JPH04248987A - 共役酵素反応によるl−ホスフィノトリシンの製造方法 - Google Patents
共役酵素反応によるl−ホスフィノトリシンの製造方法Info
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Abstract
め要約のデータは記録されません。
Description
よる4−(ヒドロキシメチルホスフィニル)−2−オキ
ソ酪酸(HMPB)からのL−2−アミノ−4−(ヒド
ロキシメチルホスフィニル)酪酸(L−ホスフィノトリ
シン)の合成に関する。
製造は既にEP 249 188に開示されている。こ
れにはアミノ供与体であるアスパルテートおよび、グル
タメート/オキザルアセテート・トランスアミナーゼ(
GOT)の存在下にα−ケトグルタレートをグルタメー
トに転化することが記載されている。この転化反応は、
この第一反応において形成されたアミノ供与体であるグ
ルタメートの存在下に4−(ヒドロキシメチルホスフィ
ニル)−2−オキソ酪酸(HMPB)をL−ホスフィノ
トリシンに転化するもう一つのトランスアミナーゼ反応
と共役されている。
全なものとするには、個々の酵素反応の平衡定数が相互
に異なっていることが重要である。しかしながら、アミ
ノ基転移反応の平衡定数は約1.0であるため、一般に
目的物は50%収率でしか得られない(米国特許第4,
826,766号参照)。
過剰の出発物質を用いることにより、酵素反応の平衡を
生成物側にずらすことは可能である。
めの前記アミノ基転移反応には過剰のアミノ供与体であ
るグルタメートが用いられる〔A. Schulz e
t al. (1990) Appl. Enviro
n. Micobiol. 56, 1〜6, No.
1〕。しかしながら、これには、非タンパク原性アミ
ノ酸であるL−ホスフィノトリシンの天然アミノ酸例え
ばグルタメートからの分離が、例えばイオン交換クロマ
トグラフィーを二回連続行うなど相当な苦労の結果はじ
めて可能となるという欠点がある〔A.Schulz
et al. (1990) Appl. Envir
on. Micobiol. 56, 1〜6, No
. 1〕。
ーゼおよびGOTの関与する共役法のもう一つの可能性
は、そのホスフィノトリシントランスアミナーゼにより
消費されるグルタメートを再循環させることにより反応
をGOTによってホスフィノトリシン合成の方向に動か
すことである。これはGOT反応生成物であるオキザル
アセテートが二価金属イオンの存在下においてピルベー
トに自然に脱カルボキシされ、従って反応平衡系から除
かれるためである。しかしながら、これまでに報告され
ているすべてのGOTはグルタメートの存在下において
ピルベートをアミノ基転移してアラニンにする副次的活
性を有しているため、NH4+が反応系から連続的に除
かれてしまい、また等モル量のHMPBとアミノ供与体
(グルタメートおよび/またはアスパルテート)を用い
たのではL−ホスフィノトリシン生成反応は完全なとこ
ろまで進行しない。加えて、生成L−ホスフィノトリシ
ンはアラニンによって汚染されている。
るトランスアミナーゼおよびL−ホスフィノトリシント
ランスアミナーゼ活性を有するトランスアミナーゼを用
いた共役酵素反応においてアミノ供与体であるグルタメ
ートを触媒量で用いそしてアミノ供与体であるアスパル
テートがHMPBに対して略等モル量で用いると、実質
的に定量的収率で、そしてまた天然アミノ酸によって実
質的に全く汚染されることなくホスフィノトリシンが生
成することを見出した。
スフィニル)酪酸(L−ホスフィノトリシン)を式(I
I)
−オキソ酪酸(HMPB)から以下の反応工程、すなわ
ちa) 適当なトランスアミナーゼ1の存在下にアス
パルテートとα−ケトグルタレートを反応させてオキザ
ルアセテートおよびグルタメートを生成させる、および
b) 適当なトランスアミナーゼ2の存在下にグルタ
メートと式(II)のHMPBを反応させてα−ケトグ
ルタメートおよびL−ホスフィノトリシンを生成させる
工程より成る共役酵素反応により製造する方法であって
、アスパルテート対HMPBモル比を0.5〜1.5対
1、好ましくは0.8〜1.2対1、特に等モル比とし
、またグルタメートまたはα−ケトグルタレートを触媒
量で添加することを特徴とする前記方法に関する。
ケトグルタレートまたはそれらの相当する酸は購入可能
な物質である。HMPBはEP 30424に記載され
ている如くに製造することができる。
ゼ活性を有しそしてアミノ供与体としてのアスパルテー
トの存在下にα−ケトグルタレートからグルタメートに
アミノ基転移できるいずれかの酵素(いわゆるGOT活
性酵素)である。ピルベートからアラニンにアミノ基転
移できず、またそれ故に共役反応の目的生成物であるL
−ホスフィノトリシンを他の天然アミノ酸で汚染するこ
とのないGOT(グルタメート/オキザルアセテートト
ランスアミナーゼ)を用いるのが好ましい。ピルベート
は例えばアスパルテートのアミノ基転移反応生成物であ
るオキザルアセテートの脱カルボキシ化によって製造さ
れる。
coli (E.coli))またはバチルス属細菌か
らのGOT活性を有し、またピルベート特異的活性を持
たないトランスアミナーゼを用いるのが好ましい。
ゼ活性を有し、またアミノ供与体としてのグルタメート
の存在下にHMPBからL−ホスフィノトリシンにアミ
ノ基転移することができるいずれかの酵素である。この
タイプの酵素はEP 249 188に示されている。 トランスアミナーゼ1と同様、ピルベートからアラニン
にアミノ基転移できないトランスアミナーゼをトランス
アミナーゼ2として用いるのが好ましい。
ン特異的トランスアミナーゼはピルベート特異的活性を
有さず、従って好ましいものとして用いることができる
。大腸菌からのL−ホスフィノトリシン特異的トランス
アミナーゼは例えばA. Schulz (1990)
の方法によって濃縮することができる。
性を有する全細胞、細胞抽出物、部分的精製細胞抽出物
または精製酵素をアミノ基転移反応に用いることもでき
る。しかしながら、副次的反応、特にピルベートからア
ラニンへのアミノ基転移反応、がもはや生じなくなるま
で精製された酵素を用いるのが有利である。
された形で用いるのが特に有利である。トランスアミナ
ーゼ固定のための一つの可能な方法は例えばA. Sc
hulz et al. (1990)に記載されてい
る。
チブル(biocompatible)緩衝液、すなわ
ちpHを6.5〜10、好ましくは7.5〜9.0、特
に7.5〜8.5の範囲に維持しかつ個々の成分とは反
応しない緩衝液、中で行われる。ホスフェートまたはt
ris緩衝液、特にtris緩衝液を選択するのが好ま
しい。アスパルテート対HMPBモル比は0.5〜1.
5対1、好ましくは0.8〜1.2対1、特に等モル比
である。グルタメートまたはα−ケトグルタレートは触
媒量で反応混合物に添加される。HMPB対グルタメー
トまたはα−ケトグルタレートは一般に0.01〜1対
1、好ましくは0.01〜0.2対1、特に0.05〜
0.2対1である。反応混合物は一般に少量の補助因子
(cofactor)であるピリドキサールホスフェー
トをも例えば1〜500μm、好ましくは5〜100μ
mの濃度で含有する。反応温度は一般に約20〜70℃
、好ましくは30〜40℃である。
に、グルタメート/オキザルアセテートトランスアミナ
ーゼ反応で生成したオキザルアセテートを多価金属イオ
ンの存在下に脱カルボキシル化するのが好ましい(英国
特許出願第2 161 159号)。適当な多価金属イ
オンの例は前記英国特許出願に列挙されたすべての金属
イオン、好ましくは、Al3+、Mg2+、Mn2+、
Fe2+またはFe3+である。この好ましい態様にお
いて、付加的なピルベート特異的活性を有するトランス
アミナーゼまたはトランスアミナーゼ画分を全く用いな
いのがさらに有利である。前述の反応条件下にオキザル
アセテートの脱カルボキシル化反応を行うことによって
L−ホスフィノトリシンの収率が増大したことは全く予
想外であった。何故ならば英国特許出願第2 161
159号によれば最高の生成物収率は反応系においてア
スパルテートを唯一のアミノ供与体として用いた場合に
認められたに過ぎなかったからである。
タメートが実質的に完全に消費されると、実質的に天然
アミノ酸不含の生成物L−ホスフィノトリシンが得られ
、またそれの形成されたα−ケト酸、α−ケトグルタレ
ートおよびオキザルアセテートまたはピルベートからの
分離は一段階で可能である。α−ケトグルタレートまた
はグルタメートは過剰にではなく極く少量で添加された
に過ぎず、また同様に、アスパルテートは過剰にではな
く好ましくはHMPBに対して等モルで添加されたにも
かかわらず、HMPBからL−ホスフィノトリシンへの
実質的に完全な転化が認められた。このことは全く予測
し得なかったことである。
えばメチルイソブチルケトン抽出により、または例えば
Amberlite IR 120 を用いた陽イオ
ン交換クロマトグラフィーにより簡易に精製することが
できる。
農業において除草剤として用いられる。以下の実施例は
本発明をさらに詳述するものであるが、本発明を限定す
るものでは全くない。
ノトリシン合成 大腸菌K−12をLB培地(10g/リットル トリプ
トン、5g/リットル酵母エキス、10g/リットル
NaCl)中、37°で15時間培養した。5000g
で10分間遠心分離することにより菌体を集め、ホスフ
ェート緩衝液(10mM燐酸ナトリウム、pH=7.0
、10mM NaCl)で2回洗浄し、次いで以下の溶
液に100mg/ml濃度となるように再懸濁した。
100mM HMPB 100mMグルタミン酸 100mMアスパラギン酸 50mM tris/HCl、pH=8.0
】溶液2: HMPB:グルタミン酸=1:4 100mM HMPB 400mMグルタミン酸 50mM tris/HCl、pH=8.0
】菌体懸濁液を反応混合物と共に37℃でインキュベー
トした。反応混合物中のL−ホスフィノトリシン含量を
合成過程の様々な時点でアミノ酸分析機を用いて測定し
た。表1は反応過程におけるL−ホスフィノトリシンへ
の転化率(%)を両方の生物学的転換混合物について示
したものである。(溶液2の場合)L−PPT収率は4
倍過剰のアミノ供与体グルタミン酸を用いても85%を
超えなかったのに、(溶液1の場合)アミノ供与体グル
タミン酸およびアスパラギン酸の等モル使用によりほぼ
100%の転化率を達成できた。
アミナーゼの精製
スアミナーゼおよびブタからのGOTを様々なグルタミ
ン酸濃度で用いたL−ホスフィノトリシン合成大腸菌K
−12からのL−ホスフィノトリシン特異的トランスア
ミナーゼ(PST)(EP−A 0 334 683参
照)およびブタ心臓からのGOT(実施例2参照)をホ
スフェート緩衝液(20mM燐酸ナトリウム、pH=7
.0、0.1mMピリドキサールホスフェート、1mM
2−ケトグルタレート、5mM β−メルカプトエタ
ノール)に1mg/ml濃度となるよう溶解した。次に
各場合について、それら二酵素の1単位(=PSTの場
合は1μmol L−ホスフィノトリシン/分、および
GOTの場合は1μmolグルタメート/分)の活性に
相当する容量を混合しそして以下の反応溶液と共に37
℃で1時間インキュベートした。
的にグルタミン酸を以下の濃度で含有した。 実験1:100mM 実験2:50mM 実験3:20mM 実験4:10mM 実験5:5mM 実験6:−
ノトリシン含有量をアミノ酸分析機(Biotroni
c LC 5001)で測定した。それより転化率(%
)として算出されたL−ホスフィノトリシン合成速度を
表2にまとめる。 これらの実験は、グルタミン酸濃度をHMPBまたはア
スパルテート使用濃度の0.2倍まで低下させることが
できしかもL−ホスフィノトリシン合成速度に対する悪
影響は無視できることを示している。
比で用いたL−ホスフィノトリシン合成それら二つの精
製トランスアミナーゼを実施例3に記載の如く、100
mM HMPB、20mMグルタミン酸、100mMア
スパラギン酸および50mM tris/HCl、pH
=8.0、より成る反応溶液と共に37℃でインキュベ
ートした。それら二酵素の様々な活性比をこのために用
いた: 1. PST 1単位/GOT 10単位2. P
ST 1単位/GOT 1単位3. PST 1単位
/GOT 0単位
点で検体をアミノ酸分析機で測定しながら混合物中のL
−ホスフィノトリシン含量を測定した。それより算出さ
れたL−ホスフィノトリシン合成を表3に示す。酵素比
PST:GOT=1:1(混合物2)の場合に最高転化
率が得られた。GOTを添加しない場合(混合物3)に
達成し得る最大PPT転化率はわずか約20%に過ぎな
かったが、これは、この場合、L−ホスフィノトリシン
合成にグルタミン酸しか用い得ず、アスパラギン酸は使
用できないからである。
果 精製トランスアミナーゼを実施例3に記載の如く1:1
比(各1単位)で混合し、そして1mM MnCl2の
存在下と、あるいはMnCl2を用いずに、反応溶液(
100mM HMPB、20mMグルタミン酸、100
mMアスパラギン酸、50mM tris/HCl、p
H=8.0)と共に37℃でインキュベートした。L−
ホスフィノトリシン合成の進行を実施例4に記載の如く
測定し、それを表4にまとめる。塩化マンガンの添加に
より反応速度を顕著に増大させることができた。24時
間の反応時間後のL−ホスフィノトリシン転化率は塩化
マンガンを用いない比較混合物よりも約10%高かった
。
0mlの活性化シリカゲル(文献、すなわちK. Mo
sbach, Methods in Enzymol
ogy, Vol. XLIV; Academic
Press, New York, 1976, 13
9および140ページに記載の如くシラン化およびグル
タールアルデヒド活性化したもの)を50mlのPST
溶液(大腸菌からの精製PST、0.25M燐酸カリウ
ム緩衝液(pH8)中のタンパク質10mg/ml溶液
)に添加し、そしてゆるやかに撹拌しながら3時間反応
させる。次にまだ湿っている触媒を濾去しそして100
mlの0.25Mホスフェート緩衝液(pH8)で洗浄
した。このようにして調製された生物学的触媒(bio
catalyst)は後述の反応に用いることができる
。
0mlのGOT溶液(ブタからの精製GOT、タンパク
質8.4mg/溶液10ml)を実施例6に記載の如き
10mlのシリカゲルに固定する。この生物学的触媒は
この形で共役アミノ基転移反応に用いることができる。
転移反応 180mg(1mmol)のHMPB、133mg(1
mmol)のL−アスパラギン酸、29.4mg(0.
2mmol)のL−グルタミン酸、10mgのピリドキ
サールホスフェートおよび0.6gのTRISを蒸留水
で5gの溶液としそしてpH8に調整する。これに0.
5mlの固定化PST(実施例6)および0.5mlの
固定化GOT(実施例7)を添加し、そして注意深く撹
拌しながら26℃、pH8で48時間反応させる。反応
混合物のアミノ酸含量をHPLC(アミノ酸分析機)に
より調べる。
MPBに対し68%)
0.012gのL−アスパラギン酸
0.028gのL−
グルタミン酸
0.025gのL−アラニン
転移反応 1g(5.6mmol)のHMPB、715mg(5.
6mmol)のL−アスパラギン酸、163mg(1.
1mmol)のL−グルタミン酸および10mgのピリ
ドキサールホスフェートを蒸留水で20gの溶液としそ
してKHCO3でpH8に調整する。1mlの固定化P
ST(実施例6)および1mlのGOT(実施例7)を
添加後、ゆるやかに撹拌しながら36℃で72時間反応
させる。生成物溶液のアミノ酸含量をHPLC(AAA
)により調べる。
PBに対し58%)
0.30gのL−アスパラギン酸
0.16gのL−グルタ
ミン酸 0.
02gのL−アラニン
移反応 180mg(1mmol)のHMPB、147mg(1
mmol)のL−グルタミン酸、133mg(1mmo
l)のL−アスパラギン酸、10mgのピリドキサール
ホスフェートおよび0.7gのTRISを蒸留水で50
gの溶液(pH8)とし、そして実施例6からの溶液か
らの0.5mlの固定化PSTおよび実施例7で調製さ
れたGOT溶液からの42μlの遊離GOTを添加する
。注意深く撹拌しながら36℃で反応を行う。48時間
後の溶液中のアミノ酸含量をHPLC(AAA)により
調べる。
MPBに対し80%)
0.024gのL−アスパラギン酸
0.147gのL−
グルタミン酸
0.003gのL−アラニン
転移反応 実施例10と同様にして反応を行う。遊離GOTに代え
て0.5mlの固定化GOT(実施例6)を用いる。生
成物溶液中のアミノ酸組成は実施例10のそれに相当す
る。
により測定した。それは約80%である。
Claims (10)
- 【請求項1】 式(I) 【化1】 で示されるL−2−アミノ−4−(ヒドロキシメチルホ
スフィニル)酪酸(L−ホスフィノトリシン)を式(I
I) 【化2】 で示される4−(ヒドロキシメチルホスフィニル)−2
−オキソ酪酸(HMPB)から以下の反応工程、すなわ
ちa) 適当なトランスアミナーゼ1の存在下にアス
パルテートとα−ケトグルタレートを反応させてオキザ
ルアセテートおよびグルタメートを生成させる、および
b) 適当なトランスアミナーゼ2の存在下にグルタ
メートと式(II)のHMPBを反応させてα−ケトグ
ルタメートおよびL−ホスフィノトリシンを生成させる
工程より成る共役酵素反応により製造する方法であって
、アスパルテート対HMPBモル比を0.5〜1.5対
1、好ましくは0.8〜1.2対1、特に等モル比とし
、またグルタメートまたはα−ケトグルタレートを触媒
量で添加することを特徴とする製造方法。 - 【請求項2】 グルタメートまたはα−ケトグルタレ
ートをHMPBに対し0.01〜1対1、好ましくは0
.01〜0.2対1、特に0.05〜0.2対1のモル
比で添加する請求項1記載の方法。 - 【請求項3】 トランスアミナーゼ1がグルタメート
/オキザルアセテートトランスアミナーゼ活性(GOT
活性)を有する請求項1または2記載の方法。 - 【請求項4】 GOTがブタ、大腸菌またはバチルス
、好ましくは大腸菌またはバチルスを起源とする請求項
3記載の方法。 - 【請求項5】 トランスアミナーゼ2がL−ホスフィ
ノトリシントランスアミナーゼ活性を有する請求項1ま
たは2記載の方法。 - 【請求項6】 L−ホスフィノトリシン特異的トラン
スアミナーゼが大腸菌を起源とする請求項5記載の方法
。 - 【請求項7】 オキザルアセテートが多価陽イオン、
好ましくはAl3+、Mg2+、Mn2+、Zn2+、
Fe2+またはFe3+の存在下にピルベートに脱カル
ボキシル化される請求項1〜6の少くとも一に記載の方
法。 - 【請求項8】 トランスアミナーゼ1およびトランス
アミナーゼ2がピルベートをアラニンに転化しない請求
項7記載の方法。 - 【請求項9】 少くとも一方のトランスアミナーゼが
固定化された形で存在する請求項1〜8の少くとも一に
記載の方法。 - 【請求項10】 固定化されたトランスアミナーゼが
カラム反応装置に存在する請求項9記載の方法。
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DE4030578A1 (de) | 1992-04-16 |
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