetyltrimethylammonium bromide
  • immobilized secondary alkyl sulfatases can also be used.
  • the alkyl sulfatases z. B. on anionic carrier materials such as. B. DEAE cellulose, DEAE Sephadex A-25, TEAE cellulose or Ectoela cellulose, can be immobilized.
  • a particularly suitable carrier is ecteola cellulose, since alkyl sulfatases immobilized thereon show an increased enantioselectivity.
  • Secondary alkyl sulfatases are therefore particularly well suited for the production of secondary alcohols from their sulfate esters. Such a process is of particular interest in the enantioselective production of chiral secondary alcohols, e.g. B. in the resolution of racemates.
  • the hydrolysis of the alkyl sulfate esters can take place with retention or inversion of the configuration.
  • the secondary alkyl sulfatases RS1 and RS2 isolated from Rhodococcus ruber DSM 44541 hydrolyze e.g. B. (R) - (-) - 2-octyl sulfate stereoselectively by inversion of the configuration to (S) - (+) - 2-octanol.
  • Rhodococcus ruber cells of the strain DSM 44541 are cultivated in a liquid medium composed of 10 g / l glucose, 10 g / l peptone, 10 g / l yeast extract, 2 g / l NaCl, 1.5 g MgS0 4 -7H 2 0 , 1, 3 g / l NaH 2 P0 4 and 4.4 g / l K 2 HP0 4 under aerobic conditions.
  • the culture solution is swirled in a flask with baffles at 30 ° C and 130 rpm, the cell growth is monitored by measuring the optical density at an absorption wavelength of 546 nm.
  • Rhodococcus ruber DSM 44541 cell paste (wet weight) are suspended in 120 ml of Tris buffer (10 mM, pH 7.5). 120 ml of glass beads with a diameter of approximately 0.35 mm are added to this suspension. The cells of the suspension are broken up with a vibration cell mill with external ice / water cooling at a temperature below 4 ° C. The cells break open in 4 cycles from a two-minute vibration phase and subsequent five-minute cooling. After filtration of the glass beads, the cell lysate is centrifuged at 4 ° C and 38000 xg for two hours.
  • the centrifuged cell lysate is treated with DEAE cellulose in a batch process for the separation of carotenoids, lipids, etc., the alkyl sulfatases being bound to the DEAE cellulose carrier.
  • the alkyl sulfatases are eluted with a solution of 10 mM Tris / HCl and 0.5 M NaCl. NaCl is added to the crude enzyme extract prepared in this way, with stirring and with ice cooling, until the final concentration of 4 M is reached.
  • sulfatase RS1 is eluted at a NaCl concentration of 1 M (25% buffer B, 75% buffer A), the more lipophilic sulfatase RS2 is at one NaCl concentration of 0 M eluted (0% buffer B, 100% buffer A).
  • the protein constituents of the fraction used are eluted with a 10 mM Tris / HCl buffer, pH 7.5, using a gradual NaCI gradient between 0 M and 1 M NaCI.
  • the secondary alkyl sulfatases RS1 and RS 2 are desorbed at a NaCl concentration between 0.15 and 0.31 M.
  • the fractions containing RS1 and RS2 are then placed in 10 mM piperazine buffer, pH 6.0, on a Blue Sepharose column (Pharmacia) applied. Under the given conditions, neither RS1 nor RS2 binds to the column material and can therefore be collected immediately.
  • the column is then washed out with a Tris / glycine buffer, pH 8.9.
  • the enzymatically active fractions obtained are concentrated to 1 ml (Centriplus 10, Amicon) and applied to a Superdex 200 column. The column is equilibrated and the respective sulfatase eluted with a 50 mM NaH 2 PO 4 , 0.15 M NaCl buffer, pH 7.0.
  • Figure 1 shows an SDS-PAGE (12%) analysis of the protein-containing sample:
  • Lane A shows the crude cell extract.
  • Lane B shows the sample after treatment with DEAE cellulose.
  • Lane C shows the sample after chromatography on phenyl Sepharose.
  • Lane D shows the sample after Q6 ion exchange chromatography.
  • Lane E shows the sample after chromatography on Blue Sepharose.
  • Lane F shows the sample of the purified secondary alkyl sulfatase RS2 after the
  • Lane G shows molecular weight markers.
  • the samples were stained with Coomassie Brilliant Blue R.
  • Example 3 Assays for determining the enzymatic activity.
  • reaction time is extended to 1 to 2 hours if 2-octyl sulfate ester is used as the substrate for the detection of the enzymatic activity.
  • the conversion is determined by means of GC on achiral columns (HP 1301, 6% cyanopropylphenylmethylpolysiloxane, 30 mx 0.25 mm x 0.25 ⁇ m (film) and HP-1, 30 mx 0.53 mm x 0.5 ⁇ m; N 2 ), the temperature being held at 90 ° C for 2.5 minutes, followed by a temperature increase to 110 ° C with a heating rate of 10 ° C / min.
  • the specified temperature program is tailored to the measurement of 2-, 3- and 4-octanol.
  • the enantiomeric excess (ee) is determined on chiral Chrompack CP 7500 columns (cyclodextrin-B-2, 25 mx 0.25 mm x 25 ⁇ m) and Chrompack Chirasil-Dex CB / G-PN ( ⁇ -cyclodextrin propionyl column, 30 mx 0.32 mm) with hydrogen as carrier gas.
  • the (R) - or (S) -alcohol is identified by co-injection of a corresponding chiral alcohol.
  • the alcohol is derivatized with trifluoroacetic anhydride (TFA).
  • TFA trifluoroacetic anhydride
  • 400 ⁇ l of the enzymatically reacted reaction mixture are extracted with 500 ⁇ l dichloromethane and dried over anhydrous sodium sulfate.
  • the solution is heated to 60 ° C. for 20 minutes.
  • the sample is extracted twice with 0.5 ml of 5% sodium bicarbonate solution.
  • the organic phase has finally been dried over anhydrous sodium sulfate, the sample is analyzed by gas chromatography.
  • the sample can alternatively be treated with a solution of N-methyl-bis-trifluoroacetamide in dichloromethane (1: 3 v / v) at 40 ° C for one hour and then directly examined by gas chromatography.
  • Another alternative method is the gas chromatographic analysis of the corresponding acetates.
  • 400 ⁇ l of the enzymatically reacted reaction solution are extracted with 400 ⁇ l ethyl acetate.
  • the organic phase is dried over anhydrous sodium sulfate.
  • 80 ⁇ l acetic anhydride and cat. p-Dimethylaminopyridine the solution is shaken overnight at room temperature.
  • the solution is then extracted twice with 0.5 ml of water and then the organic phase is dried over anhydrous sodium sulfate and analyzed.
  • the substrates to be examined are implemented as described in Example 3. The results of the implementation are shown in Table 2.
  • Table 2 Substrate tolerance of the secondary alkyl sulfatase RS2 from Rhodococcus rube OSM 44541.
  • Table 3 Effect of the addition of salts on the yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-3-octyl sulfate with RS2.
  • Table 4 Effect of the addition of salts on the yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-4-octyl sulfate with RS2.
  • Table 5 Effect of the addition of salts on the yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-2-octyl sulfate with RS2.
  • Table 8 Effect of adding other additives on the yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of octyl sulfate testers with RS2.
  • Example 10 Influence of a carrier on immobilized enzymes
  • Table 9 Effect of the addition of anionic Carriem on yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-3-octyl sulfate with RS2.
  • ecteola cellulose as an anionic carrier material for the immobilization of secondary alkyl sulfatases has a positive effect on conversion and in particular on the enantioselectivity of the hydrolysis of alkyl sulfate esters.
  • Table 10 Yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-2-octyl sulfate (5% (v / v)) with RS2 in different organic solvents.
  • a further advantage of the secondary alkyl sulfatases according to the invention is shown, namely their stability in the presence of organic solvents without a major loss of activity.
  • a particularly suitable organic solvent for enantioselective reactions of secondary alkyl sulfate esters is t-BuOH.
  • the influence of Ba 2+ on the enzymatic activity of the secondary alkyl sulfatase RS2 was determined using 15 mM rac-2-octyl sulfate ester as substrate in 0.1 M Tris / HCl buffer at a pH of 7.5 and a temperature of 24 ° C determined. 2 shows the conversion of secondary alkyl sulfate ester depending on the reaction time with and without the addition of barium ions to the reaction mixture.
  • Example 13 Biochemical characterization of the secondary alkyl sulfatase RS2 from Rhodococcus ruber DSM 44541. a) Determination of the molecular weight
  • the molecular weight of RS2 was determined by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The molecular weight determined by SDS-PAGE is checked on the basis of the enzyme size using a Superdex 200 column. The calibration is carried out with chymotrypsinogen A (25 kDa), ovalbumin (43 kDa), BSA (67 kDa), alcohol dehydrogenase (150 kDa) and blue dextran (2000 kDa) as molecular weight standards.
  • SDS-PAGE SDS-polyacrylamide gel electrophoresis
  • the molecular weight determination under denaturing conditions using SDS-polyacrylamide gel electrophoresis showed a molecular weight of 43.3 kDa for the secondary alkyl sulfatase RS2.
  • Elution of the purified enzyme via the Superdex 200 resulted in a molecular weight of approx. 67 kDa, which indicates a non-globular or dimeric structure of the enzyme.
  • the isoelectric point of the secondary alkyl sulfatase RS2 was determined using a BioRad IEF Ready Gel System at a pH between pH 3 and pH 10. The pl determination of RS2 gave a value of 5.1.
  • the pH optimum of the sulfatase RS2 was determined using 15 mM rac-2-octyl sulfate ester as substrate in 100 mM Tris / maleate buffer at 24 ° C. over a pH range of 6.0 to 9.0.
  • the activity maximum of the secondary alkyl sulfatase RS2 is between pH 7.5 and 8.0.
  • Alkyl sulfatase RS2 was made using 15mM rac-2-octylsu ifate ester as
  • Sodium sec- ( ⁇ ) -alkyl sulfates are obtained by sulfating the corresponding secondary alcohols with the addition of triethylamine-SO 3 complexes in accordance with the synthesis instructions as described in White, GF et al., Biochem. J., 187, 191, 1980.
  • 0.132 g of sodium hydride (5.52 mmol, 60% dispersion in mineral oil, washed with petroleum ether) are suspended in 2 ml of dioxane under an argon atmosphere. 2.48 mmol of the secondary alcohol are slowly added dropwise to this suspension through a septum. The mixture is stirred for one hour at room temperature.
  • the sulfur trioxide-triethylamine complex (0.5 g, 2.76 mmol) is dissolved in 4 ml of anhydrous dioxane with heating. The solution obtained is then slowly added dropwise to the sodium alcoholate solution and stirred overnight. The reaction is terminated by adding distilled water. The solution is then completely evaporated in a rotary evaporator. The residue is taken up in 15 ml of distilled water and extracted 5 times with 10 ml of ethyl acetate. The water is then removed by lyophilization. The resulting powder is taken up in 30 ml of methanol and filtered off. The filtrate is freed from the solvent at reduced pressure.
  • 1-Bromoctan-7-ol is synthesized according to Yadav, J.S. et al., Tedrahedron, 45, 6263-6270, 1989 and then sulfated as just described.

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Abstract

The invention concerns novel alkylsulphatases obtained from actinomycetes, as well as their use, in particular during catalytic conversion of secondary sulphate esters.

Description

SULFATASEN UND IHRE VERWENDUNG SULFATASES AND THEIR USE
Die vorliegende Erfindung betrifft neue Sulfatasen aus Actinomyceten und deren Verwendung, insbesondere zur katalytischen Umsetzung sekundärer Sulfatester.The present invention relates to new sulfatases from actinomycetes and their use, in particular for the catalytic conversion of secondary sulfate esters.
Sulfatasen sind Enzyme, die eine hydrolytische Spaltung von Sulfatestern zu anorganischem Sulfat und den entsprechenden Alkoholen katalysieren. Die enzymatische Hydrolyse von Sulfatestern verläuft dabei nach folgendem allgemeinen Reaktionsschema:Sulfatases are enzymes that catalyze hydrolytic cleavage of sulfate esters to inorganic sulfate and the corresponding alcohols. The enzymatic hydrolysis of sulfate esters follows the general reaction scheme:
R-O-SO3" + H20 → R-OH + S04 2_ + H+ RO-SO3 " + H 2 0 → R-OH + S0 4 2_ + H +
Inzwischen ist eine große Anzahl von Sulfatasen bekannt, die sich in bezug auf ihre bevorzugten Substrate in Alkyl-, Aryl- und Kohlenhydratsulfatasen klassifizieren lassen. In höheren Organismen vermitteln Sulfatasen vor allem die Hydrolyse von Glycolipid-, Glycosaminoglycan- oder Steroid-Sulfatestern. Im Gegensatz dazu spielt in Bakterien die Assimilation von Schwefel aus der Umgebung und vermutlich die Bereitstellung energiespeichernder schwefelhaltiger Verbindungen für das Zellwachstum eine bedeutende Rolle.A large number of sulfatases are now known which can be classified in terms of their preferred substrates into alkyl, aryl and carbohydrate sulfatases. In higher organisms, sulfatases primarily mediate the hydrolysis of glycolipid, glycosaminoglycan or steroid sulfate esters. In contrast, the assimilation of sulfur from the environment and probably the provision of energy-storing sulfur-containing compounds for cell growth play an important role in bacteria.
Die am besten charakterisierte Gruppe von Sulfatasen sind die stark konservierten Arylsulfatasen, die aromatische, insbesondere phenolische Substrate akzeptieren. Einige Arylsulfatasen, z. B. die aus humanen Zellen isolierbaren, setzen allerdings bevorzugt Kohlenhydrat-Sulfatester um. Charakteristisch für Arylsulfatasen ist eine Serin-Semialdehyd-Einheit, d. h. eine Cα-Formylglycin (Fglyc) -Einheit im aktiven Zentrum des Enzyms, die aus einem posttranslational modifizierten Cystein- oder Serinrest gebildet werden kann. Diese posttranslationale Modifikation ist essentiell für die biochemische Funktion des Enzyms. Bakterielle Arylsulfatasen gehören zu den sogenannten „sulfate starvation-induced proteins" (SSI-Poteine), die z. B. bei einer Kultivierung mit alternativen Schwefelquellen wie Arylsulfonaten, Alkylsulfiden, Thioethem etc. gebildet werden können.The best characterized group of sulfatases are the highly conserved aryl sulfatases, which accept aromatic, especially phenolic substrates. Some aryl sulfatases, e.g. B. the isolatable from human cells, but preferably implement carbohydrate sulfate esters. A serine semialdehyde unit, ie a C α -formylglycine (Fglyc) unit in the active center of the enzyme, which can be formed from a post-translationally modified cysteine or serine residue, is characteristic of aryl sulfatases. This post-translational modification is essential for the biochemical function of the enzyme. Bacterial aryl sulfatases belong to the so-called "sulfate starvation-induced proteins" (SSI poteins), which are used, for example, in a cultivation with alternative sulfur sources such as aryl sulfonates, alkyl sulfides, thioethers, etc. can be formed.
Bei weitem weniger gut charakterisiert ist die Klasse der Alkylsulfatasen, die die Hydrolyse organischer Sulfatester von primären und sekundären Alkoholen katalysiert. Dies ist um so erstaunlicher vor dem Hintergrund, dass jährlich große Mengen an Alkylsulfaten als Bestandteil von Haushaltserzeugnissen (z. B. Detergentien) in die Umwelt freigesetzt und von Mikroorganismen abgebaut werden (Y.-C. Hsu, Nature 200, 1091-1092 (1963); Williams, J., et al., Appl. Microbiol. 12, 360-362 (1964); White, G. F., et al., Environ. Pollut. Ser. A. 37, 1-11 (1985)).The class of alkyl sulfatases, which catalyzes the hydrolysis of organic sulfate esters of primary and secondary alcohols, is far less well characterized. This is all the more surprising against the background that large amounts of alkyl sulfates are released into the environment as a component of household products (e.g. detergents) and are broken down by microorganisms (Y.-C. Hsu, Nature 200, 1091-1092 ( 1963); Williams, J., et al., Appl. Microbiol. 12, 360-362 (1964); White, GF, et al., Environ. Pollut. Ser. A. 37, 1-11 (1985)) ,
Die Existenz von spezifischen Alkylsulfatasen wurde erstmals von Dodgson, K. S. et al, Sulfatases of Microbial Origin, 2 vols., CRC Press, Inc., Boca Raton (1982) in einem umfangreichen Review beschrieben.The existence of specific alkyl sulfatases was first described in a comprehensive review by Dodgson, K.S. et al, Sulfatases of Microbial Origin, 2 vols., CRC Press, Inc., Boca Raton (1982).
Die bisher am besten charakterisierten Alkylsulfatasen stammen aus den Gramnegativen Bakterienstämmen Pseudomonas C12B (NCIMB 11753 = ATCC 43648) und Comamonas terrigena (NCIMB 8193) (Dodgson, K. S. et al, Sulfatases of Microbial Origin, 2 vols., CRC Press, Inc., Boca Raton (1982)). Pseudomonas C12B kann bis zu fünf unterschiedliche Alkylsulfatasen, je nach Kutivierungsbedingungen, die für die Hydrolyse von primären oder sekundären Alkylsulfatestem geeignet sind, exprimieren (Dodgson, K.S., et al, Biochem. J. 138, 53-62 (1974); Bartholomew, B., et al. Biochem. J. 169, 659-667 (1978); Cloves, Ü.M., et al., Biochem. J. 185, 13-21 (1980)). Demgegenüber besitzt Comamonas terrigena nur zwei sekundäre Alkylsulfatasen (Fitzgerald, J.W., et al., Biochem. J. 149, 477-480 (1975); Barrett, C.H., et al., Biochem. J., 191 , 467-473 (1980); Matcham, G.W.J., et al., Biochem. J. 167, 723-729 (1977)).The best characterized alkyl sulfatases so far come from the Gram negative bacterial strains Pseudomonas C12B (NCIMB 11753 = ATCC 43648) and Comamonas terrigena (NCIMB 8193) (Dodgson, KS et al, Sulfatases of Microbial Origin, 2 vols., CRC Press, Inc., Boca Raton (1982)). Pseudomonas C12B can express up to five different alkyl sulfatases, depending on the cutting conditions, which are suitable for the hydrolysis of primary or secondary alkyl sulfate testers (Dodgson, KS, et al, Biochem. J. 138, 53-62 (1974); Bartholomew, B ., et al. Biochem. J. 169, 659-667 (1978); Cloves, U.M., et al., Biochem. J. 185, 13-21 (1980)). In contrast, Comamonas terrigena has only two secondary alkyl sulfatases (Fitzgerald, JW, et al., Biochem. J. 149, 477-480 (1975); Barrett, CH, et al., Biochem. J., 191, 467-473 (1980 ); Matcham, GWJ, et al., Biochem. J. 167, 723-729 (1977)).
Darüber hinaus konnte bisher auch in Pseudomonas putida FLA, Aerobacter cloacae (Payne, W.J., et al. Nature 214, 623-624 (1967)) und vermutlich auch in Pseudomonas B-2 (Lijmbach, G.W.M., et al., J. Microbiol. Serol. 39, 415 (1973)) eine Alkylsulfataseaktivität nachgewiesen werden. Weiterhin konnte in einer Mischkultur aus Mikroorganismen, die aus aktivem Schlamm isoliert wurde, eine Alkylsulfataseaktivität festgestellt werden (Vacium, L. et al., Res. Roum. Biochim. 2, 149 (1976)).In addition, Pseudomonas putida FLA, Aerobacter cloacae (Payne, WJ, et al. Nature 214, 623-624 (1967)) and probably also in Pseudomonas B-2 (Lijmbach, GWM, et al., J. Microbiol Serol. 39, 415 (1973)) an alkyl sulfatase activity can be detected. Furthermore, in a mixed culture of microorganisms isolated from active sludge Alkyl sulfatase activity can be found (Vacium, L. et al., Res. Roum. Biochim. 2, 149 (1976)).
Bisher zeigten als einzige Gram-positive Bakterienstämme Bacillus cereus (Singh, K.L., et al., World J. Microbiol. Biotechnol. 14, 777-779 (1998)) und Coryneform sp. B1a (Payne, W. J., et al., Appl. Microbiol. 13, 698 (1965)) eine primäre AI kylsu If ataseakti vität.So far, the only gram-positive bacterial strains have been Bacillus cereus (Singh, K.L., et al., World J. Microbiol. Biotechnol. 14, 777-779 (1998)) and Coryneform sp. B1a (Payne, W.J., et al., Appl. Microbiol. 13, 698 (1965)) a primary alkyl activity if atase activity.
Bisher konnten nur in Einzelfällen Alkylsulfatasen tatsächlich bis zur Homogenität gereinigt werden. Über deren Struktur, Substratspezifität oder deren Eigenschaften liegen demgegenüber bisher kaum Erkenntnisse vor. Aus diesen Gründen wurden bisher Alkylsulfatasen z. B. in der organischen Synthese nicht genutzt, obwohl gerade bei der enantioselektiven Herstellung von sekundären Alkoholen solche Enzyme wertvolle Werkzeuge z. B. bei der Racematspaltung sein könnten. Das technische Potential der Alkylsulfatasen ist daher kaum erschlossen.Until now, alkyl sulfatases could only be purified to homogeneity in individual cases. On the other hand, there is hardly any knowledge about their structure, substrate specificity or their properties. For these reasons, alkyl sulfatases z. B. not used in organic synthesis, although especially in the enantioselective production of secondary alcohols such enzymes valuable tools such. B. could be in the resolution of racemates. The technical potential of alkyl sulfatases has therefore hardly been tapped.
Davon ausgehend ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung neue Alkylsulfatasen bereitzustellen, die z. B. als enzymatische Werkzeuge bei der Alkylsulfatester- spaltung Anwendung finden können.Based on this, the object of the present invention is to provide new alkyl sulfatases which, for. B. can be used as enzymatic tools in the alkyl sulfate ester cleavage.
Die große Mehrzahl der auf Alkylsulfatasen getesteten pro- und eukaryontischen Mikroorganismen, die für einen ausgeprägten Sekundärstoffwechsel bekannt sind, zeigt allerdings keine Aktivität bezüglich der Hydrolyse von sekundären Alkylsulfatestem (Tabelle 1).However, the vast majority of the pro and eukaryotic microorganisms tested for alkyl sulfatases, which are known for a pronounced secondary metabolism, show no activity with regard to the hydrolysis of secondary alkyl sulfate testers (Table 1).
Überraschend hat sich dem gegenüber gezeigt, dass ganz im Gegensatz zu anderen Gram-positiven Bakterien in Actinomyceten, insbesondere in Rhodococcen, sekundäre Alkylsulfatasen exprimiert werden. Weiterhin können diese sekundären Alkylsulfatasen bis zur Homogenität gereinigt werden, ohne das die Enzyme ihre enzymatische Aktivität verlieren. Die so erhaltenen sekundäre Alkylsulfatasen aus Actinomyceten, bevorzugt aus Rhodococcus sp. sind Gegenstand der vorliegenden Erfindung. Tabelle 1: Ergebnisse der Suche nach sekundären Alkylsulfatasen in Gram-positiven Bakterien und in Pilzen unter Verwendung von rac-2-Octylsulfat als Testsubstrat.In contrast, it has surprisingly been found that, in contrast to other Gram-positive bacteria, secondary alkyl sulfatases are expressed in actinomycetes, especially in rhodococci. Furthermore, these secondary alkyl sulfatases can be purified to homogeneity without the enzymes losing their enzymatic activity. The secondary alkyl sulfatases obtained in this way from Actinomycetes, preferably from Rhodococcus sp. are the subject of the present invention. Table 1: Results of the search for secondary alkyl sulfatases in Gram-positive bacteria and in fungi using rac-2-octyl sulfate as the test substrate.
Figure imgf000005_0001
k.A. = keine Angabe k.U. = kein Umsatz a relative molare Menge b (([2-Octanol]+ [2-Octanon]) / [2-Octylsulfatester])
Figure imgf000005_0001
kA = no information kU = no conversion a relative molar amount b (([2-octanol] + [2-octanone]) / [2-octyl sulfate ester])
Enzymatisch aktive sekundäre Alkylsulfatasen lassen sich aus dem jeweiligen Actinomyceten-Stamm isolieren, indem die folgenden Reiningungsschritte vorgenommen werden: a) Grobreinigung eines zellfreien Lysates mittels einer Phenyl-Sepharose-Säule mit einem fallenden sulfatfreien Salzgradienten, b) weitere Reinigung der erhaltenen Fraktionen, die eine enzymatische Alkylsulfataseaktivität zeigen, mit einem Ionenaustauscher-, vorzugsweise einem Anionenaustauscherharz, c) die durch lonenaustauschchromatographie erhaltenen Fraktionen, die eine enzymatische Alkylsulfataseaktivität zeigen, werden über eine Blue Sepharose Säule geschickt und d) anschließend wird das Enzym aus den resultierenden Fraktionen, die eine enzymatische Alkylsulfataseaktivität zeigen, mit der Superdex 200-Säule zur Homogenität gereinigt.Enzymatically active secondary alkyl sulfatases can be isolated from the respective Actinomycetes strain by carrying out the following purification steps: a) rough cleaning of a cell-free lysate using a phenyl-Sepharose column with a falling sulfate-free salt gradient, b) further purification of the fractions obtained, which show an enzymatic alkyl sulfatase activity, with an ion exchange, preferably an anion exchange resin, c) the fractions obtained by ion exchange chromatography, which show an enzymatic alkyl sulfatase activity, are passed through a Blue Sepharose column and d) then this is done Enzyme from the resulting fractions, which show an enzymatic alkyl sulfatase activity, purified with the Superdex 200 column for homogeneity.
Dabei ist es vorteilhaft, das zellfreie Lysat vorab mit DEAE-, TEAE- oder Ecteola- Cellulose oder mit DEAE-Sephadex A-25 zur Abtrennung von nicht peptidischen Bestandteilen zu behandeln. Dabei werden sekundäre Alkylsulfatasen an den Carrier gebunden und mit einem salzhaltigen Puffer von diesem zur weiteren Reinigung gelöst.It is advantageous to treat the cell-free lysate beforehand with DEAE, TEAE or Ecteola cellulose or with DEAE-Sephadex A-25 to separate non-peptide components. Secondary alkyl sulfatases are bound to the carrier and dissolved with a saline buffer for further cleaning.
Ein Reinigungsschema, dass sich im besonderen zur Isolierung von sekundären Alkylsulfatasen aus Rhodococcen bewährt hat, umfasst folgende Verfahrensschritte: a) Behandlung eines Zelllysats eines Actinomycetenstammes mit DEAE- Cellulose im Batch-Verfahren zur Abtrennung von Carotinoiden, Lipiden etc., b) Elution des Enzyms mit einer Lösung aus 10mM Tris/HCI und 0,5 M NaCI, c) Zugabe von NaCI zum Eluat bis zu einer Endkonzentration 4 M NaCI und säulenchromatographische Reinigung der resultierenden Lösung über eine Phenyl-Sepharose-Säule, equilibriert mit einem 10 mM Tris/HCI-Puffer enthaltend 4 M NaCI, pH 7,5 (Puffer B), wobei zur Eluierung des Enzyms ein stufenweiser NaCI-Gradient von 4 M bis 0 M genutzt wird. Danach erfolgt zur weiteren Reinigung eine d) Dialyse enzymatisch aktiver Fraktionen gegen 10 mM Tris/HCI-Puffer, pH 7,5, gefolgt von einer e) lonenaustauschchromatographie mit einer Q6-Säule (BioRad), wobei die Säule mit einem 10 mM Tris/HCI-Puffer, pH 7,5 (Puffer A) equilibriert ist und zur Eluierung ein NaCI-Gradient von 0 M bis 1 M benutzt wird. Der Gradient kann z. B. durch schrittweise Zugabe von Puffer-Mischungen aus Puffer A und Puffer C (10 mM Tris/HCI, pH 7,5, 1 M NaCI) erfolgen. Die weitere Reinigung erfolgt durch f) Auftragen der enzymatisch aktiven Fraktionen an eine Blue Sepharose-Säule (Pharmacia), wobei die enzymatisch aktiven Fraktionen in einem 10 mM Piperazin-Puffer, pH 6,0 vorgelegt und eluiert werden. Die Säule wird anschließend zusätzlich mit einem Tris/Glycin-Puffer, pH 8,9 gewaschen. g) Reinigung zur Homogenität an einer Superdex 200-Säule mit einem 50 mM NaH2P04-Puffer, pH 7,0 bei einer NaCI-Konzentration von 0,15 M.A purification scheme that has proven particularly useful for isolating secondary alkyl sulfatases from rhodococci comprises the following process steps: a) treatment of a cell lysate of an actinomycete strain with DEAE cellulose in a batch process for the separation of carotenoids, lipids etc., b) elution of the enzyme with a solution of 10mM Tris / HCl and 0.5M NaCI, c) adding NaCI to the eluate to a final concentration of 4M NaCI and column chromatographic purification of the resulting solution over a phenyl Sepharose column, equilibrated with a 10mM Tris / HCl buffer containing 4 M NaCI, pH 7.5 (buffer B), a step-wise NaCI gradient from 4 M to 0 M being used to elute the enzyme. This is followed by further d) dialysis of enzymatically active fractions against 10 mM Tris / HCl buffer, pH 7.5, followed by e) ion exchange chromatography using a Q6 column (BioRad), the column using a 10 mM Tris / HCI buffer, pH 7.5 (buffer A) is equilibrated and an NaCI gradient of 0 M to 1 M is used for elution. The gradient can e.g. B. by gradually adding buffer mixtures from buffer A. and buffer C (10 mM Tris / HCl, pH 7.5, 1 M NaCl). Further purification is carried out by f) applying the enzymatically active fractions to a Blue Sepharose column (Pharmacia), the enzymatically active fractions being placed in a 10 mM piperazine buffer, pH 6.0, and eluted. The column is then additionally washed with a Tris / glycine buffer, pH 8.9. g) Purification for homogeneity on a Superdex 200 column with a 50 mM NaH 2 PO 4 buffer, pH 7.0 at a NaCI concentration of 0.15 M.
Zur Bestimmung enzymatisch aktiver Fraktionen kann die enzymatische Hydrolyse von sekundären Alkylsulfatestem genutzt werden, wobei entweder die Menge an freigesetztem Sulfat oder an freigesetztem Alkohol als Maß für die enzymatische Aktivität der einzelnen Fraktionen bestimmt werden kann. Das erste Verfahren ist z. B. in Dodgson, K.S., Biochem. J., 78, 312-319, 1961 ; Tudball, N., et al. Biochem. J. 126, 187-191 , 1972 zu finden.The enzymatic hydrolysis of secondary alkyl sulfate testers can be used to determine enzymatically active fractions, it being possible to determine either the amount of sulfate released or alcohol released as a measure of the enzymatic activity of the individual fractions. The first method is e.g. B. in Dodgson, K.S., Biochem. J., 78, 312-319, 1961; Tudball, N., et al. Biochem. J. 126, 187-191, 1972.
Die so isolierten erfindungsgemäßen sekundären Alkylsulfatasen aus Actinomyceten weisen vorzugsweise in denaturierter Form ein Molekulargewicht zwischen 30 und 60 kDa und/oder im nativen Zustand ein Molekulargewicht zwischen 60 und 80 kDa auf. Besonders bevorzugt sind sekundäre Alkylsulfatasen mit einem Molekulargewicht zwischen 41 und 45 kDa im denaturierten Zustand und/oder zwischen 65 und 69 kDa im nativen Zustand. Die Bestimmung des Molekulargewichts im denaturierten Zustand erfolgt gelelektrophoretisch mit dem SDS-PAGE-Verfahren.The secondary alkyl sulfatases of actinomycetes according to the invention isolated in this way preferably have a molecular weight between 30 and 60 kDa in denatured form and / or a molecular weight between 60 and 80 kDa in the native state. Secondary alkyl sulfatases with a molecular weight between 41 and 45 kDa in the denatured state and / or between 65 and 69 kDa in the native state are particularly preferred. The molecular weight in the denatured state is determined by gel electrophoresis using the SDS-PAGE method.
Mit dem beschriebenen Verfahren können z. B. sekundäre Alkylsulfatasen RS1 und RS2 aus Rhodococcus ruber DSM 44541 isoliert werden. Das Molekulargewicht der denaturierten sekundären Alkylsulfatase RS2 wurde mit dem SDS-PAGE-Verfahren bestimmt und liegt bei 43,3 kDa. Dieses Enzym besitzt im nativen Zustand ein Molekulargewicht von 67 kDa, bestimmt durch Eluierung an Superdex 200, was auf das vorliegen eines Dimeren Enzyms hindeuten könnte. Der isoelektrische Punkt des Enzyms RS2 liegt bei 5,1. Zur weiteren Charakterisierung der sekundären Alkylsulfatase RS2 aus Rhodococcus ruber DSM 44541 wurde das Enzym massenspektrometrisch untersucht. Dabei konnten einzelne charakteristische Peptidfragmente mit Hilfe der Elektrospray-Tandemmassenspektrometrie nachgewiesen werden. Dazu kann z. B. die gelelektrophoretisch aufgetrennte Sulfatasefraktion isoliert und mit Trypsin verdaut werden. Die erhaltene Peptidmischung wird mittels ES MS/MS analysiert. So können für die sekundäre Alkylsulfatase RS2 aus Rhodococcus ruber DSM 44541 folgende fünf Peptidfragmente nachgewiesen werden,With the method described, for. B. secondary alkyl sulfatases RS1 and RS2 from Rhodococcus ruber DSM 44541 can be isolated. The molecular weight of the denatured secondary alkyl sulfatase RS2 was determined using the SDS-PAGE method and is 43.3 kDa. In its native state, this enzyme has a molecular weight of 67 kDa, determined by elution on Superdex 200, which could indicate the presence of a dimeric enzyme. The isoelectric point of the enzyme RS2 is 5.1. To further characterize the secondary alkyl sulfatase RS2 from Rhodococcus ruber DSM 44541, the enzyme was examined by mass spectrometry. Individual characteristic peptide fragments could be detected with the help of electrospray tandem mass spectrometry. For this, e.g. B. the gel electrophoretically separated sulfatase fraction is isolated and digested with trypsin. The peptide mixture obtained is analyzed by means of ES MS / MS. The following five peptide fragments can be detected for the secondary alkyl sulfatase RS2 from Rhodococcus ruber DSM 44541,
[L,I]TAT[L,I][L,I]NN[L,I]QMPPR Sequenz I (Seq ID No. 1-16)[L, I] TAT [L, I] [L, I] NN [L, I] QMPPR Sequence I (Seq ID No. 1-16)
T[L,I]AEGGTAWESPR Sequenz II (Seq ID No. 17/18)T [L, I] AEGGTAWESPR Sequence II (Seq ID No. 17/18)
PEAV[L,I]VSAAR Sequenz III (Seq ID No. 19/20)PEAV [L, I] VSAAR Sequence III (Seq ID No. 19/20)
NP[L,I]FADAEAR Sequenz IV (Seq ID No. 21/22)NP [L, I] FADAEAR Sequence IV (Seq ID No. 21/22)
E[L,I]G[L,I]TP[L,I]AR Sequenz V (Seq ID No. 23-30) ([L,l]=Leucin oder Isoleucin)E [L, I] G [L, I] TP [L, I] AR Sequence V (Seq ID No. 23-30) ([L, l] = leucine or isoleucine)
wobei die Fragmente Sequenz I und II keine signifikante Homologie zu anderen Proteinen zeigen. Sequenz III und V ist homolog zu einer putativen Thiolase aus Streptomyces coelicolor 3(2), Sequenz V ist darüber hinaus homolog zu einem Thiolasesegment aus Mycobacterium tuberculosis, Sequenz IV ist homolog zu einer putativen Acetyl-CoA-Acetyltransferase aus Streptomyces venezuelae. Somit sind ein bevorzugter Gegenstand der vorliegenden Erfindung sekundäre Alkylsulfatasen aus Actinomyceten, die mindestens einen Aminosäuresequenzbereich gemäß Sequenzen I bis V enthalten.the fragments sequence I and II show no significant homology to other proteins. Sequences III and V are homologous to a putative thiolase from Streptomyces coelicolor 3 (2), sequence V is also homologous to a thiolase segment from Mycobacterium tuberculosis, sequence IV is homologous to a putative acetyl-CoA acetyltransferase from Streptomyces venezuelae. Thus, a preferred subject of the present invention are secondary alkyl sulfatases from actinomycetes which contain at least one amino acid sequence region according to sequences I to V.
Die erfindungsgemäßen sekundären Alkylsulfatasen sind nicht nur enzymatisch aktiv isolierbar, sondern zeichnen sich weiterhin durch ihre gute Stabilität aus, wodurch sie für die Verwendung in der enzymatisch-organischen Hydrolyse von Sulfatestern geeignet sind. Mögliche Verwendungen sind hierbei etwa der Einsatz in Klärvorrichtungen und/oder der Abbau von Sulfatestern aus Waschmitteln. Die Alkylsulfatasen behalten z. B. ihre enzymatische Aktivität in Gegenwart organischer Lösemittel, in einem weiten pH-Wert- und Temperaturbereich. Bevorzugt ist ein pH- Wertbereich zwischen pH 5,5 und pH 10 und eine Reaktionstemperatur unter 40°C. Darüber hinaus ist der Einfluss vieler Detergenzien, Zucker und Polyalkohole auf die Aktivität der Enzyme gering. Auch der Einfluss der meisten Salze zeigt keinen starken Einfluss auf die Hydrolyseaktivität der getesteten Alkylsulfatasen. Einige dieser Additive zeigen hingegen einen positiven Effekt auf Umsatz oder Enantioselektivität der enzymatischen Hydrolyse von Alkylsulfatestern.The secondary alkyl sulfatases according to the invention can not only be isolated enzymatically, but are furthermore distinguished by their good stability, which makes them suitable for use in the enzymatic-organic hydrolysis of sulfate esters. Possible uses here include the use in clarifiers and / or the degradation of sulfate esters from detergents. The alkyl sulfatases keep e.g. B. their enzymatic activity in the presence of organic solvents, in a wide pH and temperature range. A pH range between pH 5.5 and pH 10 and a reaction temperature below 40 ° C. is preferred. In addition, the influence of many detergents, sugars and polyalcohols on the activity of the enzymes is low. The influence of most salts does not show a strong influence on the hydrolysis activity of the alkyl sulfatases tested. However, some of these additives show a positive effect on conversion or enantioselectivity of the enzymatic hydrolysis of alkyl sulfate esters.
Weiterhin können die Enzyme problemlos ionisch immobilisiert und dadurch aus dem Reaktionsansatz entfernt und wiederverwendet werden, ohne dass die Sulfatasen ihre enzymatische Aktivität verlieren. Zur Immobilisierung geeignet sind insbesondere anionische lonenaustauschharze, wie z. B. DEAE-Cellulose, TEAE- Cellulose, Ecteola Cellulose oder DEAE Sephadex A-25. Die Immobilisierung erfolgt besonders effizient bei einem pH-Wert von 7,5. Als Puffer kann z. B. 0,1 M Tris- Puffer verwendet werden.Furthermore, the enzymes can be ionically immobilized without any problems and thus removed from the reaction batch and reused without the sulfatases losing their enzymatic activity. Anionic ion exchange resins such as, for. B. DEAE cellulose, TEAE cellulose, Ecteola cellulose or DEAE Sephadex A-25. Immobilization takes place particularly efficiently at a pH of 7.5. As a buffer z. B. 0.1 M Tris buffer can be used.
Daraus ergibt sich ein weiterer Gegenstand der vorliegenden Erfindung, nämlich die Verwendung der beanspruchten sekundären Alkylsulfatasen zur enzymatischen Hydrolyse von Alkylsulfatestern oder zur enzymatischen Herstellung von sekundären Alkoholen.This results in a further object of the present invention, namely the use of the claimed secondary alkyl sulfatases for the enzymatic hydrolysis of alkyl sulfate esters or for the enzymatic production of secondary alcohols.
So können z. B. die sekundären Alkylsulfatasen RS1 und RS2 aus Rhodococcus ruber DSM 44541 zur Herstellung von sekundären Alkoholen genutzt werden. Es werden als Substrate bevorzugt sekundäre Alkylsulfatester umgesetzt, die eine Kohlenstoff kette von 7 bis 10 Kohlenstoffatomen enthalten. Besonders bevorzugt ist eine Kettenlänge von 8 Kohlenstoffatomen. Weiterhin sind Sulfatester bevorzugt, deren Sulfatesterbindung an Position 2, 3 oder 4 der veresterten alkoholischen Kohlenstoffkette sitzt.So z. B. the secondary alkyl sulfatases RS1 and RS2 from Rhodococcus ruber DSM 44541 can be used for the production of secondary alcohols. Secondary alkyl sulfate esters which contain a carbon chain of 7 to 10 carbon atoms are preferably reacted as substrates. A chain length of 8 carbon atoms is particularly preferred. Furthermore, sulfate esters are preferred whose sulfate ester bond is located at position 2, 3 or 4 of the esterified alcoholic carbon chain.
Bei Verwendung der sekundären Alkylsulfatase RS2 zur Hydrolyse von Sulfatestern wird bevorzugt in einem pH-Wertbereich zwischen pH 7,0 und pH 8,5 bei Temperaturen zwischen 15°C und 36°C, besonders bevorzugt zwischen 27°C und 32 °C gearbeitet. Weiterhin hat sich bei der Hydrolyse von Alkylsulfatestern mit den erfindungsgemäßen Sulfatasen die Umsetzung unter sulfatfreien Bedingungen bzw. bei sehr niedrigen Sulfatkonzentrationen als vorteilhaft erwiesen. Praktisch sulfatfreie Bedingungen lassen sich z. B. durch den Zusatz von Bariumionen zum Reaktionsansatz erzeugen.When using the secondary alkyl sulfatase RS2 for the hydrolysis of sulfate esters, a pH value between pH 7.0 and pH 8.5 is preferably carried out at temperatures between 15 ° C. and 36 ° C., particularly preferably between 27 ° C. and 32 ° C. Furthermore, the reaction under sulfate-free conditions or at very low sulfate concentrations has proven advantageous in the hydrolysis of alkyl sulfate esters with the sulfatases according to the invention. Practically sulfate-free conditions can e.g. B. by adding barium ions to the reaction mixture.
Die sekundären Alkylsulfatasen sind weiterhin in der Lage, die Hydrolyse von sekundären Alkylsulfatestern enantioselektiv zu katalysieren. Die Enantioselektivitat kann durch Zusatz weiterer Additive wie z. B. Eisen (II)- oder Eisen (III) -Ionen in geringer Konzentration gesteigert werden. Dabei haben sich Konzentrationen zwischen 1 mM und 15 mM für Eisen (II) -Ionen und zwischen 3 mM und 6 mM für Eisen (III) -Ionen, insbesondere wenn sekundäre Alkylsulfatasen aus Rhodococcen eingesetzt werden, als bevorzugt erwiesen. Auch durch den Zusatz von Cetyltrimethylammoniumbromid (CMAB) kann die Enantioselektivitat der Hydrolyse erheblich gesteigert werden.The secondary alkyl sulfatases are also able to enantioselectively catalyze the hydrolysis of secondary alkyl sulfate esters. The enantioselectivity can by adding other additives such. B. iron (II) - or iron (III) ions can be increased in a low concentration. Concentrations between 1 mM and 15 mM for iron (II) ions and between 3 mM and 6 mM for iron (III) ions have proven to be preferred, especially when secondary alkyl sulfatases from rhodococci are used. The enantioselectivity of the hydrolysis can also be increased considerably by adding cetyltrimethylammonium bromide (CMAB).
Neben dem Einsatz von freien sekundären Alkylsulfatasen im Reaktionsansatz können auch immobilisierte sekundäre Alkylsulfatasen eingesetzt werden. Dazu können die erfindungsgemäßen Alkylsulfatasen z. B. an anionischen Trägermaterialien, wie z. B. DEAE-Cellulose, DEAE-Sephadex A-25, TEAE- Cellulose oder Ectoela-Cellulose, immobilisiert werden. Ein besonders geeigneter Träger ist dabei Ecteola-Cellulose, da daran immobilisierte Alkylsulfatasen eine erhöhte Enantioselektivitat zeigen.In addition to the use of free secondary alkyl sulfatases in the reaction mixture, immobilized secondary alkyl sulfatases can also be used. For this purpose, the alkyl sulfatases z. B. on anionic carrier materials, such as. B. DEAE cellulose, DEAE Sephadex A-25, TEAE cellulose or Ectoela cellulose, can be immobilized. A particularly suitable carrier is ecteola cellulose, since alkyl sulfatases immobilized thereon show an increased enantioselectivity.
Sekundäre Alkylsulfatasen sind folglich besonders gut zur Herstellung von sekundären Alkoholen aus deren Sulfatestern geeignet. Von besonderem Interesse ist ein solches Verfahren bei der enantioselektiven Herstellung von chiralen sekundären Alkoholen, z. B. bei der Racematspaltung.Secondary alkyl sulfatases are therefore particularly well suited for the production of secondary alcohols from their sulfate esters. Such a process is of particular interest in the enantioselective production of chiral secondary alcohols, e.g. B. in the resolution of racemates.
Je nach Art des enzymatischen Angriffs kann dabei die Hydrolyse der Alkylsulfatester unter Retention oder Inversion der Konfiguration erfolgen. Die aus Rhodococcus ruber DSM 44541 isolierten sekundären Alkylsulfatasen RS1 und RS2 hydrolysieren z. B. (R)-(-)-2-Octylsulfat stereoselektiv unter Inversion der Konfiguration zu (S)-(+)-2-Octanol.Depending on the type of enzymatic attack, the hydrolysis of the alkyl sulfate esters can take place with retention or inversion of the configuration. The secondary alkyl sulfatases RS1 and RS2 isolated from Rhodococcus ruber DSM 44541 hydrolyze e.g. B. (R) - (-) - 2-octyl sulfate stereoselectively by inversion of the configuration to (S) - (+) - 2-octanol.
Im folgenden werden einige Ausführungsbeispiele zur Verdeutlichung der vorliegenden Erfindung beschrieben.Some exemplary embodiments to illustrate the present invention are described below.
Beispiel 1 : Kultivierung von Rhodococcus ruberExample 1: Cultivation of Rhodococcus ruber
Die Kultivierung von Rhodococcus ruber -Zellen des Stammes DSM 44541 erfolgt in einem Flüssigmedium aus 10 g/l Glucose, 10 g/l Pepton, 10 g/l Hefeextrakt, 2 g/l NaCI, 1 ,5 g MgS04 -7H20, 1 ,3 g/l NaH2P04 und 4,4 g/l K2HP04 unter aeroben Bedingungen. Die Kulturlösung wird in einem Kolben mit Schikanen bei 30°C und 130 rpm geschwenkt, das Zellwachstum wird durch die Messung der optischen Dichte bei einer Absorptionswellenlänge von 546 nm verfolgt.Rhodococcus ruber cells of the strain DSM 44541 are cultivated in a liquid medium composed of 10 g / l glucose, 10 g / l peptone, 10 g / l yeast extract, 2 g / l NaCl, 1.5 g MgS0 4 -7H 2 0 , 1, 3 g / l NaH 2 P0 4 and 4.4 g / l K 2 HP0 4 under aerobic conditions. The culture solution is swirled in a flask with baffles at 30 ° C and 130 rpm, the cell growth is monitored by measuring the optical density at an absorption wavelength of 546 nm.
Beispiel 2: Reinigung der sekundären AlkylsulfatasenExample 2: Purification of the secondary alkyl sulfatases
Zum Aufbruch der Zellen werden 47g Zellpaste (Naßgewicht) von Rhodococcus ruber DSM 44541 in 120 ml Tris-Puffer (10 mM, pH 7,5) suspendiert. Zu dieser Suspension werden 120 ml Glas-Beads mit einem Durchmesser von ca. 0,35 mm zugegeben. Die Zellen der Suspension werden mit einer Vibrationszellmühle mit externer Eis/Wasser-Kühlung bei einer Temperatur von unter 4°C aufgebrochen. Der Zellaufbruch erfolgt dabei in 4 Zyklen aus einer zweiminütigen Vibrationsphase und anschließender fünfminütiger Kühlung. Nach Filtration der Glas-Beads wird das Zelllysat bei 4°C und 38000 x g zwei Stunden zentrifugiert. Das zentrifugierte Zelllysat wird mit DEAE-Cellulose im Batch-Verfahren zur Abtrennung von Carotinoiden, Lipiden, usw. behandelt, wobei die Alkylsulfatasen an den DEAE-Cellulose Carrier gebunden werden. Die Elution der Alkylsulfatasen erfolgt mit einer Lösung aus 10 mM Tris/HCI und 0,5 M NaCI. Zu dem so präparierten Enzym-Rohextrakt wird unter Rühren und unter Eiskühlung solange NaCI zugesetzt bis die Endkonzentration von 4 M erreicht ist. Danach erfolgt eine säulenchromatographische Reinigung des Enzym-Rohextraktes über eine Phenyl- Sepharose-Säule (Pharmacia V = 20 ml), wobei die Säule mit 80 ml eines 10 mM Tris/HCI, 4 M NaCI-Puffers, pH 7,5 (Puffer B) zuerst equilibriert wird. Die Eluierung erfolgt durch stufenweise Reduktion der NaCl-Konzentration. Dazu werden Mischungen des Puffers B mit einem Puffer A (10 mM Tris/HCI, pH 7,5) verwendet. Dabei können zwei sekundäre Alkylsulfatasen aus Rhodococcus ruber DSM 44541 (RS1 und RS2) nachgewiesen werden, die Sulfatase RS1 wird bei einer NaCl- Konzentration von 1 M eluiert (25 % Puffer B, 75 % Puffer A), die lipophilere Sulfatase RS2 wird bei einer NaCl-Konzentration von 0 M eluiert (0 % Puffer B, 100 % Puffer A).To break up the cells, 47 g of Rhodococcus ruber DSM 44541 cell paste (wet weight) are suspended in 120 ml of Tris buffer (10 mM, pH 7.5). 120 ml of glass beads with a diameter of approximately 0.35 mm are added to this suspension. The cells of the suspension are broken up with a vibration cell mill with external ice / water cooling at a temperature below 4 ° C. The cells break open in 4 cycles from a two-minute vibration phase and subsequent five-minute cooling. After filtration of the glass beads, the cell lysate is centrifuged at 4 ° C and 38000 xg for two hours. The centrifuged cell lysate is treated with DEAE cellulose in a batch process for the separation of carotenoids, lipids, etc., the alkyl sulfatases being bound to the DEAE cellulose carrier. The alkyl sulfatases are eluted with a solution of 10 mM Tris / HCl and 0.5 M NaCl. NaCl is added to the crude enzyme extract prepared in this way, with stirring and with ice cooling, until the final concentration of 4 M is reached. The crude enzyme extract is then purified by column chromatography using a phenyl Sepharose column (Pharmacia V = 20 ml), the column being first equilibrated with 80 ml of a 10 mM Tris / HCl, 4 M NaCl buffer, pH 7.5 (buffer B). Elution is carried out by gradually reducing the NaCl concentration. Mixtures of buffer B with a buffer A (10 mM Tris / HCl, pH 7.5) are used for this. Two secondary alkyl sulfatases from Rhodococcus ruber DSM 44541 (RS1 and RS2) can be detected, the sulfatase RS1 is eluted at a NaCl concentration of 1 M (25% buffer B, 75% buffer A), the more lipophilic sulfatase RS2 is at one NaCl concentration of 0 M eluted (0% buffer B, 100% buffer A).
Nach der Dialyse der jeweiligen erhaltenen Sulfatase-Fraktion gegen 10 mM Tris/HCI-Puffer, pH 7,5 werden die enzymatisch aktiven Fraktionen an einer Q6- Säule (BioRad, V = 6 ml), equilibriert mit einem 10 mM Tris/HCI-Puffer, pH 7,5, weiter gereinigt. Die Eluierung der Proteinbestandteile der eingesetzten Fraktion erfolgt mit einem 10 mM Tris/HCI- Puffer, pH 7,5, wobei ein stufenweiser NaCI- Gradient zwischen 0 M und 1 M NaCI verwendet wird. Die Desorption der sekundären Alkylsulfatasen RS1 und RS 2 erfolgen bei einer NaCl-Konzentration zwischen 0,15 und 0,31 M. Die RS1 und RS2 enthaltenden Fraktionen werden anschließend in 10 mM Piperazin-Puffer, pH 6,0 auf eine Blue Sepharose-Säule (Pharmacia) aufgetragen. Unter den gegebenen Bedingungen bindet weder RS1 noch RS2 am Säulenmaterial und kann somit sofort gesammelt werden. Die Säule wird anschließend mit einem Tris/Glycin-Puffer, pH 8,9 ausgewaschen. Die erhaltenen enzymatisch aktiven Fraktionen werden zu 1 ml aufkonzentriert (Centriplus 10, Amicon) und auf eine Superdex 200-Säule aufgebracht. Die Equilibrierung der Säule und die Eluierung der jeweiligen Sulfatase erfolgt mit einem 50 mM NaH2P04, 0,15 M NaCI-Puffer, pH 7,0.After dialysis of the sulfatase fraction obtained against 10 mM Tris / HCl buffer, pH 7.5, the enzymatically active fractions are equilibrated on a Q6 column (BioRad, V = 6 ml), with a 10 mM Tris / HCl buffer. Buffer, pH 7.5, further cleaned. The protein constituents of the fraction used are eluted with a 10 mM Tris / HCl buffer, pH 7.5, using a gradual NaCI gradient between 0 M and 1 M NaCI. The secondary alkyl sulfatases RS1 and RS 2 are desorbed at a NaCl concentration between 0.15 and 0.31 M. The fractions containing RS1 and RS2 are then placed in 10 mM piperazine buffer, pH 6.0, on a Blue Sepharose column (Pharmacia) applied. Under the given conditions, neither RS1 nor RS2 binds to the column material and can therefore be collected immediately. The column is then washed out with a Tris / glycine buffer, pH 8.9. The enzymatically active fractions obtained are concentrated to 1 ml (Centriplus 10, Amicon) and applied to a Superdex 200 column. The column is equilibrated and the respective sulfatase eluted with a 50 mM NaH 2 PO 4 , 0.15 M NaCl buffer, pH 7.0.
Der Fortschritt der einzelnen Reinigungsschritte ist in Figur 1 gezeigt. Fig. 1 zeigt eine SDS-PAGE (12%ig) Analyse der proteinhaltigen Probe:The progress of the individual cleaning steps is shown in Figure 1. 1 shows an SDS-PAGE (12%) analysis of the protein-containing sample:
Bahn A zeigt das Zell-Rohextrakt.Lane A shows the crude cell extract.
Bahn B zeigt die Probe nach der Behandlung mit DEAE-Cellulose.Lane B shows the sample after treatment with DEAE cellulose.
Bahn C zeigt die Probe nach der Chromatographie an Phenyl-Sepharose.Lane C shows the sample after chromatography on phenyl Sepharose.
Bahn D zeigt die Probe nach der lonenaustauschchromatographie an Q6.Lane D shows the sample after Q6 ion exchange chromatography.
Bahn E zeigt die Probe nach der Chromatographie an Blue Sepharose. Bahn F zeigt die Probe der gereinigten sekundären Alkylsulfatase RS2 nach derLane E shows the sample after chromatography on Blue Sepharose. Lane F shows the sample of the purified secondary alkyl sulfatase RS2 after the
Reinigung mit Superdex 200.Cleaning with Superdex 200.
Bahn G zeigt Molekulargewichtsmarker.Lane G shows molecular weight markers.
Die Proben wurden mit Coomassie Brilliant Blue R gefärbt.The samples were stained with Coomassie Brilliant Blue R.
Beispiel 3: Assays zur Bestimmung der enzymatischen Aktivität.Example 3: Assays for determining the enzymatic activity.
a) Bestimmung der enzymatisch freigesetzten Menge an Sulfat-Ionen.a) Determination of the enzymatically released amount of sulfate ions.
Zur Bestimmung der enzymatisch freigesetzten Sulfat-Ionen wird auf eine Methode von Dodgson, K.S. et al., Biochem. J., 78, 312-319, 1961 zurückgegriffen, die von Tudball, N. et al., Biochem. J., 126, 187-192, 1972 modifiziert wurde. Dabei werden 200 μl einer Alkylsulfatase-Lösung mit 200 μl einer 30 mM 3-Octylsulfatester-Lösung inkubiert. Es wird ein 0,1 M Tris/HCI-Puffer, pH 7,5 verwendet. Die Reaktion wird bei einer Temperatur von 30°C durchgeführt und nach 15 Minuten durch Zugabe von 15%iger Trichloressigsäure (w/v) abgebrochen. Nach kurzer Zentrifugation wird eine 200 μl-Probe der Reaktionslösung zur Sulfatbestimmung nach Tudball herangezogen.To determine the enzymatically released sulfate ions, a method from Dodgson, K.S. et al., Biochem. J., 78, 312-319, 1961 by Tudball, N. et al., Biochem. J., 126, 187-192, 1972. 200 μl of an alkyl sulfatase solution are incubated with 200 μl of a 30 mM 3-octyl sulfate ester solution. A 0.1 M Tris / HCl buffer, pH 7.5 is used. The reaction is carried out at a temperature of 30 ° C. and stopped after 15 minutes by adding 15% trichloroacetic acid (w / v). After a short centrifugation, a 200 μl sample of the reaction solution is used for the sulfate determination according to Tudball.
Die Reaktionszeit wird auf 1 bis 2 Stunden verlängert, wenn 2-Octylsulfatester als Substrat zum Nachweis der enzymatischen Aktivität herangezogen wird.The reaction time is extended to 1 to 2 hours if 2-octyl sulfate ester is used as the substrate for the detection of the enzymatic activity.
Eine Enzymaktivitätseinheit (= Unit) wird als die Enzymmenge definiert, die 1 μmol S0 2"-lonen pro Minute freisetzt.An enzyme activity unit (= unit) is defined as the amount of enzyme which releases 1 μmol SO 2 " ions per minute.
b) Bestimmung der enzymatisch freigesetzten Menge an Alkohol.b) Determination of the enzymatically released amount of alcohol.
Zur Bestimmung der enzymatischen Aktivität werden 400 μl einer vollständig oder nicht vollständig aufgereinigten Enzymlösung, erhalten nach der lonenaustauschchromatographie oder einer resuspendierten Lösung an lyophilisiertem Sulfatasepulver, erhalten nach der Chromatographie an Phenyl- Sepharose, in 0,1 M Tris/HCI-Puffer, pH 7,5 mit 400 μl einer 30 mM Substrat-Lösung im gleichen Puffer versetzt. Die Mischung wird abhängig vom Reaktionsverlauf zwischen 6 und 12 Stunden bei 24°C mit 130 rpm geschüttelt. Beispiel 4: Bestimmung des UmsatzesTo determine the enzymatic activity, 400 μl of a completely or incompletely purified enzyme solution, obtained after ion exchange chromatography or a resuspended solution of lyophilized sulfatase powder, obtained after chromatography on phenyl Sepharose, in 0.1 M Tris / HCl buffer, pH 7 , 5 mixed with 400 μl of a 30 mM substrate solution in the same buffer. Depending on the course of the reaction, the mixture is shaken at 130 rpm for 6 to 12 hours at 24 ° C. Example 4: Determination of sales
Ein 200 μl Aliquot der Reaktionsmischung wird mit 200 μl Ethylacetat extrahiert. Nach 0,5 minütiger gründlicher Durchmischung des Reaktionsansatzes und anschließender fünf minütiger Zentrifugation der Mischung bei 13000 rpm wird eine 100 μl Probe der organischen Phase des Überstandes mit 5 μl einer Stocklösung von Menthol in Ethanol (c = 15,4 mg/ml) versetzt, die als interner Standard dient. Der Umsatz wird mittels GC an achiralen Säulen bestimmt (HP 1301 , 6 % Cyanopropylphenylmethylpolysiloxan, 30 m x 0,25 mm x 0,25 μm (Film) und HP-1 , 30 m x 0,53 mm x 0,5 μm; N2), wobei die Temperatur 2,5 Minuten bei 90°C gehalten wird, gefolgt von einer Temperatursteigerung auf 110°C mit einer Aufheizrate von 10°C/min. Das angegebene Temperaturprogramm ist abgestimmt auf die Messung von 2-, 3- und 4-Octanol.A 200 ul aliquot of the reaction mixture is extracted with 200 ul ethyl acetate. After thorough mixing of the reaction mixture for 0.5 minutes and subsequent centrifugation of the mixture at 13000 rpm for five minutes, a 100 μl sample of the organic phase of the supernatant is mixed with 5 μl of a stock solution of menthol in ethanol (c = 15.4 mg / ml), which serves as an internal standard. The conversion is determined by means of GC on achiral columns (HP 1301, 6% cyanopropylphenylmethylpolysiloxane, 30 mx 0.25 mm x 0.25 μm (film) and HP-1, 30 mx 0.53 mm x 0.5 μm; N 2 ), the temperature being held at 90 ° C for 2.5 minutes, followed by a temperature increase to 110 ° C with a heating rate of 10 ° C / min. The specified temperature program is tailored to the measurement of 2-, 3- and 4-octanol.
Beispiel 5: Bestimmung des EnantiomerenüberschussesExample 5: Determination of the enantiomeric excess
Die Bestimmung des Enantiomerenüberschusses (ee) erfolgt an chiralen Chrompack CP 7500-Säulen (Cyclodextrin-B-2, 25 m x 0,25 mm x 25 μm)und Chrompack Chirasil-Dex CB/G-PN (γ-Cyclodextrinpropionyl-Säule, 30 m x 0,32 mm) mit Wasserstoff als Trägergas. Die Identifizierung des (R)- oder (S)-Alkohols erfolgt durch Coinjektion eines entsprechenden chiralen Alkohols.The enantiomeric excess (ee) is determined on chiral Chrompack CP 7500 columns (cyclodextrin-B-2, 25 mx 0.25 mm x 25 μm) and Chrompack Chirasil-Dex CB / G-PN (γ-cyclodextrin propionyl column, 30 mx 0.32 mm) with hydrogen as carrier gas. The (R) - or (S) -alcohol is identified by co-injection of a corresponding chiral alcohol.
Derivatisierung von 2-AlkanolenDerivatization of 2-alkanols
Zur Bestimmung des Enantiomerenüberschusses wird der Alkohol mit Triflouressigsäureanhydrid (TFA) derivatisiert. Dadurch wird eine verbesserte Separation der Enantiomere an der chiralen GC-Säule erreicht. Es werden dazu 400 μl der enzymatisch umgesetzten Reaktionsmischung mit 500 μl Dichlormethan extrahiert und über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Nach der Zugabe von 40 μl TFA wird die Lösung für 20 Minuten auf 60°C erhitzt. Nach Abkühlung der Lösung auf Raumtemperatur wird die Probe zweimal mit 0,5 ml 5 %iger Natriumbicarbonat- Lösung extrahiert. Nach abschließender Trocknung der organischen Phase über wasserfreiem Natriumsulfat wird die Probe gaschromatographisch analysiert. Zur Vermeidung der Aufarbeitung des Natriumbicarbonatextraktes kann alternativ die Probe mit einer Lösung aus N-methyl-bis-trifluoracetamid in Dichlormethan (1 :3 v/v) bei 40°C eine Stunde lang behandelt und anschließend direkt gaschromatographisch untersucht werden.To determine the enantiomeric excess, the alcohol is derivatized with trifluoroacetic anhydride (TFA). This results in an improved separation of the enantiomers on the chiral GC column. For this purpose, 400 μl of the enzymatically reacted reaction mixture are extracted with 500 μl dichloromethane and dried over anhydrous sodium sulfate. After adding 40 μl of TFA, the solution is heated to 60 ° C. for 20 minutes. After cooling the solution to room temperature, the sample is extracted twice with 0.5 ml of 5% sodium bicarbonate solution. After the organic phase has finally been dried over anhydrous sodium sulfate, the sample is analyzed by gas chromatography. To avoid processing the sodium bicarbonate extract, the sample can alternatively be treated with a solution of N-methyl-bis-trifluoroacetamide in dichloromethane (1: 3 v / v) at 40 ° C for one hour and then directly examined by gas chromatography.
Ein weiteres alternatives Verfahren stellt die gaschromatographische Analyse der entsprechende Acetate dar. Dazu werden 400 μl der enzymatisch umgesetzten Reaktionslösung mit 400 μl Ethylacetat extrahiert. Die organische Phase wird über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet. Nach der Addition von 80 μl Acetanhydrid und cat. p-Dimethylaminopyridin wird die Lösung über Nacht bei Raumtemperatur geschüttelt. Danach wird die Lösung zweimal mit 0,5 ml Wasser extrahiert und anschließend wird die organische Phase über wasserfreiem Natriumsulfat getrocknet und analysiert.Another alternative method is the gas chromatographic analysis of the corresponding acetates. For this purpose, 400 μl of the enzymatically reacted reaction solution are extracted with 400 μl ethyl acetate. The organic phase is dried over anhydrous sodium sulfate. After the addition of 80 μl acetic anhydride and cat. p-Dimethylaminopyridine, the solution is shaken overnight at room temperature. The solution is then extracted twice with 0.5 ml of water and then the organic phase is dried over anhydrous sodium sulfate and analyzed.
Zu beachten ist, dass die Trifluoracetate gegenüber den Acetatestem in umgekehrter Reihenfolge eluieren.It should be noted that the trifluoroacetates elute in reverse order to the acetate testers.
Beispiele 6: Enzymatische Hydrolyse von sekundären Alkylsulfatestern mit RS2Examples 6: Enzymatic hydrolysis of secondary alkyl sulfate esters with RS2
Die zu untersuchenden Substrate werden wie in Beispiel 3 beschrieben umgesetzt. Die Ergebnisse der Umsetzung sind in Tabelle 2 wiedergegeben.The substrates to be examined are implemented as described in Example 3. The results of the implementation are shown in Table 2.
Tabelle 2: Substrattoleranz der sekundären Alkylsulfatase RS2 aus Rhodococcus rube OSM 44541.Table 2: Substrate tolerance of the secondary alkyl sulfatase RS2 from Rhodococcus rube OSM 44541.
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k.eA = keine enzymatische Aktivität feststellbar a = Enantioselektivitat ausgedrückt als Εnantiomeric Ratio' ermittelt nach
Figure imgf000015_0001
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n.a = no enzymatic activity ascertainable a = enantioselectivity expressed as Εnantiomeric ratio 'determined according to
Chen C.-S. et al. J. Am. Chem. Soc, 104, 7294-7299, 1982. b = Substrat instabilChen C.-S. et al. J. Am. Chem. Soc, 104, 7294-7299, 1982. b = substrate unstable
Die Ergebnisse in Tabelle 2 zeigen, dass die mit der beschriebenen Methode isolierbaren sekundären Alkylsulfatasen eine hohe Spezifität gegenüber potentiellen Substrate besitzen. Im Falle der sekundären Alkylsulfatasen RS2 aus Rhodococcus ruber DSM 44541 sind geeignete Substrate lineare aliphatische sekundäre (C7-C-ιo)- Alkylsulfatester ohne weitere Substituenten. Solche Ester werden mit guten Ausbeuten und mit guter Enantioselektivitat umgesetzt. RS1 zeigt eine ähnliche Substratspezifität wie RS2.The results in Table 2 show that the secondary alkyl sulfatases which can be isolated using the described method have a high specificity with respect to potential substrates. In the case of the secondary alkyl sulfatases RS2 from Rhodococcus ruber DSM 44541, suitable substrates are linear aliphatic secondary (C 7 -C 10) alkyl sulfate esters without further substituents. Such esters are implemented in good yields and with good enantioselectivity. RS1 shows a substrate specificity similar to RS2.
Beispiel 7: Einfluss von SalzenExample 7: Influence of salts
Die Umsetzung folgt unter Zusatz des jeweils zu untersuchenden Additivs gemäß Beispiel 3. Die Ergebnisse sind in den Tabellen 3 bis 5 zusammengefasst. Dabei stellt sich überraschend heraus, dass die Selektivität der erfindungsgemäßen sekundären Alkylsulfatasen durch Zusatz von Eisenionen, bevorzugt durch Zusatz von Fe2+ -Ionen gesteigert werden kann. So steigt z. B. die Enantioselektivitat von RS2 gegenüber rac-3-Octylsulfat durch Zusatz von FeCI2 von E = 4 auf E = 80 (Tabelle 3) und gegenüber rac-4-Octylsulfat von E = 1 auf E = 10 (Tabelle 4). Dies ist umso erstaunlicher, da weder der Zusatz von EDTA noch von Mercaptoethanol und Dithiothreithol einen Effekt auf die Aktivität der Alkylsulfatasen zeigt.The reaction follows with the addition of the additive to be investigated in accordance with Example 3. The results are summarized in Tables 3 to 5. It surprisingly turns out that the selectivity of the secondary alkyl sulfatases according to the invention can be increased by adding iron ions, preferably by adding Fe 2+ ions. So z. B. the enantioselectivity of RS2 over rac-3-octyl sulfate by adding FeCI 2 from E = 4 to E = 80 (Table 3) and over rac-4-octyl sulfate from E = 1 to E = 10 (Table 4). This is all the more astonishing since the addition of EDTA, mercaptoethanol and dithiothreithol has no effect on the activity of the alkyl sulfatases.
Tabelle 3: Effekt der Zugabe von Salzen auf Ausbeute und Enantioselektivitat der enzymatischen Umsetzung von rac-3-Octylsulfat mit RS2.Table 3: Effect of the addition of salts on the yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-3-octyl sulfate with RS2.
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Vergleichsmessung in Abwesenheit eines AdditivsComparative measurement in the absence of an additive
Tabelle 4: Effekt der Zugabe von Salzen auf Ausbeute und Enantioselektivitat der enzymatischen Umsetzung von rac-4-Octylsulfat mit RS2.Table 4: Effect of the addition of salts on the yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-4-octyl sulfate with RS2.
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a Vergleichsmessung in Abwesenheit eines Additivs
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a Comparative measurement in the absence of an additive
Tabelle 5: Effekt der Zugabe von Salzen auf Ausbeute und Enantioselektivitat der enzymatischen Umsetzung von rac-2-Octylsulfat mit RS2.Table 5: Effect of the addition of salts on the yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-2-octyl sulfate with RS2.
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Vergleichsmessung in Abwesenheit eines AdditivsComparative measurement in the absence of an additive
Beispiel 8: Einfluss von DetergenzienExample 8: Influence of detergents
Die Umsetzung folgt unter Zusatz des jeweils zu untersuchenden Detergenz gemäß Beispiel 3. Die Ergebnisse sind in Tabelle 6 zusammengefasst. Der Einfluss von Detergenzien auf die Aktivität der beanspruchten sekundären Alkylsulfatasen ist je nach eingesetztem Detergenz unterschiedlich. Durch Zusatz von SDS oder Di-n-octylsulfosuccinat verlieren die Enzyme ihre Aktivität nahezu vollständig. Demgegenüber zeigen viele Detergenzien keinen oder nur einen geringen Einfluss auf den Umsatz aber darüber hinaus besitzen einige Detergenzien sogar einen positiven Einfluss auf die Enantioselektivitat der enzymatischen Reaktion (Tabelle 6). So kann z. B. eine Erhöhung der Enantioselektivitat der Sulfatester-Hydrolyse durch den Zusatz von CMAB erreicht werden.The reaction follows with the addition of the detergent to be investigated in accordance with Example 3. The results are summarized in Table 6. The influence of detergents on the activity of the claimed secondary alkyl sulfatases differs depending on the detergent used. By adding SDS or di-n-octylsulfosuccinate, the enzymes lose their activity almost completely. In contrast, many detergents show little or no impact on sales, but some detergents even have a positive impact on the enantioselectivity of the enzymatic reaction (Table 6). So z. B. an increase in the enantioselectivity of sulfate ester hydrolysis can be achieved by the addition of CMAB.
Tabelle 6: Einfluß von Detergenzien auf den Umsatz und die Enantioselektivitat von RS2 für das Substrat rac-3-Octylsulfat
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a Vergleichsmessung in Abwesenheit eines Detergenz b Cetyltrimethylammoniumbromid
Table 6: Influence of detergents on the conversion and enantioselectivity of RS2 for the substrate rac-3-octyl sulfate
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a Comparative measurement in the absence of a detergent b Cetyltrimethylammonium bromide
Beispiel 9: Einfluss weiterer AdditiveExample 9: Influence of other additives
Die Umsetzung folgt unter Zusatz des jeweils zu untersuchenden Additivs gemäß Beispiel 3. Die Ergebnisse sind in Tabelle 7 zusammengefasst. Der Einfluss unterschiedlicher Zucker und Polyalkohole auf den Umsatz und die Enantioselektivitat der enzymatischen Hydrolyse von sekundären Sulfatestern durch die erfindungsgemäßen sekundären Alkylsulfatasen ist, mit wenigen Ausnahmen (wie z. B. CMAB), sehr gering (Tabelle 7 und 8).The reaction follows with the addition of the additive to be investigated in accordance with Example 3. The results are summarized in Table 7. The influence of different sugars and polyalcohols on the conversion and the enantioselectivity of the enzymatic hydrolysis of secondary sulfate esters by the secondary alkyl sulfatases according to the invention is, with a few exceptions (such as CMAB), very small (Tables 7 and 8).
Tabelle 7: Einfluss von Zuckern und Polyalkoholen auf den Umsatz und die Enantioselektivitat von RS2 für das Substrat rac-3-OctylsulfatTable 7: Influence of sugars and polyalcohols on the conversion and enantioselectivity of RS2 for the substrate rac-3-octyl sulfate
Figure imgf000019_0002
Tabelle 8: Effekt der Zugabe von weiteren Additiven auf Ausbeute und Enantioselektivitat der enzymatischen Umsetzung von Octylsulfatestem mit RS2.
Figure imgf000019_0002
Table 8: Effect of adding other additives on the yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of octyl sulfate testers with RS2.
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Figure imgf000020_0001
Vergleichsmessung in Abwesenheit eines AdditivsComparative measurement in the absence of an additive
Beispiel 10: Einfluss eines Trägers auf immobilisierte EnzymeExample 10: Influence of a carrier on immobilized enzymes
Eine Lösung einer Sulfatasepräparation (11 mg/ml) in 0,1 M Tris/HCI-Puffer, pH 7,5 wird zu 100 mg eines Immobilisations-Trägers (DEAE-, TEAE-, Ecteola-Cellulose (Serva, Heidelberg), DEAE-Sephadex A-25) gegeben, der mit einem Puffer aus 0,1 M Tris/HCI, pH 7,5 vorher gewaschen wurde. Der Ansatz wird 5 Minuten vorsichtig vermischt und 30 Minuten bei 4°C stehen gelassen. Danach wird der Ansatz zentrifugiert, der Überstand wird entfernt und der Immobilisationsträger wird kurz mit 0,1 M Tris/HCI-Puffer, pH 7,5 gewaschen und auf Alkylsulfataseaktivität analog zu Beispiel 3 getestet. Die Ergebnisse sind in Tabelle 9 zusammengefasst.A solution of a sulfatase preparation (11 mg / ml) in 0.1 M Tris / HCl buffer, pH 7.5 becomes 100 mg of an immobilization vehicle (DEAE, TEAE, Ecteola cellulose (Serva, Heidelberg), DEAE -Sephadex A-25), which was previously washed with a buffer of 0.1 M Tris / HCl, pH 7.5. The mixture is carefully mixed for 5 minutes and left to stand at 4 ° C. for 30 minutes. The mixture is then centrifuged, the supernatant is removed and the immobilization carrier is briefly washed with 0.1 M Tris / HCl buffer, pH 7.5 and tested for alkyl sulfatase activity analogously to Example 3. The results are summarized in Table 9.
Tabelle 9: Effekt der Zugabe von anionischen Carriem auf Ausbeute und Enantioselektivitat der enzymatischen Umsetzung von rac-3-Octylsulfat mit RS2.Table 9: Effect of the addition of anionic Carriem on yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-3-octyl sulfate with RS2.
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Es kann folglich gezeigt werden, dass Ecteola-Cellulose als anionisches Trägermaterial zur Immobilisierung von sekundären Alkylsulfatasen positiv auf Umsatz und insbesondere auf die Enantioselektivitat der Hydrolyse von Alkylsulfatestern wirkt.
Figure imgf000020_0002
It can consequently be shown that ecteola cellulose as an anionic carrier material for the immobilization of secondary alkyl sulfatases has a positive effect on conversion and in particular on the enantioselectivity of the hydrolysis of alkyl sulfate esters.
Beispiel 11 : Einfluss von organischen LösemittelnExample 11: Influence of organic solvents
Die Umsetzung von rac-2-Octylsulfat (5% (v/v)) erfolgt bei 30°C mit RS2 in unterschiedlichen organischen Lösemitteln. Die Ergebnisse sind in Tabelle 10 wiedergegeben.The reaction of rac-2-octyl sulfate (5% (v / v)) takes place at 30 ° C with RS2 in different organic solvents. The results are shown in Table 10.
Tabelle 10: Ausbeute und Enantioselektivitat der enzymatischen Umsetzung von rac-2-Octylsulfat (5% (v/v)) mit RS2 in unterschiedlichen organischen Lösemitteln.Table 10: Yield and enantioselectivity of the enzymatic conversion of rac-2-octyl sulfate (5% (v / v)) with RS2 in different organic solvents.
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Es zeigt sich ein weiterer Vorteil der erfindungsgemäßen sekundären Alkylsulfatasen, nämlich deren Stabilität in Gegenwart von organischen Lösemitteln ohne größeren Aktivitätsverlust. Ein besonders geeignetes organisches Lösemittel für enantioselektive Umsetzungen von sekundären Alkylsulfatestern stellt t-BuOH dar.A further advantage of the secondary alkyl sulfatases according to the invention is shown, namely their stability in the presence of organic solvents without a major loss of activity. A particularly suitable organic solvent for enantioselective reactions of secondary alkyl sulfate esters is t-BuOH.
Beispiel 12: Zusatz von BariumionenExample 12: Addition of barium ions
Der Einfluß von Ba2+ auf die enzymatische Aktivität der sekundären Alkylsulfatase RS2 wurde unter Verwendung von 15mM rac-2-Octylsulfatester als Substrat in 0,1 M Tris/HCI-Puffer bei einem pH-Wert von 7,5 und einer Temperatur von 24°C bestimmt. Fig.2 zeigt den Umsatz an sekundärem Alkylsulfatester in Abhängigkeit der Reaktionszeit mit und ohne Zusatz von Bariumionen zum Reaktionsansatz.The influence of Ba 2+ on the enzymatic activity of the secondary alkyl sulfatase RS2 was determined using 15 mM rac-2-octyl sulfate ester as substrate in 0.1 M Tris / HCl buffer at a pH of 7.5 and a temperature of 24 ° C determined. 2 shows the conversion of secondary alkyl sulfate ester depending on the reaction time with and without the addition of barium ions to the reaction mixture.
Beispiel 13: Biochemische Charakterisierung der sekundären Alkylsulfatase RS2 aus Rhodococcus ruber DSM 44541. a) Bestimmung des MolekulargewichtsExample 13: Biochemical characterization of the secondary alkyl sulfatase RS2 from Rhodococcus ruber DSM 44541. a) Determination of the molecular weight
Das Molekulargewicht von RS2 wurde durch SDS-Polyacrylamidgel-Elektrophorese (SDS-PAGE) bestimmt. Eine Überprüfung des mittels SDS-PAGE ermittelten Molekulargewichts erfolgt anhand der Enzymgröße mit einer Superdex 200 - Säule. Die Kalibrierung erfolgt mit Chymotrypsinogen A (25 kDa), Ovalbumin (43 kDa), BSA (67 kDa), Alkohol-Dehydrogenase (150 kDa) und Blue Dextran (2000 kDa) als Molekulargewichts-Standards.The molecular weight of RS2 was determined by SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (SDS-PAGE). The molecular weight determined by SDS-PAGE is checked on the basis of the enzyme size using a Superdex 200 column. The calibration is carried out with chymotrypsinogen A (25 kDa), ovalbumin (43 kDa), BSA (67 kDa), alcohol dehydrogenase (150 kDa) and blue dextran (2000 kDa) as molecular weight standards.
Die Molekulargewichtsbestimmung unter denaturierenden Bedingungen mit der SDS-Polyacrylamid-Gelelektrophorese ergab ein Molekulargewicht von 43,3 kDa für die sekundäre Alkylsulfatase RS2. Die Eluierung des gereinigten Enzyms über die Superdex 200 ergab ein Molekulargewicht von ca. 67 kDa, was auf eine nicht- globulare oder dimere Struktur des Enzyms hindeutet.The molecular weight determination under denaturing conditions using SDS-polyacrylamide gel electrophoresis showed a molecular weight of 43.3 kDa for the secondary alkyl sulfatase RS2. Elution of the purified enzyme via the Superdex 200 resulted in a molecular weight of approx. 67 kDa, which indicates a non-globular or dimeric structure of the enzyme.
b) Bestimmung des Isoelektrischen Punktes (pl)b) determination of the isoelectric point (pl)
Der isoelektrische Punkt der sekundären Alkylsulfatase RS2 wurde mit Hilfe eines BioRad IEF Ready Gel System bei einem pH-Wert zwischen pH 3 und pH 10 bestimmt. Die pl-Bestimmung von RS2 ergab einen Wert von 5,1.The isoelectric point of the secondary alkyl sulfatase RS2 was determined using a BioRad IEF Ready Gel System at a pH between pH 3 and pH 10. The pl determination of RS2 gave a value of 5.1.
c) Bestimmung des pH-Optimumsc) Determination of the optimum pH
Das pH-Optimum der Sulfatase RS2 wurde unter Verwendung von 15mM rac-2- Octylsulfatester als Substrat in 100 mM Tris/Maleat-Puffer bei 24°C über einen pH- Bereich von 6,0 bis 9,0 bestimmt. Das Aktivitätsmaximum der sekundären Alkylsulfatase RS2 liegt bei einem pH-Wert zwischen 7,5 und 8,0.The pH optimum of the sulfatase RS2 was determined using 15 mM rac-2-octyl sulfate ester as substrate in 100 mM Tris / maleate buffer at 24 ° C. over a pH range of 6.0 to 9.0. The activity maximum of the secondary alkyl sulfatase RS2 is between pH 7.5 and 8.0.
Fig.3 zeigt die enzymatische Aktivität der Sulfatase RS2 in Abhängigkeit vom pH- Wert.3 shows the enzymatic activity of the sulfatase RS2 as a function of the pH.
d) Bestimmung des Temperatur-Optimums Der Einfluß der Temperatur auf die enzymatische Aktivität der sekundärend) Determination of the optimum temperature The influence of temperature on the enzymatic activity of the secondary
Alkylsulfatase RS2 wurde unter Verwendung von 15mM rac-2-Octylsu Ifatester alsAlkyl sulfatase RS2 was made using 15mM rac-2-octylsu ifate ester as
Substrat in 100 mM Tris/Maleat-Puffer bei einem pH-Wert von 7,5 in einemSubstrate in 100 mM Tris / maleate buffer at pH 7.5 in one
Temperaturbereich von 20°C bis 40°C bestimmt. Die enzymatische Aktivität von RS2 gegenüber 2-Octylsulfat zeigt ein Optimum bei ca. 30°C.Temperature range from 20 ° C to 40 ° C determined. The enzymatic activity of RS2 against 2-octyl sulfate shows an optimum at approx. 30 ° C.
Fig.4 zeigt die enzymatische Aktivität der Sulfatase RS2 in Abhängigkeit der4 shows the enzymatic activity of sulfatase RS2 as a function of
Temperatur.Temperature.
Beispiel 14: Substratsynthese, allgemeine VerfahrensvorschriftExample 14: Substrate synthesis, general procedure
Natrium sec-(±)-alkylsulfate werden durch Sulfatation der korrespondierenden sekundären Alkohole unter Zugabe von Triethylamin-S03-Komplexen in Anlehnung der Synthesevorschriften wie sie in White, G.F. et al., Biochem. J., 187, 191 , 1980 beschrieben sind hergestellt. Dabei werden 0,132 g Natriumhydrid (5,52 mmol, 60%ige Dispersion in Mineralöl, gewaschen mit Petrolether) unter Argonatmosphäre in 2 ml Dioxan suspendiert. Zu dieser Suspension werden 2,48 mmol des sekundären Alkohols durch ein Septum langsam zugetropft. Die Mischung wird eine Stunde bei Raumtemperatur gerührt. Der Schwefeltrioxid-Triethylaminkomplex (0,5 g, 2,76 mmol) wird in 4 ml wasserfreiem Dioxan unter Erwärmung gelöst. Die erhaltene Lösung wird im Anschluss langsam zur Natriumalkoholat-Lösung tropfenweise zugegeben und über Nacht gerührt. Der Reaktionsabbruch erfolgt durch Zugabe von destilliertem Wasser. Danach wird die Lösung im Rotationsverdampfer vollständig eingedampft. Der Rückstand wird in 15 ml destilliertem Wasser aufgenommen und 5 x mit 10 ml Ethylacetat extrahiert. Anschließend wird das Wasser durch Lyophilisation entfernt. Das resultierende Pulver wird in 30 ml Methanol aufgenommen und abfiltriert. Das Filtrat wird bei reduziertem Druck vom Lösemittel befreit.Sodium sec- (±) -alkyl sulfates are obtained by sulfating the corresponding secondary alcohols with the addition of triethylamine-SO 3 complexes in accordance with the synthesis instructions as described in White, GF et al., Biochem. J., 187, 191, 1980. 0.132 g of sodium hydride (5.52 mmol, 60% dispersion in mineral oil, washed with petroleum ether) are suspended in 2 ml of dioxane under an argon atmosphere. 2.48 mmol of the secondary alcohol are slowly added dropwise to this suspension through a septum. The mixture is stirred for one hour at room temperature. The sulfur trioxide-triethylamine complex (0.5 g, 2.76 mmol) is dissolved in 4 ml of anhydrous dioxane with heating. The solution obtained is then slowly added dropwise to the sodium alcoholate solution and stirred overnight. The reaction is terminated by adding distilled water. The solution is then completely evaporated in a rotary evaporator. The residue is taken up in 15 ml of distilled water and extracted 5 times with 10 ml of ethyl acetate. The water is then removed by lyophilization. The resulting powder is taken up in 30 ml of methanol and filtered off. The filtrate is freed from the solvent at reduced pressure.
1-Bromoctan-7-ol wird nach Yadav, J.S.et al., Tedrahedron, 45, 6263-6270, 1989 synthetisch hergestellt und anschließend wie eben beschrieben sulfatiert. 1-Bromoctan-7-ol is synthesized according to Yadav, J.S. et al., Tedrahedron, 45, 6263-6270, 1989 and then sulfated as just described.

Claims

Patentansprüche claims
1. Sekundäre Alkylsulfatasen erhältlich aus Actinomyceten.1. Secondary alkyl sulfatases available from Actinomycetes.
2. Sulfatasen nach Anspruch 1 erhältlich aus Rhodococcus sp.2. Sulfatases according to claim 1 obtainable from Rhodococcus sp.
3. Sulfatasen nach Anspruch 1 oder 2 erhältlich aus Rhodococcus ruber, Rhodococcus equi oder Rhodococcus sp. R 312.3. sulfatases according to claim 1 or 2 obtainable from Rhodococcus ruber, Rhodococcus equi or Rhodococcus sp. R 312.
4. Sulfatasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sulfatasen im denaturierten Zustand ein Molekulargewicht zwischen 30 kDa und 60 kDa besitzen.4. sulfatases according to any one of the preceding claims, characterized in that the sulfatases in the denatured state have a molecular weight between 30 kDa and 60 kDa.
5. Sulfatasen nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass sie im denaturierten Zustand ein Molekulargewicht von 41 bis 45 kDa besitzen.5. sulfatases according to claim 4, characterized in that they have a molecular weight of 41 to 45 kDa in the denatured state.
6. Sulfatasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Sulfatasen im nativen Zustand ein Molekulargewicht zwischen 60 und 80 kDa besitzen.6. sulfatases according to any one of the preceding claims, characterized in that the sulfatases in the native state have a molecular weight between 60 and 80 kDa.
7. Sulfatasen nach einem der vorhergehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, dass die Sulfatasen mindestens einen Aminosäuresequenzbereich ausgewählt aus der Gruppe Seq ID No. 1 bis 30 (Sequenzen I bis V) enthalten.7. sulfatases according to any one of the preceding claims, characterized in that the sulfatases selected at least one amino acid sequence region from the group Seq ID No. 1 to 30 (sequences I to V) included.
8. Verwendung von Sulfatasen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 bei der Herstellung von sekundären Alkoholen oder zum Abbau von Alkylsulfatestern.8. Use of sulfatases according to any one of claims 1 to 7 in the manufacture of secondary alcohols or for the degradation of alkyl sulfate esters.
9. Verwendung von Sulfatasen nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur enantioselektiven Racematspaltung. 9. Use of sulfatases according to one of claims 1 to 7 for enantioselective resolution.
10. Verfahren zur Herstellung von sekundären Alkoholen dadurch gekennzeichnet, dass sekundäre Alkylsulfatasen gemäß einem der Ansprüche 1 bis 7 zur enzymatischen Hydrolyse eines Alkylsulfatesters herangezogen werden.10. A process for the preparation of secondary alcohols, characterized in that secondary alkyl sulfatases according to one of claims 1 to 7 are used for the enzymatic hydrolysis of an alkyl sulfate ester.
11. Verfahren nach Anspruch 10, dadurch gekennzeichnet, dass Eisen(ll)- oder Eisen(lll)-Salze und/oder CMAB dem Reaktionsansatz als Additiv zugesetzt werden.11. The method according to claim 10, characterized in that iron (II) or iron (III) salts and / or CMAB are added to the reaction mixture as an additive.
12. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 oder 11 , dadurch gekennzeichnet, dass die sekundäre Alkylsulfatase an Ecteola-Cellulose immobilisert eingesetzt wird.12. The method according to any one of claims 10 or 11, characterized in that the secondary alkyl sulfatase is used immobilized on ecteola cellulose.
13. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 12, dadurch gekennzeichnet, dass die Reaktion in Gegenwart eines organischen Lösemittels durchgeführt wird.13. The method according to any one of claims 10 to 12, characterized in that the reaction is carried out in the presence of an organic solvent.
14. Verfahren nach einem der Ansprüche 10 bis 13, dadurch gekennzeichnet, dass eine sekundäre Alkylsulfatase nach einem der Ansprüche 1 bis 7 zur Hydrolyse von sekundären (C-7-Cιo)-Alkylsulfatestern verwendet wird.14. The method according to any one of claims 10 to 13, characterized in that a secondary alkyl sulfatase according to one of claims 1 to 7 is used for the hydrolysis of secondary (C-7-Cιo) alkyl sulfate esters.
15. Sekundäre Alkylsulfatasen nach einem der Ansprüche 1 bis 7, erhältlich aus einem zellfreien Actinomyceten-Lysat durch a) Reinigung über eine Phenyl-Sepharose Säule mit einem fallenden sulfatfreien Salzgradienten und anschließender b) chromatographischer Reinigung der erhaltenen Fraktionen, die eine enzymatische Alkylsulfataseaktivität zeigen, an einem Ionenaustauscher, wobei danach c) die durch lonenaustauschchromatographie erhaltenen Fraktionen, die eine enzymatische Alkylsulfataseaktivität zeigen, an Blue Sepharose chromatographiert werden und d) die resultierenden Fraktionen, die eine enzymatische Alkylsulfataseaktivität zeigen, mit Superdex 200 filtriert werden. 15. Secondary alkyl sulfatases according to one of claims 1 to 7, obtainable from a cell-free actinomycete lysate by a) purification on a phenyl-Sepharose column with a falling sulfate-free salt gradient and subsequent b) chromatographic purification of the fractions obtained which show an enzymatic alkyl sulfatase activity, on an ion exchanger, after which c) the fractions obtained by ion exchange chromatography, which show enzymatic alkyl sulfatase activity, are chromatographed on Blue Sepharose, and d) the resulting fractions, which show enzymatic alkyl sulfatase activity, are filtered with Superdex 200.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
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Families Citing this family (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101942427B (en) * 2010-09-07 2012-10-10 国家海洋局第三海洋研究所 Alkyl sulfatase and preparation method thereof

Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0423818A1 (en) * 1989-10-20 1991-04-24 Bristol-Myers Squibb Company Arylsulfatase

Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP0423818A1 (en) * 1989-10-20 1991-04-24 Bristol-Myers Squibb Company Arylsulfatase

Non-Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
DATABASE NCBI [online] 29 April 2000 (2000-04-29), REDEN BACH, M. ET AL: "Streptomyces coelicolor cosmid E25", XP002232427, retrieved from NCBI Database accession no. AL354048 *
POGOREVC M ET AL: "Enantioselective stereoinversion of sec-alkyl sulfates by an alkylsulfatase from Rhodococcus ruber DSM 44541", TETRAHEDRON: ASYMMETRY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, AMSTERDAM, NL, vol. 13, no. 13, 19 July 2002 (2002-07-19), pages 1435 - 1441, XP004374319, ISSN: 0957-4166 *
POGOREVC M ET AL: "Selectivity-enhancement in enantioselective hydrolysis of sec-alkyl sulfates by an alkylsulfatase from Rhodococcus ruber DSM 44541", TETRAHEDRON: ASYMMETRY, ELSEVIER SCIENCE PUBLISHERS, AMSTERDAM, NL, vol. 13, no. 13, 19 July 2002 (2002-07-19), pages 1443 - 1447, XP004374320, ISSN: 0957-4166 *
POGOREVC M., KROUTIL, W., WALLNER S.R., AND FABER K.: "Enantioselective Stereoinversion in the Kinetic Resolution of rac-sec-Alkyl Sulfate Esters by Hydrolysis with an Alkylsulfatase from Rhodococcus ruber DSM 4451 Furnishes Homochiral Products", ANGEW. CHEM. INT. ED., vol. 41, no. 21, 2002, pages 4052 - 4054, XP002232426 *
REDENBACH M. ET AL: "A set of ordered cosmids and a detailed genetic and physical map for the 8 Mb Streptomyces coelicolor A3 (2) chromosome", MOLECULAR MICROBIOLOGY, vol. 21, no. 1, 1996, pages 77 - 96, XP000876690 *
RIGBY D J ET AL: "UTILIZATION OF PRIMARY AND SECONDARY ALCOHOLS BY THE DETERGENT-DEGRADING BACTERIUM PSEUDOMONAS C-12B", JOURNAL OF GENERAL MICROBIOLOGY, vol. 132, no. 1, 1986, pages 35 - 42, XP001135275, ISSN: 0022-1287 *
SHAW D J ET AL: "SUBSTRATE SPECIFICITY AND OTHER PROPERTIES OF THE INDUCIBLE S3 SECONDARY ALKYLSULPHOHYDROLASE PURIFIED FROM THE DETERGENT-DEGRADING BACTERIUM PSEUDOMONAS C 12B", BIOCHEMICAL JOURNAL, PORTLAND PRESS, LONDON, GB, vol. 187, no. 1, 1 April 1980 (1980-04-01), pages 181 - 190, XP000961652, ISSN: 0264-6021 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2019088859A1 (en) * 2017-10-30 2019-05-09 1. Instytut Biochemii I Biofizyki Polskiej Akademii Nauk Decontamination method of sulfur esters polluted environment, new bacterial strains and use of thereof

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