JP2002199898A - 糖加水分解酵素の酵素活性測定法 - Google Patents

糖加水分解酵素の酵素活性測定法

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JP2002199898A
JP2002199898A JP2000401665A JP2000401665A JP2002199898A JP 2002199898 A JP2002199898 A JP 2002199898A JP 2000401665 A JP2000401665 A JP 2000401665A JP 2000401665 A JP2000401665 A JP 2000401665A JP 2002199898 A JP2002199898 A JP 2002199898A
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    • C12Q1/00Measuring or testing processes involving enzymes, nucleic acids or microorganisms; Compositions therefor; Processes of preparing such compositions
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明は、酸性溶液或いは中性溶液中での生
成物定量が可能な糖加水分解酵素の活性測定用基質と、
該基質を用いた連続測定が可能な糖加水分解酵素活性測
定法を提供することを目的とする。 【解決手段】 本発明は、一般式[1] 【化1】 (式中、Xは糖残基を表し、Rは水素原子、アルキル
基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン置換アルキ
ル基、アシル基、アシルアミノ基、アミノ基、アミド
基、ホルミル基又はフェニル基を表す。)で示される化
合物からなる、糖加水分解酵素の酵素活性測定用基質、
及び該化合物を基質として含んでなる糖加水分解酵素の
酵素活性測定用試薬、並びに該化合物を基質として用い
ることを特徴とする、糖加水分解酵素の酵素活性測定法
に関する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、新規な、糖加水分
解酵素の酵素活性測定用基質と該基質を用いた糖加水分
解酵素の酵素活性測定法に関する。
【0002】
【従来の技術】糖加水分解酵素の阻害剤は、医薬品(例
えば、抗インフルエンザウィルス薬、糖尿病治療薬な
ど)のターゲットとして重要である。この酵素阻害剤の
開発には、糖加水分解酵素活性の測定が必須である。こ
れまで行われている糖加水分解酵素の酵素活性測定法の
代表的なものとしては、o−ニトロフェニルグリコシド
又はp−ニトロフェニルグリコシドを基質として用いる
β−グルコシダーゼの酵素活性測定法がある。この方法
は酵素反応を行った後、NaCO溶液を加えて反応
溶液をアルカリ性とし、加水分解によって生成したo−
ニトロフェノール又はp−ニトロフェノールをフェノラ
ートに変えて、そのUV吸収を測定することにより定量
する方法であり、それぞれ420nm、400nmにお
ける吸光度の増加を測定することにより、酵素活性を測
定している。しかしこの方法だと、酵素反応を追跡する
ためには、反応の途中で逐次反応溶液を採取し、その都
度NaCO溶液を加えて溶液をアルカリ性にし、フ
ェノラートに変えてから吸光度を測定すると言う面倒な
操作が必要であり、連続測定も儘ならなかった。o−ニ
トロフェニルグリコシドやp−ニトロフェニルグリコシ
ドを基質として用いる自体公知の糖加水分解酵素の活性
測定法としては、上記以外にもα−アミラーゼ活性測定
法、N−アセチルグルコサミニダーゼ活性測定法、N−
アセチルガラクトサミニダーゼ活性測定法等があるが、
何れも上記測定法と同様の問題点が存在し、そのための
種々の対策が検討され、講じられている現状にある。
【0003】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記した如
き現状に鑑みなされたもので、酸性溶液或いは中性溶液
中での生成物定量が可能な糖加水分解酵素活性測定用基
質と、該基質を用いた連続測定が可能な糖加水分解酵素
活性測定法を提供することを目的とする。
【0004】
【課題を解決するための手段】本発明は、一般式[1]
【化4】 (式中、Xは糖残基を表し、Rは水素原子、アルキル
基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン置換アルキ
ル基、アシル基、アシルアミノ基、アミノ基、アミド
基、ホルミル基又はフェニル基を表す。)で示される化
合物からなる、糖加水分解酵素の酵素活性測定用基質、
及び該化合物を基質として含んでなる糖加水分解酵素の
酵素活性測定用試薬、並びに該化合物を基質として用い
ることを特徴とする、糖加水分解酵素の酵素活性測定法
に関する。
【0005】
【発明の実施の形態】上記一般式[1]において、Rで
示されるアルキル基としては、例えば、炭素数が1〜6
の直鎖状又は分枝状のアルキル基が挙げられ、より具体
的には、例えば、メチル基、エチル基、プロピル基、イ
ソプロピル基、ブチル基、イソブチル基、第二級ブチル
基、第三級ブチル基、ペンチル基、ヘキシル基などが挙
げられる。アルコキシ基としては、例えば、炭素数が1
〜6の直鎖状又は分枝状のアルコキシ基が挙げられ、よ
り具体的には、例えば、メトキシ基、エトキシ基、プロ
ポキシ基、イソプロポキシ基、ブトキシ基、イソブトキ
シ基、第二級ブトキシ基、第三級ブトキシ基、ペンチル
オキシ基、ヘキシルオキシ基などが挙げられる。ハロゲ
ン原子としては、塩素原子、臭素原子、沃素原子、フッ
素原子等が挙げられる。ハロゲン置換アルキル基として
は、上記した如きアルキル基の水素原子の1乃至全てが
上記した如きハロゲン原子で置換されたハロゲン置換ア
ルキル基が挙げられ、より具体的には、例えば、トリク
ロロメチル基、トリブロモメチル基、トリフルオロメチ
ル基、2,2−ジクロロエチル基、2,2−ジフルオロ
エチル基、パーフルオロエチル基、パーフルオロプロピ
ル基等が挙げられる。アシル基としては、例えば、炭素
数が2〜4の直鎖状又は分枝状のアシル基が挙げられ、
より具体的には、例えば、アセチル基、プロピオニル
基、ブチリル基、イソブチリル基等が挙げられる。ま
た、アシルアミノ基としては、アミノ基の水素原子の一
つが上記した如きアシル基で置換されたアシルアミノ基
が挙げられ、より具体的には、アセトアミド基(アセチ
ルアミノ基)、プロピオンアミド基(プロピオニルアミ
ノ基)、ブチリルアミノ基、イソブチリルアミノ基等が
挙げられる。これらRで示される置換基の置換位置は、
2〜6位の何れの位置でも良く、また、置換基の数も1
〜3個の何れでも良い。
【0006】上記一般式[1]において、Xで示される
糖残基としては、糖の残基であれば何れでも良いが、特
に、単糖、糖誘導体、二〜七糖からなるオリゴ糖又はオ
リゴ糖誘導体等からグリコシド性ヒドロキシ基を取り去
ってできる、所謂グリコシル基が好ましい。なお、上記
オリゴ糖又はオリゴ糖誘導体は、α結合で繋がっている
ものでもβ結合で繋がっているものでも、α結合とβ結
合が混在しているものでも、何れのものでも良い。糖残
基の好ましい例としては、先ず、例えば、グルコース、
ガラクトース、マンノース、フルクトース、フコース、
アラビノース等の単糖の残基が挙げられる。また、例え
ば、グルクロン酸、N−アセチルグルコサミン、N−ア
セチルガラクトサミン、シアル酸等の糖誘導体の残基も
同様に好ましい例として挙げることができる。更に、例
えば、マルトース、マルトトリオース、マルトテトラオ
ース、マルトペンタオース、マルトヘキサオース、マル
トヘプタオース、ラクトース、ゲンチオビオース、キシ
ロビオース、プリメベロース、メリビオース、ルチノー
ス、ビシアノース、ラミナリビオース、セロビオース、
セロトリオース、パノース等の二〜七糖からなるオリゴ
糖の残基も同様に好ましい例として挙げることができ
る。なお、糖加水分解酵素がグルコアミラーゼ或いはα
−アミラーゼの場合には、上記糖残基の内の、マルトー
ス、マルトトリオース、マルトテトラオース、マルトペ
ンタオース、マルトヘキサオース又はマルトヘプタオー
スが好ましい。更にまた、非還元末端グルコース残基の
2,3,4,6位の水酸基の内の少なくとも一つが修飾
された二〜七糖からなるオリゴ糖誘導体も同様に糖残基
の好ましい例として挙げることができる。そのようなオ
リゴ糖誘導体の修飾基としては、例えば、アセチル基、
マロニル基、リン酸基、メチル基等がより一般的なもの
として挙げられるが、勿論これらに限定されるものでは
ない。なお、糖加水分解酵素がα−アミラーゼの場合に
は、非還元末端グルコース残基の6位、又は4位と6位
が修飾された三〜七糖からなるオリゴ糖誘導体が特に好
ましい。ここで、非還元末端グルコース残基の6位、又
は4位と6位の修飾基としては、例えば、カルボキシメ
チル基、2−ピリジルアミノ基、ベンジル基、ベンジリ
デン基、エチリデン基、イソプロピリデン基等が挙げら
れる。一般式[1]において、X−O−基の置換位置
は、2位、3位、4位の何れでもよく、また、ニトロ基
の置換位置も2位、3位、4位の何れでもよい。
【0007】一般式[1]で示される化合物を基質とし
て用いることにより測定可能な糖加水分解酵素の代表的
なものとしては、グリコシダーゼが挙げられる。グリコ
シダーゼの具体例としては、例えば、グルコース、ガラ
クトース、マンノース、フルクトース、フコース、アラ
ビノース等の単糖の加水分解酵素である、α−(β−)グ
ルコシダーゼ、α−(β−)ガラクトシダーゼ、α−(β
−)マンノシダーゼ、β−フルクトシダーゼ、α−L−
フコシダーゼ、α−L−アラビノフラノシダーゼ等が挙
げられる。また、例えば、グルクロン酸、N−アセチル
グルコサミン、N−アセチルガラクトサミン、シアル酸
等の糖誘導体の加水分解酵素である、β−グルクロニダ
ーゼ、N−アセチルグルコサミニダーゼ、N−アセチル
ガラクトサミニダーゼ、シアリダーゼ等も挙げることが
できる。更に、例えば、マルトース、マルトトリオー
ス、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルト
ヘキサオース、マルトヘプタオース等のオリゴ糖の加水
分解酵素である、グルコアミラーゼ、α−アミラーゼ等
も挙げられる。なお、一般式[1]で示される化合物を
基質として用いることにより測定可能な糖加水分解酵素
は、上記した酵素に限定されるものではなく、上記一般
式[1]において、Xで示される糖残基に対応した種々
のグリコシダーゼがそれぞれ測定可能な糖加水分解酵素
として挙げられることは言うまでもない。
【0008】一般式[1]で示される化合物の具体例と
しては、それぞれの糖加水分解酵素に対応して種々のニ
トロピリジルグリコシド類が挙げられるが、代表的なも
のとしては、例えば、3−ニトロ−2−ピリジル β−
D−グルコピラノシド、2−ニトロ−3−ピリジル β
−D−グルコピラノシド、4−ニトロ−2−ピリジルβ
−D−グルコピラノシド、3−ニトロ−2−ピリジル
β−D−ガラクトピラノシド、3−ニトロ−2−ピリジ
ル β−D−ガラクトピラノシド、4−ニトロ−2−ピ
リジル β−D−ガラクトピラノシド等々が挙げられ
る。
【0009】本発明の酵素活性測定法は、グリコシダー
ゼの酵素活性を、基質として本発明に係る基質、即ちニ
トロピリジルグリコシドを用いて測定する点に特徴を有
するものであるが、測定法自体は、自体公知のレイトア
ッセイ、エンドポイントアッセイ等の酵素活性測定法の
操作法に準じてこれを行うことで足りる。何れの測定法
で測定を行っても良いが、本発明に係る基質は、特にレ
イトアッセイ用基質として使用可能な点が従来のグリコ
シダーゼ活性測定用の基質と異なる点であり、また大き
な特徴でもあるので、レイトアッセイで行うのがより好
ましい。
【0010】レイトアッセイ法の概略は、あらためて記
載するほどのことではないが、例えば、酢酸緩衝液、リ
ン酸緩衝液、クエン酸緩衝液等の適当な緩衝液で希釈し
た酵素サンプル溶液に、同じ緩衝液に溶解した本発明に
係るニトロピリジルグリコシド、例えば3−ニトロ−2
−ピリジル−β−D−グルコピラノシドを混合して反応
させ、単位時間当たりの加水分解生成物、例えば2−ヒ
ドロキシ−3−ニトロピリジンの生成量をその吸光度、
例えば390nmの吸光度を測定することにより求め、
予め濃度(酵素活性値)既知の試料を用いて作成した検
量線に当てはめることによりサンプル中のグリコシダー
ゼの酵素活性を容易に測定することができる。
【0011】本発明に係る基質であるニトロピリジルグ
リコシドは、例えばTetrahedron Let
t.40(1999)6588等に記載の方法に準じて
容易に合成することができるので、そのようにして合成
したものを用いることで足りる(より具体的には、下記
実施例の項の合成例1及び2参照。)。
【0012】
【実施例】次に、合成例、実施例により本発明をより詳
細に説明するが、本発明はこれら合成例、実施例により
何ら限定されるものではない。
【0013】合成例1 3−ニトロ−2−ピリジル β
−D−グルコピラノシド (化合物A)の合成 (1)銀 3−ニトロ−2−ピリドキシド(化合物1)
の合成 水酸化ナトリウム(0.701g,17.5mmol)
を水(500mL)に溶解させた後、この溶液に 2−
ヒドロキシ−3−ニトロピリジン(2.48g,17.
7mmol)を加えた。これに硝酸銀(2.99g,1
7.6mmol)を水(100mL)に溶解させて加え
た。室温で10分間激しく撹拌した後、ろ過して得た固
体をメタノール、エーテルで洗浄して乾燥し、黄色固体
の化合物1を得た。収量:3.98g(収率:92.0
%)。
【0014】(2)3−ニトロ−2−ピリジル −2,
3,4,6−テトラアセチル−β−D−グルコピラノシ
ド(化合物2)の合成 グルコースペンタアセテート(1.86g,4.77m
mol)を無水ジクロロメタン(50mL)に溶解させ
た後、0℃で撹拌しながら25%臭化水素−酢酸(4.
5mL)を滴下した。30分後に室温に戻した後にさら
に3時間撹拌を続けた。溶液を減圧濃縮して得られた残
査と化合物1(1.31g,5.24mmol)を無水
アセトニトリル(200mL)に溶解させて室温で12
時間激しく撹拌した。セライトを用いて不溶物をろ過し
て除き、ろ液を減圧濃縮して得られた残査を中圧カラム
クロマトグラフィー(トルエン:アセトン=7:1)で
精製した後、酢酸エチルから結晶化して化合物2を得
た。収量:1.19g(収率:53%)。 [α]25 :+90.7 (c 1.0, CHCl)。 H NMR (600MHz, CDCl) δ= 8.40(1H, dd, J=2.9,
8.0Hz, H-3: 3NO2Pyr), 8.28(1H, dd, J=2.9, 1
3.1Hz, H-4: 3NO2Pyr), 7.19(1H, dd, J=8.1, 13.
1Hz, H-6: 3NO2Pyr), 6.21(1H, d, J=13.1 Hz, H-1:
Glc), 5.42-5.33(2H, m, H-6: Glc), 5.25 (1H,
t, J=16.4Hz, H-2: Glc), 4.30(1H, dd, J=7.3, 1
0.9Hz, H-4: Glc), 4.16(1H, dd, J=4.1, 16.6Hz, H-3:
Glc), 3.99-3.9 7(1H, m,H-5: Glc), 2.11-2.03
(12H, m, Ac)。 FAB-MS (positive, matrix: NBA) m/z 471.1 [(M+
H)]。 元素分析(C19H22NO12として): 計算値: C, 48.51; H, 4.71 ; N, 5.96%。 実測値: C, 48.31; H,4.681; N, 5.88%。
【0015】(3)3−ニトロ−2−ピリジル β−D
−グルコピラノシド (化合物A)の合成 化合物2(2.40g,5.10mmol)を窒素雰囲
気下、メタノール(300mL)に溶解させた。これに
28%ナトリウムメトキシド(100μL)を加えて室
温で12時間反応させた後、ドライアイスを加えて反応
を停止させた。溶液を減圧濃縮して得られた残査をHP
20(25g,2.3×17cm)(水→水:メタノー
ル=1:1)により精製して化合物Aを得た。収量:
1.52g(収率:98.6%)。 [α]25 :-35.2 (c 1.0, HO) 。 H NMR (600MHz, CDOD) δ=8.43(1H, dd, J=3.0, 7.
9, H-6: 3NO2Pyr), 8.3 5(1H, dd, J=2.7, 12.9H
z, H-4: 3NO2Pyr), 7.23(1H, dd, J=7.9, 13.1H
z, H-3: 3NO2Pyr), 6.12(1H, d, J=13.4 Hz, H-1: Gl
c), 3.81(1H, t,J =20.1Hz, H-5: Glc), 3.68 (1
H, dd, J = 8.0 Hz, H-4: Glc), 3.61-3.4 1 (2
H, m), 3.39-3.27 (2H, m, H-6: Glc)。 FAB-MS(positive, matrix: Gro) m/z 303.1 [(M+
H)]。 元素分析(C11H14NOとして): 計算値: C, 43.71; H, 4.67; N, 9.27%。 実測値: C, 43.61; H, 4.51; N, 9.33%。
【0016】合成例2 3−ニトロ−2−ピリジル β
−D−ガラクトピラノシド(化合物B)の合成 (1)3−ニトロ−2−ピリジル−2,3,4,6−テ
トラアセチル−β−D−ガラクトピラノシド(化合物
3)の合成 ガラクトースペンタアセテート(1.86g,4.77
mmol)を無水ジクロロメタン(200mL)に溶解
させた後、0℃で撹拌しながら25%臭化水素−酢酸
(4.5mL)を滴下した。30分後に室温に戻した後
に、さらに13時間撹拌を続けた。溶液を減圧濃縮して
得られた残査と実施例1の(1)で得られた化合物1
(1.31g,5.24mmol)を無水アセトニトリ
ル(200mL)に溶解させて室温で15時間激しく撹
拌した。セライトを用いて不溶物をろ過して除き、ろ液
を減圧濃縮して得られた残査を中圧カラムクロマトグラ
フィー(トルエン:アセトン=7:1)で精製して化合
物3を得た。収量:1.08g(収率:48%)。 [α]25 :-19.8 (c 1.0, CHCl)。 H NMR (400MHz, CDCl) δ= 8.41(1H, d, J=5.6Hz,
H-6: 3NO2Pyr), 8.28(1 H, d, J=8.28, H-4: 3NO
2Pyr), 7.16(1H, d, J=9.2Hz, H-3: 3NO2Pyr),
6.52(1H, d, J=7.6 Hz, H-1: Gal), 5.45(1H, dd, J=3.
2 Hz, H-4: Gal), 4.96(1H, dd, J=10.3, 3.6Hz,
H-3: Gal), 4.78(1H, d, J=3.2Hz, H-4: Gal),
3.97(2H, m, H-6: Gal), 3.48(1H, m, H-5: Gal), 1.9
6-2.11(12H, m, Ac)。 FAB-MS (positeive, matrix: NBA) m/z 471.1 [(M+
H)]。 元素分析( C19H22NO12として): 計算値: C, 48.51; H, 4.71; N, 5.96%。 実測値: C, 48.43; H, 4.59; N, 5.99%。
【0017】(2)3−ニトロ−2−ピリジル β−D
−ガラクトピラノシド(化合物B)の合成 化合物3(1.53g,3.25mmol)を窒素雰囲
気下、メタノール(150mL)に溶解させた。これに
28%ナトリウムメトキシド(50μL)を加えて室温
で12時間反応させた後にドライアイスを加えて反応を
停止した。溶液を減圧濃縮して得られた残査をHP20
(25g,2.3×17cm)(水→水:メタノール=
1:1)により精製して化合物Bを得た。収量:650
mg(収率:66.2%). [α]25 :-10.2 (c 1.0, H2O) H NMR (600MHz, CDOD) δ= 8.42(1H, dd, J=2.8,
8.0Hz, H-6: 3NO2Pyr), 8.34(1H, dd, J=3.0, 1
3.1Hz, H-4: 3NO2Pyr), 7.23(1H, dd, J=8.3,13.
1 Hz, H-3: 3NO2Pyr), 6.09(1H, d, 13.4Hz, H-1: Gl
c), 3.91-3.87(2H, m), 3.72-3.60(2H, m), 3.30
-3.29(2H, m)。 FAB-MS(positive, matrix: NBA) m/z 303.0 [(M+
H)]。 元素分析( C11H14NOとして): 計算値: C, 43.71; H 4.67; N, 9.27%。 実測値: C, 43.75; H, 4.61; N, 9.23%。
【0018】実施例1 ニトロピリジルグリコシドの物
理化学的性質 一般式[1]で示される化合物の代表例として、3−ニ
トロ−2−ピリジル−β−D−グルコピラノシド(以
下、3NPy−Glcと略す。)及び3−ニトロ−2−
ピリジル−β−D−ガラクトピラノシド(以下、3NP
y−Galと略す。)を取り上げ、その物理化学的性質
について調べた。結果を以下に示す。
【0019】(1)紫外吸収スペクトル ニトロピリジルグリコシド(3NPy−Glc,3NP
y−Gal)と、その加水分解生成物である2−ヒドロ
キシ−3−ニトロピリジン(以下、3NPy−OHと略
す。)の紫外吸収スペクトルを図1に、また、その吸収
極大とモル吸光係数を表1に示す。
【0020】図1において、1は3NPy−Glc及び
3NPy−OHの吸収スペクトルを、また、2は3NP
y−Gal及び3NPy−OHの吸収スペクトルをそれ
ぞれ示している。図1中、A−H は、pH3,4,
5,6(25mM酢酸緩衝液)、7,8,9(25mM
リン酸緩衝液)及び12(100mM炭酸ナトリウム水
溶液)における0.1mM 3NPy−Glcの吸収ス
ペクトルを示し、I−Pは、pH3,4,5,6(25
mM酢酸緩衝液)、7,8,9(25mMリン酸緩衝
液)及び12(100mM炭酸ナトリウム水溶液)にお
ける0.1mM 3NPy−Galの吸収スペクトルを
示す。また、a−dはpH3,4,5,6(25mM酢
酸緩衝液)における、eはpH7(25mMリン酸緩衝
液)における、fはpH8(25mMリン酸緩衝液)に
おける、gはpH9(25mMリン酸緩衝液)におけ
る、hはpH12(100mM炭酸ナトリウム水溶液)
における、0.1mM 3NPy−OHの吸収スペクト
ルをそれぞれ示す。
【0021】
【表1】
【0022】図1及び表1から明らかな如く、3NPy
−Glcおよび3NPy−Galは、共に303nm付
近に吸収極大をもち、そのモル吸光係数は約3300で
あった。一方、3NPy−OHの吸収極大はpHによっ
て変化し、pH8以下では360nm付近に吸収極大が
あるが、pH9以上では385nm以上へとシフトし
た。これは、3NPy−OHの酸解離平衡によるもので
ある。但し、そのモル吸光係数については、pHによる
大きな変化は見られなかった。糖加水分解酵素の至適p
Hは、通常、弱酸性領域(pH4−7)にあり、この領
域でアッセイするのが普通であるが、このpH領域での
3NPy−OHの吸収極大(360nm)では、基質で
あるグリコシド(3NPy−Glc,3NPy−Ga
l)の吸収が一部重なる(図 1)。そのため、グリコシ
ドの吸収がほとんどない390nmでの吸光度を用いて
3NPy−OHの生成を定量するのが適当である。な
お、弱酸性〜中性領域(pH6,7)において、390
nmにおける3NPy−OHのモル吸光係数は約370
0で、基質であるグリコシド(3NPy−Glc,3N
Py−Gal)の約10倍であった。
【0023】(2)加水分解に対する安定性 3NPy−Glcおよび3NPy−Galは、酵素が存
在しなくても水溶液中で徐々に加水分解し、対応する糖
と3NPy−OHを生じる。その非酵素的なバックグラ
ンドの加水分解速度を種々の条件で測定し、基質の安定
性に及ぼす影響を調べた。
【0024】(2−1)pH依存性 pH3.0からpH8.0の範囲において、1mMの3
NPy−Glcおよび3NPy−Galが37℃で非酵
素的に加水分解する速度を測定し、その擬1次反応速度
定数kを 表2にまとめた。
【0025】
【表2】
【0026】表2から明らかなように、加水分解の反応
速度はpHに大きく依存し、加水分解は酸性側でより顕
著であった。特に、pH4以下で急激に速度が増大する
ことが判明した。また、すべてのpH領域で3NPy−
Galの方が3NPy−Glcよりも不安定で、最大
2.7倍程度加水分解を受けやすいことが判明した。
【0027】実際の酵素反応のアッセイ時間は1分程度
であることを考慮すると、各pHにおいて1分間あたり
基質がどのくらい非酵素的に加水分解するかを求めるこ
とは、実際のアッセイにとって便利な目安になる。そこ
で、1mMの基質が、37℃にて1分間に非酵素的に加
水分解する割合(%)を計算し、それをプロットしたの
が図2である。
【0028】図2において、−○−は3NPy−Glc
の、また、−●−は3NPy−Galの非酵素的な加水
分解におけるpHの影響をそれぞれ示す。非酵素的加水
分解の比率は、1mM 3NPy−Glc又は1mM 3
NPy−Galを25mM酢酸緩衝液(pH3.0−
6.0)又は25mMリン酸緩衝液(pH6.5−8.
0)中で37℃で1分間インキュベートした後に算出し
た。また、3NPy−OHの生成量は390nmにおけ
る吸光度を基に算出した。
【0029】図2から明らかな如く、pH3.0では、
両基質とも1分間に6%あまりが加水分解したが、pH
が上がるに従い、非酵素的な加水分解は急激に減少し、
3NPy−Glcの場合、pH4.0で1.3%、pH
4.5で 0.46%、pH5.0で 0.16%、p
H5.5で0.05%、pH6.0で0.02%、pH
6.5以上でほぼ一定の0.01%となった。また、3
NPy−Galでは、pH4.0で1.2%、pH4.
5で 0.91%、pH5.0で0.38%、pH5.
5で0.14%、pH6.0で0.04%、pH6.5
以上でほぼ一定の0.02%となった。これらの結果よ
り、3NPy−Glcおよび3NPy−Galともに、
pH 6.0以上では、実際上、非酵素的な加水分解は
無視できるレベルにまで低下し、このpH以上での酵素
アッセイには何ら問題がないことが示された。一方、す
でにグリコシダーゼのアッセイに汎用されているp−ニ
トロフェニルグリコシド(pNP−GlcおよびpNP
−Gal)では、同様の反応条件下(pH3.0−8.
0)で、加水分解は全く見られなかったことから、3N
Py−Glc及び3NPy−Galは、対応するp−ニ
トロフェニルグリコシドよりも反応性が高いことが判明
した。
【0030】(2−2)緩衝液の種類による影響 pH5.5、37℃において、グリコシダーゼのアッセ
イによく用いる種々の緩衝液中で、1mMの3NPy−
Glc及び3NPy−Galが非酵素的に加水分解する
速度を測定し、その擬1次反応速度定数kを 表3に
まとめた。
【0031】
【表3】
【0032】表3から明らかな如く、いずれの基質も、
加水分解の反応速度は、緩衝液の成分あるいは濃度にほ
とんど影響されず、グリコシダーゼのアッセイに通常用
いる緩衝液成分の種類、濃度では、基質の非酵素的な加
水分解は全く問題がないことが判った。
【0033】(2−3)温度依存性 25mM酢酸緩衝液(pH5.0)中において、1mM
の3NPy−Glcおよび3NPy−Galが自発的に
加水分解する速度を、25,30,37および45℃に
て測定し、その擬1次反応速度定数kを 表4にまと
めた。
【0034】
【表4】
【0035】また、そのアレニウスプロットを 図3に
示す。図3において、−○−は25mM酢酸緩衝液(p
H5.0)中における3NPy−Glcの、また、−●
−は同3NPy−Galのアレニウスプロットをそれぞ
れ示す。 E(3NPy−Glc)=17.1 kcal mol
−1(3NPy−Gal)=17.0 kcal mol
−1
【0036】加水分解反応の温度依存性は、両基質とも
ほぼ同じで、アレニウスプロットより求めた活性化エネ
ルギーは約17kcal mol−1であった。実際の
酵素アッセイは37℃以下で行うことが殆どであるが、
たとえば25℃では、非酵素的な加水分解を37℃での
1/3以下に抑えられることが判った。
【0037】実施例2 3NPy−Glcを用いたβ−
グルコシダーゼの連続アッセイ 市販のβ−グルコシダーゼ(Aspergillus niger由来)
を用いて、3NPy−Glcによる酵素の連続アッセイ
を行った。アッセイ条件を表5に示す。本酵素の至適p
Hは5.0付近であるが、基質3NPy−Glcの安定
性を考慮し、25mM酢酸緩衝液(pH6.0)を用い
た。
【0038】
【表5】
【0039】[操作法]市販のβ−グルコシダーゼ
(1.52U,20mg/mL)0.05mLを25m
M酢酸緩衝液(pH6.0)0.85mLに加え、2分
間37℃でインキュベートしたのち、基質3NPy−G
lcの水溶液(10mM)0.1mLを加えて反応を開
始した(最終濃度:酵素0.076U,1mg/mL,
3NPy−Glc1mM,総容量1mL)。生成物3N
Py−OHの生成を390nmにおける吸光度の変化で
30秒間にわたり追跡した。生成物の濃度は、3NPy
−OHのpH6.0におけるモル吸光係数3743μM
−1cm−1を用いて計算した。3NPy−Glcを基
質としてpH6.0で連続アッセイした結果を図4に示
す。
【0040】酵素反応の進行にともなって390nmに
おける吸光度は直線的に上昇し、一定時間ごとに反応を
停止させることなく、連続的に生成物の濃度を追跡でき
ることが確かめられた。アッセイ曲線は、反応開始から
30秒間はもちろんのこと、基質の消費が約10%に達
するまで直線性を保ち、それぞれの直線の傾きから初速
度vを求めることができた。
【0041】次に、酵素濃度に対して初速度vが比例
関係にあることを確かめるために、初速度vを酵素濃
度に対してプロットしたところ、ほぼ原点を通る直線が
得られた(図5)。即ち、初速度vは酵素量と良好な
比例関係にあり、この基質を用いた連続アッセイで求め
た初速度より、酵素活性を定量できることを確かめた。
また、ほぼ原点を通る直線が得られたことから、このア
ッセイ条件における基質の非酵素的加水分解は無視でき
ることも確かめられた。
【0042】最後に、基質3NPy−Glcの加水分解
における速度論的パラメーターを求めた。基質である3
NPy−Glcを、37℃で2分間プレインキュベート
した25mM酢酸緩衝液(pH6.0)に最終濃度が
0.5〜3mMとなるように溶解した後、20mg/m
Lの濃度に調製したβ−グルコシダーゼ(Aspergillusn
iger由来)の酵素液を0.05mL添加し反応を開始し
た(総容量1mL、酵素の最終濃度1mg/mL,0.
076U)。反応溶液の入った1mL用UVセルを37
℃でインキュベートしながら、390nmにおける吸光
度変化を30秒間にわたって連続的に記録した。最小二
乗法により各基質濃度での3NPy−OHの生成速度v
を算出し(3NPy−OH;ε=3743cm/m
ol)、ミカエリス−メンテンの速度式から速度論的パ
ラメーター(KおよびVmax)を求めた(図6)。
その結果、基質のKは4.12mM、Vmaxは3.
46mMsec−1であった。
【0043】
【発明の効果】本発明の測定法によれば、従来法では必
要とされていた、反応後にNaCO 溶液を加えて反
応溶液をアルカリ性にするという操作が必要とされない
ために、酸性あるいは中性溶液中における経時的な連続
測定が可能となるので、従来法に取って代わり新しい標
準的な方法に成り得るものである。糖加水分解酵素の酵
素活性の測定は、先に述べたように酵素阻害剤の開発に
必須である。例えばグルコシダーゼの阻害剤は糖尿病治
療薬としても注目されており、糖加水分解酵素阻害剤は
医薬品のターゲットとして重要である。本方法は酵素活
性測定のための手間を大きく減少させ、糖加水分解酵素
阻害剤探索のための処理量アップを可能にするものでも
ある。
【図面の簡単な説明】
【図1】図1は、3−ニトロ−2−ピリジル−β−D−
グルコピラノシド(以下、3NPy−Glcと略す。)
[図1の1]及び3−ニトロ−2−ピリジル−β−D−
ガラクトピラノシド(以下、3NPy−Galと略
す。)[図2の2]と、その加水分解生成物である2−
ヒドロキシ−3−ニトロピリジンの紫外吸収スペクトル
を示す。
【図2】図2は、3NPy−Glc(○)及び3NPy
−Gal(●)の非酵素的加水分解におけるpHの影響
を調べたグラフである。
【図3】図3は、3NPy−Glc(○)及び3NPy
−Gal(●)の非酵素的加水分解のアレニウスプロッ
トを示す。
【図4】図4は、実施例2において、3NPy−Glc
を基質としてβ−グルコシダーゼを連続アッセイした結
果を示す。
【図5】図5は、実施例2において、3NPy−Glc
を基質としてβ−グルコシダーゼを連続アッセイした場
合における酵素反応の初速度vを酵素濃度に対してプ
ロットしたグラフである。
【図6】図6は、3NPy−Glcを基質としたβ−グ
ルコシダーゼの連続アッセイにおける反応速度論的分析
結果を示す。

Claims (14)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 一般式[1] 【化1】 (式中、Xは糖残基を表し、Rは水素原子、アルキル
    基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン置換アルキ
    ル基、アシル基、アシルアミノ基、アミノ基、アミド
    基、ホルミル基又はフェニル基を表す。)で示される化
    合物を基質として用いることを特徴とする、糖加水分解
    酵素の酵素活性測定法。
  2. 【請求項2】 糖残基がグリコシル基で、糖加水分解酵
    素がグリコシダーゼである、請求項1に記載の酵素活性
    測定法。
  3. 【請求項3】 糖残基がグルコース、ガラクトース、マ
    ンノース、フルクトース、フコース又はアラビノースの
    残基であり、糖加水分解酵素がα−(β−)グルコシダー
    ゼ、α−(β−)ガラクトシダーゼ、α−(β−)マンノシ
    ダーゼ、β−フルクトシダーゼ、α−L−フコシダーゼ
    又はα−L−アラビノフラノシダーゼである、請求項1
    に記載の酵素活性測定法。
  4. 【請求項4】 糖残基がグルクロン酸、N−アセチルグ
    ルコサミン、N−アセチルガラクトサミンまたはシアル
    酸の残基であり、糖加水分解酵素がβ−グルクロニダー
    ゼ、N−アセチルグルコサミニダーゼ、N−アセチルガ
    ラクトサミニダーゼ又はシアリダーゼである、請求項1
    に記載の酵素活性測定法。
  5. 【請求項5】 糖残基がマルトース、マルトトリオー
    ス、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルト
    ヘキサオース又はマルトヘプタオースであり、糖加水分
    解酵素がグルコアミラーゼ又はα−アミラーゼである請
    求項1に記載の酵素活性測定法。
  6. 【請求項6】 糖残基が、非還元末端グルコース残基の
    6位、又は4位と6位が修飾された三〜七糖からなるオ
    リゴ糖誘導体であり、糖加水分解酵素がα−アミラーゼ
    である請求項1に記載の酵素活性測定法。
  7. 【請求項7】 一般式[1] 【化2】 (式中、Xは糖残基を表し、Rは水素原子、アルキル
    基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン置換アルキ
    ル基、アシル基、アシルアミノ基、アミノ基、アミド
    基、ホルミル基又はフェニル基を表す。)で示される化
    合物を基質として含んでなる、糖加水分解酵素の酵素活
    性測定用試薬。
  8. 【請求項8】 糖残基がグリコシル基で、糖加水分解酵
    素がグリコシダーゼである、請求項7に記載の酵素活性
    測定用試薬。
  9. 【請求項9】 糖残基がグルコース、ガラクトース、マ
    ンノース、フルクトース、フコース又はアラビノースの
    残基であり、糖加水分解酵素がα−(β−)グルコシダー
    ゼ、α−(β−)ガラクトシダーゼ、α−(β−)マンノシ
    ダーゼ、β−フルクトシダーゼ、α−L−フコシダーゼ
    又はα−L−アラビノフラノシダーゼである、請求項7
    に記載の酵素活性測定用試薬。
  10. 【請求項10】 糖残基がグルクロン酸、N−アセチル
    グルコサミン、N−アセチルガラクトサミン又はシアル
    酸の残基であり、糖加水分解酵素がβ−グルクロニダー
    ゼ、N−アセチルグルコサミニダーゼ、N−アセチルガ
    ラクトサミニダーゼ又はシアリダーゼである、請求項7
    に記載の酵素活性測定用試薬
  11. 【請求項11】 糖残基がマルトース、マルトトリオー
    ス、マルトテトラオース、マルトペンタオース、マルト
    ヘキサオース又はマルトヘプタオースであり、糖加水分
    解酵素がグルコアミラーゼ又はα−アミラーゼである請
    求項7に記載の酵素活性測定用試薬。
  12. 【請求項12】 糖残基が、非還元末端グルコース残基
    の6位、又は4位と6位が修飾された三〜七糖からなる
    オリゴ糖誘導体であり、糖加水分解酵素がα−アミラー
    ゼである請求項7に記載の酵素活性測定用試薬。
  13. 【請求項13】 一般式[1] 【化3】 (式中、Xは糖残基を表し、Rは水素原子、アルキル
    基、アルコキシ基、ハロゲン原子、ハロゲン置換アルキ
    ル基、アシル基、アシルアミノ基、アミノ基、アミド
    基、ホルミル基又はフェニル基を表す。)で示される化
    合物からなる、糖加水分解酵素の酵素活性測定用基質。
  14. 【請求項14】 糖残基がグリコシル基で、糖加水分解
    酵素がグリコシダーゼである、請求項13に記載の酵素
    活性測定用基質。
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