KR20140117720A - Method for asymmetric synthesis of d-amino acids using omega-transaminase - Google Patents
Method for asymmetric synthesis of d-amino acids using omega-transaminase Download PDFInfo
- Publication number
- KR20140117720A KR20140117720A KR1020130031900A KR20130031900A KR20140117720A KR 20140117720 A KR20140117720 A KR 20140117720A KR 1020130031900 A KR1020130031900 A KR 1020130031900A KR 20130031900 A KR20130031900 A KR 20130031900A KR 20140117720 A KR20140117720 A KR 20140117720A
- Authority
- KR
- South Korea
- Prior art keywords
- amino
- selective
- mba
- transaminase
- amino acids
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
- C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12N—MICROORGANISMS OR ENZYMES; COMPOSITIONS THEREOF; PROPAGATING, PRESERVING, OR MAINTAINING MICROORGANISMS; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING; CULTURE MEDIA
- C12N9/00—Enzymes; Proenzymes; Compositions thereof; Processes for preparing, activating, inhibiting, separating or purifying enzymes
- C12N9/10—Transferases (2.)
- C12N9/1096—Transferases (2.) transferring nitrogenous groups (2.6)
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12P—FERMENTATION OR ENZYME-USING PROCESSES TO SYNTHESISE A DESIRED CHEMICAL COMPOUND OR COMPOSITION OR TO SEPARATE OPTICAL ISOMERS FROM A RACEMIC MIXTURE
- C12P13/00—Preparation of nitrogen-containing organic compounds
- C12P13/04—Alpha- or beta- amino acids
- C12P13/06—Alanine; Leucine; Isoleucine; Serine; Homoserine
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C12—BIOCHEMISTRY; BEER; SPIRITS; WINE; VINEGAR; MICROBIOLOGY; ENZYMOLOGY; MUTATION OR GENETIC ENGINEERING
- C12Y—ENZYMES
- C12Y206/00—Transferases transferring nitrogenous groups (2.6)
- C12Y206/01—Transaminases (2.6.1)
- C12Y206/01018—Beta-alanine-pyruvate transaminase (2.6.1.18)
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Zoology (AREA)
- Wood Science & Technology (AREA)
- Health & Medical Sciences (AREA)
- Genetics & Genomics (AREA)
- Bioinformatics & Cheminformatics (AREA)
- General Health & Medical Sciences (AREA)
- Biochemistry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Microbiology (AREA)
- Biotechnology (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- General Chemical & Material Sciences (AREA)
- Medicinal Chemistry (AREA)
- Molecular Biology (AREA)
- Biomedical Technology (AREA)
- Preparation Of Compounds By Using Micro-Organisms (AREA)
- Enzymes And Modification Thereof (AREA)
Abstract
Description
본 발명은 (R)-선택적 오메가-트랜스아미나제를 이용하여 순수한 광학이성질체 D-아미노산을 생산하는 방법에 관한 것이다. 상기 (R)-선택적 오메가-트랜스아미나제는 아스페르길러스 테레우스(Aspergillus terreus)와 아스페르길러스 푸미가터스(Aspergillus fumigatus)에서 유래된 것이다. The present invention relates to a process for producing pure optically isomeric D-amino acids using (R) -selective omega-transaminase. The (R) -selective omega-transaminase is derived from Aspergillus terreus and Aspergillus fumigatus .
D-아미노산은 항생제, 키랄 보조제, 제약, 식품 첨가제 및 농화학제의 합성에서 중요한 키랄 빌딩 블록이다. 예를 들면, D-페닐글리신과 D-p-하이드록시페닐글리신은 베타-락탐 항생제 암피실린 및 아목시실린의 기존 구조성분이다. 예를 들면, D-페닐글리신 및 D-p-히드록시페닐글리신은 각각 다양한 베타-락탐 항생제 암피실린과 아목시실린에 대한 필수적 구조 성분이다. D-플루오로알라닌은 박테리아의 알라닌 라세마아제를 불활성화시켜 항생제로 이용된다. D-발린은 피레트로이드 살충제 플루바릴네이트의 합성에 사용되는 중간체이다. L-아미노산은 미생물 발효에 의하여 제조되지만, D-아미노산은 발효에 의하여 생성되지 않는다. 왜냐하면 대부분의 D-아미노산은 미생물의 천연 대사 산물이 아니기 때문이다. 따라서, D-아미노산의 합성은 화학촉매에 의한 제조방법이 사용되거나 또는 아실레이스, 아미데이스, 및 하이단토이네이스/카르바모일레이스와 같은 생촉매를 이용한 라세믹 아미노산 유도체의 동역학적 분할(kinetic resolution)에 의한 제조방법이 개발되어 왔다. D-amino acids are important chiral building blocks in the synthesis of antibiotics, chiral auxiliaries, pharmaceuticals, food additives and agrochemicals. For example, D-phenylglycine and D- p -hydroxyphenylglycine are conventional structural components of beta-lactam antibiotics, ampicillin and amoxicillin. For example, D-phenylglycine and D- p -hydroxyphenylglycine are essential structural components for various beta-lactam antibiotics, ampicillin and amoxicillin, respectively. D-fluoroalanine is used as an antibiotic by inactivating the bacterial alanine racemase. D-valine is an intermediate used in the synthesis of pyrethroid insecticide fluvulinate. L-amino acids are produced by microbial fermentation, whereas D-amino acids are not produced by fermentation. Because most D-amino acids are not natural metabolites of microorganisms. Thus, the synthesis of D-amino acids can be carried out either by a chemical catalyst preparation method or by the kinetic analysis of racemic amino acid derivatives using biocatalysts such as acylase, amidease, and hydantoinase / carbamoylase resolution has been developed.
케토산의 환원적 아민화에 의한 아미노산의 비대칭적 합성 방법은 케토산을 아미노산의 원하는 거울상 이성질체로 100% 전환할 수 있기 때문에 동역학적 분할(kinetic resoultion) 전략에 비하여 효과적인 방법이다. 케토산의 환원적 아민화 방법은 천연 효소 두 가지 중에서 선택할 수 있는 방법이 있다. 예컨대, 아미노산 디하이드로제나제(AADH: amino acid dehydrogenase)와 트랜스아미나제(TA: transaminase)이다. AADH는 암모늄에 의하여 케토산을 환원적 아민화하는 경우 외부 보조인자(cofactor)로 NADH를 필요로 하기 때문에, 보조인자를 재순환시키는 2차 디하이드로제나제를 필요로 한다. AADH을 이용한 아미노산 합성의 성공적 사례는 류신 디하이드로제나제와 포름에이트 디하이드로제나제를 커플링시켜 촉매된 L-3차-류신의 공업적 제조에 관한 것이다. 이와는 달리, TA는 아미노 공여체와 수용체 간의 아미노기의 가역적 전이를 촉매하며, 외부 보조인자를 필요로 하지 않는다. 그러나, 아미노산과 케토산 간의 아미노기 전이의 반응 평형은 통상 1에 가까워, TA를 이용한 순수한 광학이성질체 아미노산을 효율적으로 제조하기 어렵다. The asymmetric synthesis of amino acids by reductive amination of keto acids is an effective method as compared to the kinetic resoultion strategy because keto acids can be converted to the desired enantiomers of amino acids by 100%. The reductive amination method of keto acid can be selected from two natural enzymes. For example, amino acid dehydrogenase (AADH) and transaminase (TA). AADH requires a secondary dehydrogenase to recycle cofactors because it requires NADH as an external cofactor in the case of reductive amination of keto acid by ammonium. A successful example of amino acid synthesis using AADH relates to the industrial production of catalyzed L-tert-leucine by coupling of leucine dihydrogenase with formate dihydrogenase. In contrast, TA catalyzes the reversible transfer of amino groups between the amino donor and acceptor and does not require an external cofactor. However, since the reaction equilibrium of the amino group transfer between amino acid and keto acid is usually close to 1, it is difficult to efficiently produce pure optical isomeric amino acid using TA.
TA는 통상적 피리독살 5'-포스페이트(PLP)-의존성 효소이다. 아미노기 전이 반응은 2개의 반쪽 반응(half reaction)으로 이루어진다. 즉 PLP를 피리독사민 5'-포스페이트(PMP)로의 전환을 수반하는 아미노 공여체의 산화적 탈아미노화 반응; 및 효소의 PMP(E-PMP)에서 효소의 PLP(E-PLP)로 재생산하는 아미노 수용체의 환원적 아민화 반응의 2개의 반쪽 반응이다. TA is a conventional pyridoxal 5 ' -phosphate (PLP) -dependent enzyme. Amino group transfer reaction consists of two half reactions. Oxidative deamination of an amino donor with conversion of PLP to pyridoxamine 5'-phosphate (PMP); And the reductive amination of an amino acceptor that regenerates from the enzyme PMP (E-PMP) to the enzyme PLP (E-PLP).
TA는 전이되는 아미노기의 위치에 따라 α-트랜스아미나제(α-TA)와 ω-트랜스아미나제(ω-TA)로 구분될 수 있다. 기질 짝으로서 α-아미노산과 α-케토산만을 받아들이는 α-TA와 달리, ω-TA는 1차 아민을 탈아미노화시키는 독특한 특성을 보여준다. 1차 아민과 α-케토산 사이(통상 피루베이트)에서의 ω-TA 반응은 열역학적으로 안정적이므로 반응 평형을 이동시켜 부산물의 제거 없이 높은 변환율을 달성할 수 있다. 라세믹 1차 아민의 동력학적 분할과 더불어, 열역학적으로 안정적인 ω-TA 반응은 (S)-선택적 ω-TA에 의하여 촉매되는 L-아미노산의 비대칭적 합성을 위하여 이용되어왔다. 그러나, (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제을 이용한 D-아미노산 비대칭 합성에 대해서는 구체적인 연구가 되어 있지 않다. 즉, 최초의 (R)-선택적 ω-TA는 (S)-선택적 ω-TA의 발견 이후 한참 나중에 엔리치먼트 스크리닝(enrichment screening)에 의하여 Arthrobacter sp. KNK168로부터 동정되었다. 최근에, 다양한 (R)-선택적 ω-TA는 in silico 방법에 의하여 동정되었다. 그러나, (R)-선택적 ω-TA의 유용성에도 불구하고, D-아미노산의 생성에 관한 ω-TA 반응의 응용에 대해서는 보고된 바 없다. D-아미노산을 저렴하게 대량생산할 수 있는 방법에 대한 필요성이 제약업계, 농화학업계에서 계속적으로 요구되고 있다.TA can be divided into? -Transaminase (? -TA) and? -Transaminase (? -TA) depending on the position of the amino group to be transferred. Unlike α-TA, which accepts only α-amino acids and α-keto acids as substrate pairs, ω-TA exhibits unique properties that deaminate primary amines. Since the ω-TA reaction between the primary amine and α-keto acid (usually pyruvate) is thermodynamically stable, the reaction equilibrium can be shifted to achieve a high conversion rate without removing by-products. In addition to kinetic resolution of racemic primary amines, thermodynamically stable ω-TA reactions have been used for asymmetric synthesis of L-amino acids catalyzed by (S) -selective ω-TA. However, specific studies have not been conducted on D-amino acid asymmetric synthesis using (R) -selective omega transaminase. That is, the first (R) -selective ω-TA can be detected by enrichment screening a long time after the discovery of (S) -selective ω-TA by Arthrobacter sp . It was identified from KNK168. Recently, a variety of (R) -selective ω-TA was identified by the in silico method. However, despite the availability of (R) -selective omega-TA, the application of the omega-TA reaction on the production of D-amino acids has not been reported. There is a continuing need in the pharmaceutical and agrochemical industries for a method for mass-producing D-amino acids inexpensively.
본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, (R)-선택적 ω-TA을 이용하여 (R)-아민과 α-케토산으로부터 다양한 D-아미노산을 합성할 수 있는 방법을 제공한다. 더욱 구체적으로는, D-아미노산을 열역학적으로 유리하게 대량 합성할 수 있는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.Disclosure of the Invention The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and provides a method for synthesizing various D-amino acids from (R) -amine and -keto acid using (R) -selective ω-TA. More specifically, it is an object of the present invention to provide a method for mass-synthesizing D-amino acids in a thermodynamically favorable manner.
상기와 같은 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자들은 A. terrus 및 A.fumigatus에서 유래하는 2종의 (R)-선택적 오메가트랜스아미나제의 기질 특이성을 조사하였다. 본 발명자들은 D-아미노산, α-케토산 및 1차 아민에 대한 오메가트랜스아미나제의 기질 특이성을 조사하였고, 이전에 규명된 (S)-선택적 오메가트랜스아미나제와 비교하였다. 본 발명자들은 5개의 반응성 α-케토산을 동정하고, α-케토산으로부터 상응하는 D-아미노산의 99.7% (ee) 이상의 우수한 순수한 광학이성질체의 합성을 증명하였다.In order to solve the above problems, the present inventors have investigated the substrate specificity of the two (R) -selective omega transaminases derived from A. terrus and A. fumigatus . We have investigated the substrate specificity of omega transaminases to D-amino acids, alpha -keto acid and primary amines and compared them with previously identified (S) -selective omega transaminases. The present inventors identified 5 reactive? -Keto acids and demonstrated the synthesis of excellent pure optical isomers of 99.7% (ee) or more of the corresponding D-amino acids from? -Keto acid.
또한, 본 발명은 (R)-선택적 오메가트랜스아미나제가 이전에 규명된 (S)-선택적 오메가트랜스아미나제와 유사함을 발견하였고, 이에 기초하여 (큰 포켓 그리고 작은 포켓에서 이중 인식 및 엄격한 공간 장애) 각각 기질의 구조적 차이를 인식하는데 중요한 역할을 하는 활성 부위 모델을 제안할 수 있었다. In addition, the present invention has found that (R) -selective omega transaminase is similar to (S) -selective omega transaminase as previously identified, and based on this (double recognition in the large pocket and small pocket, ), We could suggest an active site model that plays an important role in recognizing the structural differences of the substrates.
본 발명의 (R)-선택적 ω-TA를 이용한 D-아미노산의 생산 방법은 반응식 1로 나타낼 수 있다. The method for producing D-amino acids using the (R) -selective? -TA of the present invention can be represented by the reaction formula (1).
[반응식 1][Reaction Scheme 1]
또한, 본 발명의 (R)-선택적 ω-TA를 이용한 D-아미노산의 생산 방법은 다음과 같다:Further, the production method of D-amino acid using (R) -selective ω-TA of the present invention is as follows:
(a) 아미노 공여체 및 아미노 수용체를 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제에 제공하는 단계;(a) providing an amino donor and an amino acceptor to the (R) -selective omega transaminase;
(b) 상기 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제에 의한 아미노기 전달 반응을 통하여 상기 아미노 공여체로부터 아미노 수용체로 아미노기를 탈아민화하여 D-아미노산을 생성하는 단계.(b) deoxidizing the amino group from the amino donor to the amino acceptor through an amino group transfer reaction by the (R) -selective omega transaminase to produce a D-amino acid.
또는, 상기 아미노 공여체로 (R)-α-MBA, 벤질 아민, (R)-1-에틸벤질아민, 및 (R)-1-아미노인단으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the amino donor is selected from the group consisting of (R) -α-MBA, benzylamine, (R) -1-ethylbenzylamine, and (R) -1-aminoindan.
또는, 상기 아미노 수용체로 α-케토산인 것을 특징으로 한다.Alternatively, the amino acceptor is? -Keto acid.
또는, 상기 α-케토산은 피루베이트, 플루오로피루베이트, 히드록시피루베이트, 2-옥소부티레이트 및 2-옥소펜타노에이트로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the? -Keto acid is characterized in that it is selected from the group consisting of pyruvate, fluoropyruvate, hydroxypyruvate, 2-oxobutyrate and 2-oxopentanoate.
또는, 본 발명은 아스페르길러스 테레우스(Aspergillus terreus)에서 유래한 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제를 이용하는 것을 특징으로 한다. Alternatively, the present invention is characterized by using (R) -selective omega transaminase derived from Aspergillus terreus .
또는, 본 발명은 아스페르길러스 푸미가투스(Aspergillus fumigatus)에서 유래한 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제를 이용하는 것을 특징으로 한다.Alternatively, the present invention is characterized by the use of (R) -selective omega transaminase derived from Aspergillus fumigatus .
또는, 본 발명은 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제를 이용하여 (R)-α-MBA와 피루베이트로부터 D-알라닌을 합성할 수 있는 방법을 제공한다. Alternatively, the present invention provides a method for synthesizing D-alanine from (R) -α-MBA and pyruvate using (R) -selective omega transaminase.
또는, 본 발명은 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제를 이용하여 (R)-α-MBA와 2-옥소브티레이트로부터 D-호모알라닌을 합성할 수 있는 방법을 제공한다. Alternatively, the present invention provides a method for synthesizing D-homo-alanine from (R) -α-MBA and 2-oxobutyrate using (R) -selective omega transaminase.
또는, 본 발명은 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제를 이용하여 (R)-α-MBA와 히드록시피루베이트로부터 D-세린을 합성할 수 있는 방법을 제공한다.Alternatively, the present invention provides a method for synthesizing D-serine from (R) -α-MBA and hydroxypyruvate using (R) -selective omega transaminase.
또는, 본 발명은 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제를 이용하여 (R)-α-MBA와 플루오로피루베이트로부터 D-플루오로알라닌을 합성할 수 있는 방법을 제공하였다.Alternatively, the present invention provides a method for synthesizing D-fluoroalanine from (R) -α-MBA and fluoropyruvate using (R) -selective omega transaminase.
또는, 본 발명은 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제를 이용하여 (R)-α-MBA와 2-옥소펜타노에이트로부터 D-노르발린을 합성할 수 있는 방법을 제공하였다.Alternatively, the present invention provides a method for synthesizing D-norvaline from (R) -α-MBA and 2-oxopentanoate using (R) -selective omega transaminase.
본 발명이 제공하는 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제를 이용한 비대칭 합성 방법에 의하여 산업적으로 중요한 D-아미노산을 광학적으로 순수하게 대량생산할 수 있다.By virtue of the asymmetric synthesis method using the (R) -selective omega transaminase provided by the present invention, industrially important D-amino acids can be optically purely mass-produced.
도 1. (R)-선택적 오메가-트랜스아미나제의 활성 부위 모델. a) (R)-α-MBA 또는 D-알라닌을 수용하고 있는 E-PLP의 기질 결합 포켓. b) PLP와 활성 부위 라이신 사이에 형성된 내부 알미딘과 포켓에 결합된 (R)-α-MBA에 대한 활성 부위의 추정적 구조.
도 2. 효소 활성에 대한 아세토페논의 영향. 상대적 활성은 20 mM (R)-α-MBA, 20 mM 피루베이트에서 측정하였고, 50 mM 인산 완충액에서 아세토페논의 농도를 다양화하였음.
도 3. (R)-선택적 AT-오메가-트랜스아미나제를 이용하여 피루베이트에서 D-알라닌 생성에 대하여 시간에 따라 모니터링하였음.Figure 1. Active site model of (R) -selective omega-transaminase. a) Substrate-binding pocket of E-PLP that accommodates (R) -α-MBA or D-alanine. b) Estimated structure of the active site for (R) -α-MBA bound to the internal aluminide and pocket formed between the PLP and the active site lysine.
Figure 2. Effect of acetophenone on enzyme activity. Relative activity was measured in 20 mM (R) -α-MBA, 20 mM pyruvate, and the concentration of acetophenone was varied in 50 mM phosphate buffer.
Figure 3. D-Alanine production in pyruvate was monitored over time using (R) -selective AT-omega-transaminase.
이하, 도면, 실시예 및 시험예를 들어 본 발명을 더욱 상세하게 설명한다. 그러나 이들 실시예 및 시험예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이에 의하여 제한되지 않는다는 것은 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 자명할 것이다. Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to the drawings, examples, and test examples. It will be apparent, however, to those skilled in the art that these examples and test examples are provided to further illustrate the present invention and that the scope of the present invention is not limited thereby.
아미노 수용체 특이성Amino receptor specificity
본 발명자들은 (R)-선택적 오메가트랜스아미나제를 이용한 D-아미노산의 비대칭 합성을 수행하기 위하여, 아미노 수용체로 효과적으로 작용할 수 있는 케토산을 먼저 조사하였다. A. terrus 및 A.fumigatus에서 유래하는 2종의 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제(각각 AT ω-TA 및 AF ω-TA로 약칭함)에 의하여 생성될 수 있는 D-아미노산의 범위를 조사하기 위하여, 본 발명자들은 17개의 α-케토산에 대하여 실험하였다. 그 결과는 [표1]에 나타내었다. 2종의 ω-TA는 α-케토산에 대하여 유사한 아미노 수용체 특이성을 나타냈다. 17개의 α-케토산 중에서, 피루베이트는 가장 높은 반응성을 보였다. 본 발명자들은 에틸기보다 큰 치환기를 갖는 α-케토산에서 아미노 수용체 반응성이 극적으로 감소한다는 사실을 발견하였다. 에틸기보다 큰 지방족 또는 방향족 치환기를 갖는 다른 α-케토산은 불활성인 것으로 판명되었다.To perform asymmetric synthesis of D-amino acids using (R) -selective omega transaminase, the inventors first examined keto acids which can effectively act as amino receptors. The range of D-amino acids that can be produced by the two (R) -selective omega transaminases derived from A. terrus and A. fumigatus (abbreviated as AT ω-TA and AF ω-TA, respectively) To do this, we tested 17 alpha -keto acids. The results are shown in Table 1. Two kinds of ω-TA showed similar amino receptor specificity for α-keto acid. Among 17 alpha -keto acids, pyruvate showed the highest reactivity. The present inventors have found that the reactivity of amino acceptors is dramatically reduced in [alpha] -keto acid having a substituent larger than that of the ethyl group. Other? -Keto acids with aliphatic or aromatic substituents greater than ethyl groups have proved to be inert.
상기 [표 1]에서 "상대적 반응성"이란 피루베이트에 의하여 정상화된 초기 속도를 나타낸다. 반응 조건은 20 mM (R)-α-MBA, 20 mM α-케토산, 0.1 U/mL의 ω-TA 및 50 mM의 인산완충액(pH 7)이고, AT ω -TA 및 AF ω-TA를 이용한 피루베이트에 대한 초기 속도는 각각 0.12 및 0.11 mM/min이다. 상기 [표 1]에서 n.r.은 비반응성을 의미하며, 상대적 반응성이 1% 이하인 것을 나타낸다.In Table 1, "relative reactivity" indicates an initial velocity normalized by pyruvate. The reaction conditions are 20 mM (R) -α-MBA, 20 mM α-keto acid, 0.1 U / mL ω-TA and 50 mM phosphate buffer (pH 7), AT ω -TA and AF ω-TA The initial rates for pyruvate used were 0.12 and 0.11 mM / min, respectively. In Table 1, n.r. means non-reactivity and indicates that the relative reactivity is 1% or less.
2종의 ω-TA는 (S)-선택적 ω-TA와 유사하게 α-케토글루타레이트에 대한 반응성을 거의 보이지 않았다. 4개의 피루베이트 유사물 중에서 브로모피루베이트 및 메르캅토피루베이트는 불활성이었다. 이는 커다란 치환체로 인하여 공간적 제한을 받기 때문이다. E-PMP의 바인딩 포켓에서 공간적 장애는 카보닐 카본의 친전자성을 증가시키는 음전기를 띄는 치환기의 전기적 효과를 압도하는 것으로 보인다. 피루베이트보다 플루오로피루베이트와 히드록시피루베이트의 반응성이 낮다는 점은 공간적 장애가 전기적 효과를 압도한다는 것을 시사한다. 메틸기보다 더 작은 치환기를 갖는 글리옥실레이트는 피루베이트보다 반응성이 더 작고, 이는 치환기를 수용하는 바인딩 포켓은 메틸기에 적합함을 나타내는 것이다.Two kinds of ω-TA showed little reactivity to α-ketoglutarate in a similar manner to (S) -selective ω-TA. Of the four pyruvate analogues, bromopyrate and mercapto pyruvate were inactive. This is due to spatial limitations due to large substituents. The spatial impairment in the binding pocket of E-PMP appears to overwhelm the electrical effects of negatively charged substituents that increase the electrophilic properties of carbonyl carbon. The low reactivity of fluoropyruvate and hydroxypyruvate to pyruvate suggests that the spatial impairment overwhelms the electrical effect. The glyoxylate having a substituent smaller than the methyl group is less reactive than the pyruvate, indicating that the binding pocket accepting the substituent is suitable for the methyl group.
2종의 ω-TA의 유사한 아미노 수용체 특이성에도 불구하고, 메틸기보다 큰 치환기를 갖는 4개의 반응성 α-케토산의 상대적 반응성을 비교하면 AT ω-TA의 바인딩 포켓은 커다란 치환기에 대하여 AF ω-TA 보다 더 유연함을 알 수 있다. 따라서, α-케토산의 반응성에 기초하여, AT ω-TA는 D-아미노산을 생성하기 위한 α-케토산의 비대칭 아민화 반응에 더 적절하다.
Comparing the relative reactivity of the four reactive α-keto acids with substituents larger than the methyl group, despite the similar amino receptor specificity of the two ω-TAs, the binding pocket of AT ω-TA has AF ω-TA It can be seen that it is more flexible. Thus, based on the reactivity of? -Keto acid, AT? -TA is more suitable for the asymmetric amination of? -Keto acid to produce D-amino acid.
아미노 공여체 특이성Amino donor specificity
아미노 수용체 특이성을 정의하는 E-PMP의 공간 장애가 E-PLP에 존재하는지를 조사하기 위하여, 본 발명자들은 (R)-α-MBA에 대한 13개의 아미노산의 상대성을 측정하였고, 이 결과는 [표2]에 나타내었다.To investigate whether the spatial impairment of E-PMP, which defines the amino-receptor specificity, is present in E-PLP, we measured the relativity of the 13 amino acids to (R) -α-MBA, Respectively.
상기 [표 2]에서 "상대적 반응성"이란(R)-α-MBA에 의하여 정상화된 초기 속도를 나타낸다. 반응 조건은 20 mM 라세믹 아미노 공여체(10 mM 글리신 제외), 10 mM 피루베이트, 0.3 U/mL의 ω-TA 및 50 mM의 인산완충액(pH 7)이고, AT ω-TA 및 AF ω-TA를 이용한 (R)-α-MBA에 대한 초기 속도는 각각 0.15 및 0.14 mM/min이다. 상기 [표 2]에서 n.r.은 비반응성을 의미하며, 상대적 반응성이 1% 이하인 것을 나타낸다. 상기 [표 2]에서 2-옥소부티레이트(10 mM)은 아미노 수용체로서 사용되었다. 상대적 반응성은 2-옥소부티레이트를 아미노 수용체로 사용한 (R)-α-MBA의 반응성에 기초하였다. In Table 2, "relative reactivity" indicates an initial velocity normalized by (R) -α-MBA. The reaction conditions were 20 mM racemic amino donor (except 10 mM glycine), 10 mM pyruvate, 0.3 U / mL of? -TA and 50 mM phosphate buffer (pH 7), AT? -TA and AF? -TA The initial velocities for (R) -α-MBA were 0.15 and 0.14 mM / min, respectively. In Table 2, n.r. means non-reactivity and indicates that the relative reactivity is 1% or less. In Table 2 above, 2-oxobutyrate (10 mM) was used as the amino acceptor. Relative reactivity was based on the reactivity of (R) -α-MBA using 2-oxobutyrate as the amino acceptor.
(R)-α-MBA보다 더 반응성이 있는 D-아미노산은 발견되지 않았다. 아미노 수용체 특이성과 비교하여 보면, 2개의 ω-TA는 아미노산에 대한 유사한 아미노 공여체 특이성을 보였다. 아미노 수용체 특이성과 아미노 공여체 특이성의 비교를 통해, E-PMP의 공간 장애가 E-PLP의 바인딩 포켓과 정확히 동일함을 보여주었다. D-노르발린을 제외하고 에틸기보다 큰 측쇄를 갖는 모든 아미노산들은 반응성이 없었다. α-케토글루타레이트의 거의 없는 반응성과 일관되게, D-아스파레이트와 D-글루타레이트와 같은 측쇄에 카르복실레이트를 갖는 2개의 아미노산은 불활성이었다. No more reactive D-amino acids than (R) -α-MBA were found. Compared to amino-receptor specificity, the two ω-TA showed similar amino donor specificities for amino acids. Comparison of amino acceptor specificity and amino donor specificity showed that the spatial impairment of E-PMP is exactly the same as the binding pocket of E-PLP. All amino acids with larger side chains than ethyl group except D-norvaline were not reactive. Consistent with little reactivity of? -ketoglutarate, the two amino acids with carboxylate on the side chain, such as D-aspartate and D-glutarate, were inactive.
α-케토산의 아미노 수용체 반응성과 일관되게, 1% 보다 높은 상대적 반응성은 시험된 13개의 아미노산 중에서 D-알라닌, D-세린, D-호모알라닌 및 D-노르발린에서만 관찰되었다. 글리신의 대응되는 케토산(즉, 글리옥실레이트)이 실질적 아미노 수용체 반응성을 보이고 있지만 글리신이 불활성이라는 점은 흥미롭다.
Consistent with the amino acceptor reactivity of α-keto acid, relative reactivity higher than 1% was observed in D-alanine, D-serine, D-homoalanine and D-norvaline among the 13 amino acids tested. It is interesting that glycine is inactive, although the corresponding keto acid (i.e., glyoxylate) of glycine shows substantial amino acceptor reactivity.
(R)-선택적 ω-(R) -elective ω- TATA 의 활성 부위 모델Active site model
α-케토산(표1)과 D-아미노산(표2)에 대한 기질 특이성에 의하여 본 발명자들이 (R)-선택적 ω-TA의 활성 부위 모델을 제안할 수 있게 되었다. 이전의 보고서에서, 본 발명자들은 기질 구조 및 효소 활성간의 관계를 이용하여 Vibrio fluvialis JS17(VF -TA)에서 분리한 (R)-선택적 ω-TA의 활성 부위 모델을 구축하였다. 반대되는 광학입체특이성에도 불구하고, 2개의 (R)-선택적 ω-TA의 기질 특이성은 VF ω-TA의 유사성에 기초하여 (R)-선택적 ω-TA의 활성 부위를 제안하였다. 활성 부위 모델은 커다란 (L) 및 작은 (S) 포켓과 같은 2개의 다른 크기의 결합 포켓으로 구성된다(도1a). (R)-α-MBA와 D-알라닌의 높은 반응성은 L 포켓이 카르복실레이트(예, D-알라닌) 뿐 아니라 소수성 치환기(예, (R)-α-MBA의 페닐기)를 인식함을 시사한다. 이러한 이중 인식 모드는 아스파르테이트 아미노트랜스퍼라아제 및 방향성 아미노산 아미노트랜스퍼라아제를 연상케한다. 이는 또한 (S)-선택적 ω-TA에서 관찰된다. 에틸기보다 큰 치환기에 대한 S 포켓에서의 공간 크기 제한은 아미노 수용체뿐 아니라 아미노 공여체에 대한 기질 특이성에 주된 결정인자이다. The present inventors have been able to propose an active site model of (R) -selective ω-TA by substrate specificity for α-keto acid (Table 1) and D-amino acid (Table 2). In a previous report, we used Vibrio < RTI ID = 0.0 > An active site model of (R) -selective ω-TA isolated from fluvialis JS17 (VF -TA) was constructed. Despite the opposite optical stereospecificity, the substrate specificity of the two (R) -selective ω-TA suggested the active site of (R) -selective ω-TA based on the similarity of VF ω-TA. The active site model consists of two different sized pockets, such as large (L) and small (S) pockets (Fig. 1A). The high reactivity of (R) -α-MBA and D-alanine suggests that the L pocket recognizes a hydrophobic substituent (eg, a phenyl group of (R) -α-MBA) as well as a carboxylate (eg D-alanine) do. This dual recognition mode is reminiscent of aspartate aminotransferase and aromatic amino acid aminotransferase. It is also observed in (S) -selective omega-TA. The spatial size limitation in the S pocket for substituents larger than ethyl groups is the main determinant of substrate specificity for amino donors as well as for amino acceptors.
결합 포켓의 방향성을 추정함에 있어서, (R)-α-MBA의 아미노기의 연속 반응을 위하여 PLP와 활성 부위 라이신 사이에 형성된 내부 알디민의 C4'에 근처에 위치해야 할 것이다(도 1b). 그러나, (S)-α-MBA는 L 및 S 포켓에 도킹된 페닐기 및 메틸기와 결합 포켓이 결합되어 있는 경우, 아미노기는 내부 알디민으로부터 멀리 위치할 것이고 C4'에 친핵적 공격을 수행하지 못할 것이다. 이는 (R)-선택적 ω-TA의 엄격한 광학입체특이성을 설명할 수 있다. In order to estimate the directionality of the binding pocket, it should be located near the C4 'of the internal aldimine formed between the PLP and the active site lysine for continuous reaction of the amino group of (R) -α-MBA (FIG. However, when (S) -α-MBA is bound to a binding pocket with a phenyl group and a methyl group docked in the L and S pockets, the amino group will be far away from the internal aldimines and will not perform a nucleophilic attack on C4 ' . This may account for the severe optical stereospecificity of (R) -selective omega-TA.
(R)-선택적 ω-TA의 활성 부위 모델에 대한 제안은 (S)-선택적 ω-TA에 기초하였기 때문에, (R)- 과 (S)-선택적 ω-TA의 반대 광학입체특이성은 2개의 결합 부위 모델에 의하여 설명되어야 한다. 본 발명자들은 (R)- 과 (S)-선택적 ω-TA의 2개의 결합 포켓이 내부 알디민의 상대적 위치가 반대일 것으로 추측한다. 따라서, 광학입체특이성은 결합 포켓에 붙는 기질의 각 광학이성질체의 내부 아미노기 및 알디민 간의 상대적 접근성에 의하여 결정될 수 있다.
Since the proposal for the active site model of (R) -selective ω-TA was based on (S) -selective ω-TA, the opposite optical stereospecificity of (R) - and (S) The binding site model should be explained. The present inventors speculate that the two binding pockets of (R) - and (S) -selective ω-TA are inversely related to the relative positions of the internal aldimines. Thus, the optical stereospecificity can be determined by the relative accessibility of the internal amino groups and the aldimines of each optical isomer of the substrate attached to the binding pocket.
D-아미노산의 비대칭적 합성을 위한 아미노 공여체의 선택Selection of amino donors for asymmetric synthesis of D-amino acids
α-케토산과 아미노산 간의 아미노기 전달의 반응평형은 기질과 생성물 간에 자연스럽게 이루어진다. 따라서, D-아미노산 대신 1차 아민을 α-케토산의 열역적학적으로 바람직한 아민화를 위한 아미노 공여체로서 사용해야 한다. 이러한 목적을 위하여, 본 발명자는 5개의 1차 아민의 반응성을 측정하였다[표3]. 2종의 ω-TA에 있어서, 벤질아민과 (R)-a-에틸벤질아민은 (R)-α-MBA 보다 낮은 반응성을 보여, (R)-선택적 ω-TA의 S 포켓이 메틸기에 적합함을 증명하였다. 1-아미노인단은 높은 반응성을 보였고, 또한 (S)-선택적 ω-TA와 함께 관찰되었다. 최근에, 이소프로필아민은 ω-TA의 값싼 아미노 공여체로서 매우 매력적이다. 그러나, 본 발명자들은 이소프로필아민이 2종의ω-TA에 대하여 불활성이라는 점을 발견하였다. 아민의 반응성에 기초하여, (R)-α-MBA는 D-아미노산의 비대칭적 합성에서 가장 좋은 아미노 공여체로 판명되었다.Reaction equilibrium of amino group transfer between α-keto acid and amino acid occurs naturally between substrate and product. Thus, instead of D-amino acids, primary amines should be used as amino donors for the thermodynamically favorable amination of α-keto acids. For this purpose, the inventors measured the reactivity of five primary amines [Table 3]. Benzylamine and (R) -a-ethylbenzylamine showed lower reactivity than (R) -α-MBA in two kinds of ω-TA, and S pocket of (R) . The 1-aminoindan showed high reactivity and was also observed with (S) -selective ω-TA. Recently, isopropylamine is very attractive as an inexpensive amino donor of? -TA. However, the present inventors have found that isopropylamine is inactive for two types of omega-TA. Based on the reactivity of amines, (R) -α-MBA proved to be the best amino donor in the asymmetric synthesis of D-amino acids.
상기 [표 3]에서 "상대적 반응성"이란 (R)-α-MBA에 의하여 정상화된 초기 속도를 나타낸다. 반응 조건은 20 mM 라세믹 아미노 공여체(10 mM 벤질아민 및 이소프로필아민 제외), 10 mM 피루베이트, 0.3 U/mL의 ω-TA 및 50 mM의 인산완충액(pH 7)이다. 상기 [표 3]에서 n.r.은 비반응성을 의미하며, 상대적 반응성이 1% 이하인 것을 나타낸다.
In Table 3, "relative reactivity" refers to the initial velocity normalized by (R) -α-MBA. The reaction conditions are 20 mM racemic amino donor (except 10 mM benzylamine and isopropylamine), 10 mM pyruvate, 0.3 U / mL of ω-TA and 50 mM phosphate buffer (pH 7). In Table 3, nr means non-reactivity and indicates that the relative reactivity is 1% or less.
아세토페논에 의한 생성 저해Production inhibition by acetophenone
아민 기질의 탈아민화에 의하여 생성되는 케톤 생성물에 의한 효소 저해는 (S)-선택적 ω-TA에서 일반적으로 관찰되었다. 이러한 생성물 저해는 α-MBA과 같은 아민이 아미노 공여체로서 사용되는 경우 α-케토산의 효율적 아민화에 해로운 영향을 준다. 본 발명자들은 2종의 (R)-선택적 ω-TA가 이러한 생성물 저해에 영향을 받기 쉬운지에 대하여 조사하였다. 흥미롭게도, 아세토페논에 의한 생성물 저해는 40 mM에 이르기까지 발견되지 않아, α-MBA과 α-케토산간의 아민 전이를 수행하는 동안 아세토페논의 제거가 필요하지 않았다.
Enzyme inhibition by ketone products produced by the depolymerization of amine substrates was generally observed in (S) -selective ω-TA. This product inhibition has a deleterious effect on the efficient amination of? -Keto acid when amines such as? -MBA are used as amino donors. We investigated whether the two (R) -selective ω-TA is susceptible to this product inhibition. Interestingly, product inhibition by acetophenone was not found up to 40 mM, and removal of acetophenone during the amine transfer between? -MBA and? -Keto acid was not required.
D-아미노산의 비대칭 합성Asymmetric synthesis of D-amino acids
광학적으로 순수한(enantiopure) (R)-α-MBA는 비싸기 때문에, rac-α-MBA를 아미노 공여체로 사용하여 D-아미노산을 만들었다. 60 mM의 rac-α-MBA와 20mM 피루베이트의 비대칭 아민화는 AT ω-TA를 사용하여 효율적으로 진행되었고, 피루베이트에서 D-알라닌으로 0.5 시간동안 99.3% 변환율을 나타냈다(도3). D-알라닌뿐 아니라, 본 발명자들은 또한 2-옥소브티레이트, 히드록시피루베이트, 플루오로피루베이트 및 2-옥소펜타노에이트로부터 각각 D-호모알라닌, D-세린, D-플루오로알라닌 및 D-노르발린을 비대칭 합성하였으며, 이는 [표4]에 나타내었다. 2-옥소펜타노에이트의 낮은 반응성으로 인하여 D-노르발린을 제외하고는 99% 이상의 변환율을 10 시간 이내에 달성하였다. 생성된 D-아미노산의 거울상 이성질체 순수성은 99.7% 이상이었다.Since enantiopure (R) -α-MBA is expensive, rac-α-MBA was used as an amino donor to make D-amino acids. Asymmetric amination of 60 mM rac-α-MBA and 20 mM pyruvate proceeded efficiently using AT ω-TA and 99.3% conversion from pyruvate to D-alanine over 0.5 hour (FIG. 3). In addition to D-alanine, the present inventors have also found that D-homoalanine, D-serine, D-fluoroalanine and D-serine can be deduced from 2-oxobutyrate, hydroxypyrrobait, fluoropyruvate and 2-oxopentanoate, D-norvaline was synthesized asymmetrically, which is shown in Table 4. Due to the low reactivity of 2-oxopentanoate, conversion rates of over 99% were achieved within 10 hours, except for D-norvaline. The enantiomeric purity of the resulting D-amino acid was more than 99.7%.
반응 조건은 37에서 60 mM rac-α-MBA, 20 mM α-케토산, 3 U/mL의 AT ω-TA, 50 mM 인산완충액(pH 7) 및 0.1 mM PLP이다.
The reaction conditions are 37 to 60 mM rac-α-MBA, 20 mM α-keto acid, 3 U / mL AT ω-TA, 50 mM phosphate buffer (pH 7) and 0.1 mM PLP.
실시예Example 1. 유전자 1. Genes 클로닝Cloning
A. terrus 및 A. fumigatus 에서 유래하는 2종의 (R)-선택적 ω-TA 유전자를(각각 서열번호 1 및 서열번호 2) 합성하여 pGEM-T 벡터에 클로닝하였다. ω-TA 유전자는 pET28a(+) 발현 벡터(WI, 노바젠)로 유전자를 서브클로닝하기 위하여 PCR 프라이머를 사용하여 증폭하였다. A. terreus에 대한 프라이머는 하기 [표5]와 같고, A.fumigatus에 대한 프라이머는 하기 [표6]과 같다. Two (R) -selective ω-TA genes derived from A. terrus and A. fumigatus were synthesized (SEQ ID NO: 1 and SEQ ID NO: 2, respectively) and cloned into pGEM-T vector. The ω-TA gene was amplified using a PCR primer to subclone the gene into pET28a (+) expression vector (WI, Novagen). The primers for A. terreus are shown in Table 5 below, and the primers for A. fumigatus are shown in Table 6 below.
정방향 프라이머는 NcoI 사이트를 가지며 역방향 프라이머는 XhoI 사이트를 갖고 있다. [표5] 및 [표6]에서 프라이머의 밑줄친 부분은 뉴클레오티드에서 제한효소 사이트를 나타낸다. PCR에 의하여 증폭된 유전자 조각은 제한 효소로 처리된 후 인퓨젼 HD 클로닝 키트(CA, 클론테크)를 이용하여 pET28a(+)의 NcoI/XhoI 단편과 라이게이트 되었다. 클로닝 산물은 DNA 시퀀싱에 의하여 확인하였다.
The forward primer has an NcoI site and the reverse primer has an XhoI site. The underlined portion of the primer in [Table 5] and [Table 6] represents the restriction enzyme site in the nucleotide. The gene fragment amplified by PCR was digested with restriction enzymes and ligated with the NcoI / XhoI fragment of pET28a (+) using Infusion HD cloning kit (CA, Clontech). The cloning products were identified by DNA sequencing.
실시예Example 2. 세포 배양 및 효소 정제 2. Cell culture and enzyme purification
(R)-선택적 ω-TA 유전자를 갖고 있는 pET28a(+) 발현 벡터를 갖는 Escherichia coli BL21(DE3) 세포를 37℃에서 50 ㎍/㎖ 카나마이신을 함유하는 LB 배지에서 배양하였다. 단백질 발현은 약 0.6 OD600에서 IPTG에 의하여 유도되기 시작하였고(최종 농도=1 mM), 세포는 6시간 동안 배양하였다. 배지 브로쓰는 원심분리하고(10,000×g, 10분, 4℃), 세포 펠렛은 20mL 재현탁 버퍼(50 mM Tris-HCl, 50 mM 염화나트륨, 1mM EDTA, 1mM β-메르캅토에탄올, 0.1 mM PMSF, 0,5mM PLP, pH 7.0)로 현탁시켰다. 세포 현탁액은 초음파 처리하고, 17,000×g, 4℃에서 30분간 원심분리하여 세포를 제거하고 상층액을 조추출액으로 수득하였다. (R) - Escherichia with the pET28a (+) expression vector carrying the optional ω-TA gene coli BL21 (DE3) cells were cultured at 37 占 폚 in LB medium containing 50 占 퐂 / ml kanamycin. Protein expression was induced by IPTG at about 0.6 OD 600 (final concentration = 1 mM) and cells were incubated for 6 hours. The cell pellet was resuspended in 20 mL resuspension buffer (50 mM Tris-HCl, 50 mM sodium chloride, 1 mM EDTA, 1 mM [beta] -mercaptoethanol, 0.1 mM PMSF, 0.5 mM PLP, pH 7.0). The cell suspension was sonicated, centrifuged at 17,000 x g for 30 minutes at 4 DEG C to remove cells, and the supernatant was obtained as crude extract.
조추출액을 HisTrap HP 컬럼(GE 헬쓰케어)에 로딩하고 His6-태그된 ω-TA를 정제하고, 이미다졸(20-500 mM)로 용리 완충액(20 mM 인산나트륨, 0.5 M 염산나트륨, 0.5 mM PLP, pH 7.4)을 사용하여 용출하였다. 용출 버퍼(50 mM 인산나트륨, 0.15 M 염산나트륨, 0.5 mM PLP, pH 7)를 사용하여 버퍼 교환을 위하여 활성 효소 분액을 HiTrap 디솔팅컬럼(GE 헬쓰케어)에서 로딩하였다.
The crude extract was loaded on a HisTrap HP column (GE Healthcare) and the His 6 -tagged omega-TA was purified and elution buffer (20 mM sodium phosphate, 0.5 M sodium chloride, 0.5 mM PLP, pH 7.4). The active enzyme fractions were loaded on a HiTrap desolating column (GE Healthcare) for buffer exchange using elution buffer (50 mM sodium phosphate, 0.15 M sodium chloride, 0.5 mM PLP, pH 7).
실시예Example 3. 정제된 효소의 분석 3. Analysis of purified enzyme
효소의 분석은 37℃, pH 7(50 mM 인산 완충액)에서 수행하였다. 통상 반응 부피는 50 ㎕이고, 300 ㎕ 아세토니트릴을 추가함으로써 10분 후에 반응을 정지시켰다. 1 unit의 (R)-선택적 오메가트랜스아미나제는 20 mM (R)-메틸벤질아민과 20 mM 피루베이트의 존재하에서 1분동안 1μmole의 아세토페논이 생성되는 것을 의미한다. 초기 반응 속도를 측정하기 위하여 아세토페논을 HPLC로 분석하였다.
Analysis of the enzyme was performed at 37 ° C, pH 7 (50 mM phosphate buffer). Normally, the reaction volume was 50 占 퐇, and the reaction was stopped after 10 minutes by adding 300 占 퐇 of acetonitrile. One unit of (R) -selective omega transaminase means that 1 μmole of acetophenone is produced in 1 minute in the presence of 20 mM (R) -methylbenzylamine and 20 mM pyruvate. Acetophenone was analyzed by HPLC to determine the initial reaction rate.
실시예Example 4. (R)-선택적 ω- 4. (R) - Selective ω- TATA 의 아미노 수용체에 대한 활성 조사Of amino acid receptors
(R)-선택적 ω-TA의 기질 특이성을 조사하기 위하여 초기 반응 속도(즉, 변환률<20%)를 측정하였다. 아미노 수용체 특이성을 조사하기 위하여, 17개의 α-케토산의 반응성을 비교하였다[표1 참조]. 반응 혼합물에서 아미노 공여체와 수용체 모두의 농도는 20 mM이었다. (R)-α-MBA는 아미노 공여체로 사용되었다. 초기 반응 속도는 아세토페논 생성량을 HPLC로 측정하여 결정하였다. The initial reaction rate (ie, conversion rate <20%) was measured to investigate the substrate specificity of (R) -selective ω-TA. To investigate amino-receptor specificity, the reactivity of 17 alpha -keto acids was compared (see Table 1). The concentration of both the amino donor and acceptor in the reaction mixture was 20 mM. (R) -α-MBA was used as the amino donor. The initial reaction rate was determined by measuring the amount of acetophenone produced by HPLC.
아미노 공여체 특이성을 조사하기 위하여, 5개의 1차 아민과 13개의 아미노산을 아미노 수용체로 사용되는 피루베이트(10 mM)의 존재하에서 테스트하였다[표2 참조]. 라세믹 형태의 아미노 공여체(20 mM)를 아키랄 아미노 공여체(10 mM)를 제외하고 사용하였다. 알라닌의 경우에, 2-옥소부티레이트는 아미노 공여체로 사용되었다. HPLC로 D-알라닌 또는 D-호모알라닌의 GITC 유도체를 분석하여 초기 반응속도를 측정하였다.
To investigate the amino donor specificity, five primary amines and 13 amino acids were tested in the presence of pyruvate (10 mM) used as the amino acceptor (see Table 2). A racemic form of the amino donor (20 mM) was used except for the acylamino donor (10 mM). In the case of alanine, 2-oxobutyrate was used as the amino donor. The initial reaction rate was determined by analyzing D-alanine or D-homo-alanine GITC derivative by HPLC.
실시예Example 5. 생성물 저해 5. Product inhibition
20 mM (R)-α-MBA, 20 mM 피루베이트, 0.1 U/mL 효소 및 50 mM 인산칼륨 완충액(pH7)의 반응 조건 하에서 아세토페논의 농도를 변화시키면서(0-40 mM) 아세토페논에 의한 생성물 저해를 조사하였다. 초기 반응 속도는 D-알라닌을 분석하여 측정하였다.
(0-40 mM) of acetophenone under the reaction conditions of 20 mM (R) -α-MBA, 20 mM pyruvate, 0.1 U / mL enzyme and 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7) Product inhibition was investigated. The initial reaction rate was determined by analyzing D-alanine.
실시예Example 6. D-아미노산의 비대칭 합성 6. Asymmetric synthesis of D-amino acids
D-아미노산의 비대칭 합성의 반응 조건은 20 mM α-케토산, 60 mM rac-α-MBA, 50 mM 인산칼륨 완충액(pH7), 0.1 mM PLP 및 3 U/mL 정제된 A. terreus 유래의 -TA이다. 변환률 및 거울상이성질체 순도는 잔류 α-케토산과 생성된 아미노산을 분석하여 측정하였다.
The reaction conditions for the asymmetric synthesis of D-amino acids were 20 mM α-keto acid, 60 mM rac-α-MBA, 50 mM potassium phosphate buffer (pH 7), 0.1 mM PLP and 3 U / mL purified A. terreus The result is -TA. Conversion rates and enantiomeric purity were determined by analyzing the residual? -Keto acid and the resulting amino acid.
분석 방법Analysis method
아세토페논의 분석은 Symmetry 컬럼(미국, Waters)을 사용하여 Waters HPLC 시스템(MA, 밀포드)에서 1 mL/분으로 0.1 % 트리플루오로아세트산을 함유하는 60% 메탄올(A)/40% 물(B)의 등용매 용리로 수행되었다. 분석은 254 nm로 조정된 UV 디텍터로 수행되었다. 아미노산의 아키랄 분석을 위하여, 아미노산 유도체화를 위하여 2,3,4,6-테트라-O-아세틸-β-D-글루코피라노실 이소티오시아네이트(GITC)가 사용되었다. 통상적 GITC 유도체화 방법으로, 20 ㎕의 트리에틸아민 스톡(아세토니트릴에 분산된 100 mM)과 90 ㎕ TDW를 아세토니트릴로 희석하여 최종 총 농도를 GITC의 0.3 molar equivalent 이하로 만들어 70 ㎕ 반응 샘플에 첨가하였다. 생성된 용액은 실온에서 90분간 정치하였다. 아미노산 유도체의 분석은 Symmetry 컬럼을 사용하여 40% A /60% B의 1mL.분에서 등용매 용리시켰다. UV 분석은 254 nm에서 수행하였다. 알라닌, 호모알라닌 및 플루오로알라닌의 L/D 거울상 이성질체의 정체(retention) 시간은 각각 11.5/16.3, 26.9/28.7 및 11.1/14.8 분이었다. 세린의 L/D 거울상 이성질체의 정체 시간은 20% A/80% B에서 212.6/228.3분이었다. 노르발린의 L/D 거울상 이성질체의 정체 시간은 60% A/40% B에서 4.0/5.1 분이었다.Acetophenone analysis was performed on a Waters HPLC system (Milford, MA) using a Symmetry column (Waters, USA) with 60% methanol (A) / 40% water (B) containing 0.1% trifluoroacetic acid at 1 mL / ). ≪ / RTI > The analysis was carried out with a UV detector adjusted to 254 nm. For the aciral analysis of amino acids, 2,3,4,6-tetra-O-acetyl -? - D-glucopyranosyl isothiocyanate (GITC) was used for amino acid derivatization. 20 μl of triethylamine stock (100 mM dispersed in acetonitrile) and 90 μl of TDW were diluted with acetonitrile to a final total concentration of 0.3 molar equivalent or less of GITC in a conventional GITC derivatization method. . The resulting solution was allowed to stand at room temperature for 90 minutes. Analysis of the amino acid derivatives was carried out on a Symmetry column using isocratic elution at 1 mL / min of 40% A / 60% B. UV analysis was performed at 254 nm. The retention times of the L / D enantiomers of alanine, homo-alanine and fluoroalanine were 11.5 / 16.3, 26.9 / 28.7 and 11.1 / 14.8 min, respectively. The stasis time of the L / D enantiomer of serine was 212.6 / 228.3 min at 20% A / 80% B. The stagnation time of the L / D enantiomer of norvaline was 4.0 / 5.1 min at 60% A / 40% B.
<110> Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University <120> method for asymmetric synthesis of D-amino acids using omega-transaminase <130> HPC3950 <160> 2 <170> KopatentIn 2.0 <210> 1 <211> 978 <212> DNA <213> Aspergillus terreus <400> 1 atggcctcca tggacaaagt ctttgccggc tacgccgccc gccaagcgat cctcgaatca 60 accgagacca ccaacccctt tgcgaagggt atcgcctggg tagaaggcga gctggtgccc 120 ctggcagagg cacgcattcc actgctcgac cagggcttca tgcacagcga tctcacctac 180 gacgtgccct ccgtctggga cggccgcttc ttccggctag acgaccacat cacgcggctc 240 gaagccagct gcaccaagct ccggctgcga ctgccactcc cgcgcgacca ggtcaagcag 300 attctcgtcg agatggtggc caagagcggc atccgcgacg cctttgtcga gctgatcgtg 360 acgcgcgggc tgaagggcgt gcgggggaca cgccccgagg acatcgtcaa caatctgtac 420 atgtttgtgc agccgtacgt gtgggtgatg gagccggata tgcagcgtgt cggcggcagc 480 gcggtcgtcg cccgcaccgt gcgccgggtg cccccgggtg ccatcgaccc aaccgtcaag 540 aacctgcaat ggggcgatct cgtgcgcggc atgttcgagg ctgcggatcg cggtgcaact 600 tatccgttct tgacggacgg agatgcccat ctcaccgaag gctctgggtt caatattgtg 660 ctcgtcaagg acggcgtgct gtacacacca gaccgtggtg tgctgcaggg cgtgacacga 720 aagagtgtta tcaatgcggc ggaagccttc gggattgaag tccgcgttga gtttgtgccg 780 gttgagctgg cgtaccgttg tgatgagatc tttatgtgta ccaccgctgg cggcatcatg 840 cctatcacta cgctggatgg gatgcccgtg aatggaggac agatcggtcc tattacgaag 900 aagatttggg atggatattg ggctatgcat tatgatgcgg cttacagctt cgagattgat 960 tataacgaga ggaactga 978 <210> 2 <211> 972 <212> DNA <213> Aspergillus fumigatus <400> 2 atggcctcta tggacaaagt cttttcggga tattatgcgc gccagaagct gcttgaacgg 60 agcgacaatc ctttctctaa gggcattgct tatgtggaag gaaagctcgt cttacctagt 120 gatgctagaa taccgctact cgacgaaggt ttcatgcaca gtgacctaac ctatgatgtt 180 atatcggttt gggatggtcg cttctttcga ttggacgatc atttgcaacg gattttggaa 240 agctgcgata agatgcggct caagttccca cttgcactga gctcagtgaa aaatattctg 300 gctgagatgg tcgccaagag tggtatccgg gatgcgtttg tggaagttat tgtgacacgt 360 ggtctgacag gtgtacgtgg ttcgaagcct gaggatctgt ataataacaa catatacctg 420 cttgttcttc catacatttg ggttatggcg cctgagaacc agctccatgg tggcgaggct 480 atcattacaa ggacagtgcg acgaacaccc ccaggtgcat ttgatcctac tatcaaaaat 540 ctacagtggg gtgatttaac aaagggactt tttgaggcaa tggaccgtgg cgccacatac 600 ccatttctca ctgatggaga caccaacctt actgaaggat ctggtttcaa cattgttttg 660 gtgaagaacg gtattatcta tacccctgat cgaggtgtct tgcgagggat cacacgtaaa 720 agtgtgattg acgttgcccg agccaacagc atcgacatcc gccttgaggt cgtaccagtg 780 gagcaggctt atcactctga tgagatcttc atgtgcacaa ctgccggcgg cattatgcct 840 ataacattgc ttgatggtca acctgttaat gacggccagg ttggcccaat cacaaagaag 900 atatgggatg gctattggga gatgcactac aatccggcgt atagttttcc tgttgactat 960 ggcagtggct aa 972 <110> Industry-Academic Cooperation Foundation, Yonsei University <120> method for asymmetric synthesis of D-amino acids using omega-transaminase <130> HPC3950 <160> 2 <170> Kopatentin 2.0 <210> 1 <211> 978 <212> DNA <213> Aspergillus terreus <400> 1 atggcctcca tggacaaagt ctttgccggc tacgccgccc gccaagcgat cctcgaatca 60 accgagacca ccaacccctt tgcgaagggt atcgcctggg tagaaggcga gctggtgccc 120 ctggcagagg cacgcattcc actgctcgac cagggcttca tgcacagcga tctcacctac 180 gacgtgccct ccgtctggga cggccgcttc ttccggctag acgaccacat cacgcggctc 240 gaagccagct gcaccaagct ccggctgcga ctgccactcc cgcgcgacca ggtcaagcag 300 attctcgtcg agatggtggc caagagcggc atccgcgacg cctttgtcga gctgatcgtg 360 acgcgcgggc tgaagggcgt gcgggggaca cgccccgagg acatcgtcaa caatctgtac 420 atgtttgtgc agccgtacgt gtgggtgatg gagccggata tgcagcgtgt cggcggcagc 480 gcggtcgtcg cccgcaccgt gcgccgggtg cccccgggtg ccatcgaccc aaccgtcaag 540 aacctgcaat ggggcgatct cgtgcgcggc atgttcgagg ctgcggatcg cggtgcaact 600 tatccgttct tgacggacgg agatgcccat ctcaccgaag gctctgggtt caatattgtg 660 ctcgtcaagg acggcgtgct gtacacacca gaccgtggtg tgctgcaggg cgtgacacga 720 aagagtgtta tcaatgcggc ggaagccttc gggattgaag tccgcgttga gtttgtgccg 780 gttgagctgg cgtaccgttg tgatgagatc tttatgtgta ccaccgctgg cggcatcatg 840 cctatcacta cgctggatgg gatgcccgtg aatggaggac agatcggtcc tattacgaag 900 aagatttggg atggatattg ggctatgcat tatgatgcgg cttacagctt cgagattgat 960 tataacgaga ggaactga 978 <210> 2 <211> 972 <212> DNA <213> Aspergillus fumigatus <400> 2 atggcctcta tggacaaagt cttttcggga tattatgcgc gccagaagct gcttgaacgg 60 agcgacaatc ctttctctaa gggcattgct tatgtggaag gaaagctcgt cttacctagt 120 gatgctagaa taccgctact cgacgaaggt ttcatgcaca gtgacctaac ctatgatgtt 180 atatcggttt gggatggtcg cttctttcga ttggacgatc atttgcaacg gattttggaa 240 agctgcgata agatgcggct caagttccca cttgcactga gctcagtgaa aaatattctg 300 gctgagatgg tcgccaagag tggtatccgg gatgcgtttg tggaagttat tgtgacacgt 360 ggtctgacag gtgtacgtgg ttcgaagcct gaggatctgt ataataacaa catatacctg 420 cttgttcttc catacatttg ggttatggcg cctgagaacc agctccatgg tggcgaggct 480 atcattacaa ggacagtgcg acgaacaccc ccaggtgcat ttgatcctac tatcaaaaat 540 ctacagtggg gtgatttaac aaagggactt tttgaggcaa tggaccgtgg cgccacatac 600 ccatttctca ctgatggaga caccaacctt actgaaggat ctggtttcaa cattgttttg 660 gtgaagacg gtattatcta tacccctgat cgaggtgtct tgcgagggat cacacgtaaa 720 agtgtgattg acgttgcccg agccaacagc atcgacatcc gccttgaggt cgtaccagtg 780 gagcaggctt atcactctga tgagatcttc atgtgcacaa ctgccggcgg cattatgcct 840 ataacattgc ttgatggtca acctgttaat gacggccagg ttggcccaat cacaaagaag 900 atatgggatg gctattggga gatgcactac aatccggcgt atagttttcc tgttgactat 960 ggcagtggct aa 972
Claims (12)
(a) 아미노 공여체 및 아미노 수용체를 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제에 제공하는 단계;
(b) 상기 (R)-선택적 오메가 트랜스아미나제에 의한 아미노기 전달 반응을 통하여 상기 아미노 공여체로부터 상기 아미노 수용체로 아미노기를 전달하여 D-아미노산을 생성하는 단계
를 포함하는 것을 특징으로 하는 D-아미노산을 생성하는 방법.A method for producing a D-amino acid from a specific substrate using (R) -selective omega transaminase,
(a) providing an amino donor and an amino acceptor to the (R) -selective omega transaminase;
(b) transferring an amino group from the amino donor to the amino acceptor through an amino group transfer reaction by the (R) -selective omega transaminase to produce a D-amino acid
Amino acid. ≪ / RTI >
The method according to claim 1, wherein the D-amino acid is produced by providing (R) -a-MBA with the amino donor and providing fluoropyruvate with the amino acceptor to synthesize D-fluoroalanine How to.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130031900A KR101469855B1 (en) | 2013-03-26 | 2013-03-26 | Method for asymmetric synthesis of d-amino acids using omega-transaminase |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
KR1020130031900A KR101469855B1 (en) | 2013-03-26 | 2013-03-26 | Method for asymmetric synthesis of d-amino acids using omega-transaminase |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
KR20140117720A true KR20140117720A (en) | 2014-10-08 |
KR101469855B1 KR101469855B1 (en) | 2014-12-09 |
Family
ID=51990712
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
KR1020130031900A KR101469855B1 (en) | 2013-03-26 | 2013-03-26 | Method for asymmetric synthesis of d-amino acids using omega-transaminase |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
KR (1) | KR101469855B1 (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101869432B1 (en) * | 2015-04-08 | 2018-06-20 | 연세대학교 산학협력단 | Omega-transaminase mutants with activity improvements toward ketones and methods for producing optically pure amines |
Family Cites Families (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP2862938A3 (en) * | 2009-09-02 | 2015-07-15 | Lonza AG | A process for the identification and preparation of a (R)-specific omega-transaminase |
-
2013
- 2013-03-26 KR KR1020130031900A patent/KR101469855B1/en active IP Right Grant
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
KR101869432B1 (en) * | 2015-04-08 | 2018-06-20 | 연세대학교 산학협력단 | Omega-transaminase mutants with activity improvements toward ketones and methods for producing optically pure amines |
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
KR101469855B1 (en) | 2014-12-09 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
Webb et al. | Biosynthesis of pantothenate | |
Zhu et al. | Biocatalytic asymmetric amination of carbonyl functional groups–a synthetic biology approach to organic chemistry | |
CA2659300C (en) | Process for preparation of optically active n-protected 3-aminopyrrolidine or optically active n-protected 3-aminopiperidine and the corresponding ketones by optical resolution ofthe racemic amine mixtures employing a bacterial omega-transaminase | |
Ingram et al. | One‐pot synthesis of amino‐alcohols using a de‐novo transketolase and β‐alanine: Pyruvate transaminase pathway in Escherichia coli | |
Cho et al. | Asymmetric synthesis of l‐homophenylalanine by equilibrium‐shift using recombinant aromatic l‐amino acid transaminase | |
Zhou et al. | One‐Pot Enantioselective Synthesis of d‐Phenylglycines from Racemic Mandelic Acids, Styrenes, or Biobased l‐Phenylalanine via Cascade Biocatalysis | |
Park et al. | Active site model of (R)-selective ω-transaminase and its application to the production of D-amino acids | |
Jin et al. | Asymmetric biosynthesis of L-phosphinothricin by a novel transaminase from Pseudomonas fluorescens ZJB09-108 | |
US10370693B2 (en) | Transaminases | |
Cho et al. | Enzymatic resolution for the preparation of enantiomerically enriched d‐β‐heterocyclic alanine derivatives using Escherichia coli aromatic l‐amino acid transaminase | |
RU2213142C2 (en) | Method for preparing chiral amine | |
Qi et al. | Development of a multi-enzymatic desymmetrization and its application for the biosynthesis of L-norvaline from DL-norvaline | |
Luo et al. | One pot cascade synthesis of L-2-aminobutyric acid employing ω-transaminase from Paracoccus pantotrophus | |
US9890406B2 (en) | Method for producing cathine | |
Soriano-Maldonado et al. | Amidohydrolase Process: Expanding the use of lN-carbamoylase/N-succinyl-amino acid racemase tandem for the production of different optically pure l-amino acids | |
KR101469855B1 (en) | Method for asymmetric synthesis of d-amino acids using omega-transaminase | |
Yu et al. | Dynamic Kinetic Resolution for Asymmetric Synthesis of L‐Noncanonical Amino Acids from D‐Ser Using Tryptophan Synthase and Alanine Racemase | |
JP2002325598A (en) | Method for producing enantiomer-concentrated amino acid and racemization method and method for creaving protecting group of n-protected amino acid, and use of obtained amino acid | |
KR101525549B1 (en) | Asymmetric synthesis method of unnatural amino acids using ω-transaminase catalysis | |
Eppinger et al. | Conversion of phenylglycinonitrile by recombinant Escherichia coli cells synthesizing variants of the arylacetonitrilase from Pseudomonas fluorescens EBC191 | |
US9777301B2 (en) | Method for producing optically active amine compounds by deracemization | |
US9376694B2 (en) | Method for preparing optically active amino acid using cosubstrate shuttling of transaminase | |
Hsiao et al. | Enzymatic production of amino acids | |
Joshua et al. | Challenges and Solutions in D-Amino Acid Production Methods | |
US20080003640A1 (en) | Deinococcus N-acylamino acid racemase and use of preparing L-amino acid |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A201 | Request for examination | ||
E902 | Notification of reason for refusal | ||
E701 | Decision to grant or registration of patent right | ||
GRNT | Written decision to grant | ||
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20171128 Year of fee payment: 4 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20181203 Year of fee payment: 5 |
|
FPAY | Annual fee payment |
Payment date: 20191203 Year of fee payment: 6 |