JP2008541753A - D−プシコースエピメラーゼによるd−プシコースの生成方法 - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、アグロバクテリウム・ツメファシエンス(Agrobacterium tumefaciens)由来のD-プシコースエピメラーゼ(以下、プシコース3-エピメラーゼという)を用いるD-プシコースの生成方法に関する。
一般に、D-プシコースは、D-フルクトースのエピマーであって、甘味の強度および種類の面において、D-フルクトースに極めて類似している。しかし、D-プシコースは、D-フルクトースと異なり、体内吸収時にほとんど代謝されず、熱量寄与が低い。したがって、D-プシコースは、ダイエット食品の有効成分として用いることができる。非砂糖甘味料として広く利用されている糖アルコール類は、規定量を超えて摂取すると下痢などの副作用を起こすが、D-プシコースは、そのような副作用がない。さらに、D-プシコースは、人体内でほとんど代謝されないため、熱量値はほぼゼロに近く、脂質合成酵素の活性を抑制することで腹部脂肪を減少させる機能を有している。そのため、D-プシコースは、体重減少に有益な甘味料としても使用することができる(たとえば、Matsuo, T., Y. Baba, M. Hashiguchi, K. Takeshita, K. Izumori and H. Suzuki, "Dietary D-psicose, a C-3 epimer of D-fructose, suppresses the activity of hepatic lipogenic enzymes in rats", Asia Pac. J. Clin. Nutr., 10:233-237(2001)(非特許文献1); および Matsuo, T. and K. Izumori, "D-Psicose, a rare sugar that provides no energy and additionally beneficial effects for clinical nutrition", Asia Pac. J. Clin. Nutr., 13:S127(2004)(非特許文献2) を参照)。
本発明の発明者らは、機能によってではなく単に塩基配列またはアミノ酸配列によって特徴付けられたエピメラーゼ酵素から、D-フルクトースを基質として用いて、高収率でD-プシコースを生成できる酵素を選択することを試み、選択された酵素の特定の効果を立証した。本発明は、選択された酵素を用いて高収率でD-プシコースを生成する新規の方法を提供する。
本発明の一局面により、配列番号:1のアミノ酸配列を有し、かつプシコース3-エピメラーゼ活性を有するタンパク質が提供される。
上記のように、本発明の態様によるD-プシコースの生成方法は、微生物由来の酵素を利用するため環境に優しく、簡単な酵素固定過程を必要とし、従来の方法で用いられるものより廉価な基質を用い、D-プシコース生成収率を有意に向上させ、したがって生成効率を最大化する一方で生成コストを低減する。
以下、具体的な実施例を参照して本発明をより詳細に説明する。これらの実施例は例示的な目的でのみ示され、本発明の範囲を限定することを意図するものではない。
本実験例では、プシコース3-エピメラーゼの分子量を測定するためにMALDI-TOF-MSを使用し、桂皮酸をマトリックスとして用いた。酵素活性は、D-フルクトースを基質として用いて測定した。酵素活性を測定するために、1.0%のD-フルクトースを含む50mM PIPES緩衝溶液でpH7.5、50℃で20分間、プシコース3-エピメラーゼをD-フルクトースと反応させ、その後、反応溶液を100℃で5分間加熱して反応を終了させた。D-フルクトースをPIPES緩衝溶液に60〜70重量%の濃度となるようにpH7〜8で溶解することで、D-フルクトースを含むPIPES緩衝溶液を調製し、該D-フルクトースを含むPIPES緩衝溶液を、40℃〜60℃に維持されたバイオリアクターに連続的に加えた。酵素活性を容易に比較するために、プシコース3-エピメラーゼの1単位は、pH7.5かつ50℃で1分当たり1モルのD-プシコースを生成するのに必要なプシコース3-エピメラーゼの量と定義する。
実施例1:プシコース3-エピメラーゼの大量生成
プシコース3-エピメラーゼ遺伝子は、アグロバクテリウム・ツメファシエンス ATCC33970のDNAを、アグロバクテリウム・ツメファシエンスC58のタガトース3-エピメラーゼ遺伝子であることが示唆されているが機能的に特徴付けられてはいない遺伝子のDNA塩基配列をもとに設計されたプライマーを用いたポリメラーゼ連鎖反応(PCR)によって増幅することにより、大量に得た。獲得されたプシコース3-エピメラーゼ遺伝子は、制限酵素XhoIおよびNdeIを用いて発現ベクターpET-24a(+)(Novagen, Inc.)に挿入され、組換え発現ベクターpET-24a(+)/プシコース3-エピメラーゼを生成する(図3参照)。この組換え発現ベクターを、通常の形質転換法を用いて、大腸菌BL21(DE3)に形質転換した。形質転換した大腸菌BL21(DE3)株を、大量生成用に培養する前に液化窒素で低温保存した。
プシコース3-エピメラーゼの特徴付けを行うために、アフィニティクロマトグラフィ(HisTrap HPカラム)、脱塩(HiPrep 16/60カラム)、およびゲル濾過(Sephacryl S-100 HRカラム)を用いてプシコース3-エピメラーゼを精製した。
金属イオンを追加する効果を調べるために、プシコース3-エピメラーゼをEDTAで処理した後、または下記の表1に示された金属イオンをプシコース3-エピメラーゼに1mMずつ加えた後に、プシコース3-エピメラーゼの酵素活性を測定した。プシコース3-エピメラーゼの反応を、0.04単位/mlのプシコース3-エピメラーゼと1.0重量%のD-フルクトースとを含む50mMのPIPES緩衝溶液で、pH7.5、50℃で20分間行い、次に反応溶液を100℃で5分間加熱して反応を終了させた。続いて、プシコース3-エピメラーゼの酵素活性を測定した。
プシコース3-エピメラーゼの反応を、0.04単位/mlのプシコース3-エピメラーゼと下記の表2に示されたそれぞれが独立に10mMの単糖類とを含む50mMのPIPES緩衝溶液で、pH7.5、50℃で20分間行い、次に各反応溶液を100℃で5分間加熱して反応を終了させた。続いて、各反応溶液のプシコース3-エピメラーゼの酵素活性を測定した。
実施例5では、プシコース3-エピメラーゼを様々なpH値および温度でD-フルクトースと反応させ、様々なpH値および温度において得られた酵素活性を比較した。pH効果を調べるために、プシコース3-エピメラーゼの反応を、0.04単位/mlのプシコース3-エピメラーゼと1.0重量%のD-フルクトースとを含む50mMのPIPES緩衝溶液で、pH6.5〜7.5の範囲で行い、さらに同様の反応を、0.04単位/mlのプシコース3-エピメラーゼと1.0重量%のD-フルクトースとを含む50mMのPIPES緩衝溶液で、pH7.5〜8.5の範囲で行った。ここで、各反応は、金属イオンを加えない場合は50℃で、マンガンイオンを加えた場合は60℃で、それぞれ20分間反応させた。続いて、100℃で5分間の熱処理により反応を終了させ、酵素活性を測定した。結果は図1Aに示した。
実施例6では、プシコース3-エピメラーゼの反応を、0.04単位/mlのプシコース3-エピメラーゼ、1mMのMn2+イオン、ならびに合わせて0.1%のD-プシコースおよびD-フルクトースを含む50mMのPIPES緩衝溶液で、pH7.0、30℃〜60℃の温度範囲で、反応が十分進むように24時間行い、D-プシコースとD-フルクトースとの間の平衡を求めた。続いて、100℃で5分間の熱処理により反応を終了させ、酵素活性を測定した。
D-プシコースを高濃度で生成するために、反応を、14単位/mlのプシコース3-エピメラーゼ、1mMのMn2+イオン、および700g/LのD-フルクトースを含む50mMのPIPES緩衝溶液で、pH7.0、60℃で様々な反応時間で行った。続いて、100℃で5分間の熱処理により反応を終了させ、酵素活性を測定した。反応時間によるD-プシコースの生成率を下記の表3に示す。
D-プシコースの生成方法の効率性を調べるために、プシコース3-エピメラーゼを固定した。固定プシコース3-エピメラーゼの生成収率を測定し、非固定(自由)プシコース3-エピメラーゼの生成収率と比較した。
実施例8の固定プシコース3-エピメラーゼの生成収率を実証するために、バイオリアクターで次の反応を行った。
Claims (9)
- 配列番号:1のアミノ酸配列を有し、かつプシコース3-エピメラーゼ活性を有するタンパク質。
- 配列番号:1のアミノ酸配列を有し、かつプシコース3-エピメラーゼ活性を有するタンパク質をコードする遺伝子。
- 請求項2記載の遺伝子を含む組換え発現ベクター。
- 請求項1記載のタンパク質をD-フルクトースと反応させてD-プシコースを生成する方法。
- タンパク質が、請求項3記載の組換え発現ベクターで形質転換した微生物を培養し、該微生物の培養溶液からタンパク質を単離することによって得られるタンパク質生成物である、請求項4記載の方法。
- 反応が、マンガン、マグネシウム、鉄、コバルト、およびアルミニウムからなる群より選択される金属イオンの存在下で行われる、請求項4記載の方法。
- 反応で用いられるD-フルクトースの濃度が、55〜75%(w/w)である、請求項4記載の方法。
- 反応が、pH7〜8の間かつ温度55〜65℃の間で行われる、請求項4記載の方法。
- タンパク質を担体上に固定してD-フルクトースと反応させる、請求項4記載の方法。
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