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セルラーゼに関する研究(第1報) : Poria vaporariaの培養とセルラーゼの精製について

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Academic year: 2021

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(1)Title. セルラーゼに関する研究(第1報) : Poria vaporariaの培養とセルラー ゼの精製について. Author(s). 東, 尚巳. Citation. 北海道学芸大学紀要. 第二部. A, 数学・物理学・化学・工学編, 11(1・ 2): 27-32. Issue Date. 1960-08. URL. http://s-ir.sap.hokkyodai.ac.jp/dspace/handle/123456789/5658. Rights. Hokkaido University of Education.

(2) . 第 11 巻 第 1 号 A. 北海道学芸大学紀要 (第二部). 昭和35年8月. セ ルラー ゼに関する研究 第 1報. Poγ知 り噂oγα“” の培養とセルラー ゼの精製について. 東. ,. .尚. 巳. 北海道学芸大学旭川分校化学研究室. Na。mi AZUAIA ; Studies 。n FungaI Ce l lul ivat i t ase l: The Cul 。n of i f i i l lul po“” “” Poγα“” and the Pur cat on of Ce ase I. lulase capable o lulose powder and s A cel f hydrolyz ing both cel lub l o e cellulose derivates. l lul lul thyl thyl (carboxyme ce ose and me cel ose) has been found in cultures of p の〆” “”力o一 lu1ose powder lact ic a id and severa1inorganic compounds, γαγ” grown on cel c , Concentrated f l i ionated by aceとone trates fro]m cul tures were fract ,. 植物, ある種の無背椎動物の消化管, バクテリヤ, 菌類, 原生動物などに見いだされているセ. ) ル ラ ー ゼ は, 地 上 に 極 め て 豊 富 に 存 在 して い る セ ル ロ ー ス を 基 質 と す る 酵素 で あ る. Karr er ら1 ) の大麦 々芽 セルラ ー ゼについ て の研 究 以 来 ingshe im ら2 の カ タ ツ ム リ セ ルラ ド ゼ, Pr , 若干の. 3 )の i 報告があるが, その作用については不明な点が多い. 叉, その精製については, Wh t ake r. 4 ) ) 或は l lul l lul 及かγoz膨cZ ブ タ ce ase ase に 関 す る 報 告 が あ る が, R z ‘ eese ら5 , 西 沢 ら の かPβ彩ce ‐ 6 ) 3 l lulol i Nord ら の 主 張 す る ce taker) の単一な酵 c enzyme が一 種 以 上 あ る と い う 説 と, Whi yt 8 ) Whi ) l t は セ ル ロ ー ス 加 水 分 解産 物 と し 素によるという説とが対立 してい る. Saunders7 s er , , ) ) )こ て, グル コ ← ス を オ サ ゾ ン に して 確 認 し てお り, 叉, セ ロ ビ オ ー ス も確 認 さ れ て い る. 3 ・8 ・9 L i グ ビオ の ルコースと セロ ド ス の 生 成 機 構 に つ い て, evnson ら は, セ ル ロ ー ス の β-1 ,4‐ 結 合. taker は, グ ル コ ー ス が セロ ビ オ ー を 切 る 酵 素 の 主 な 最 終 産 物 は セ ロ ビ オ ← ス で あ ろ う と し,Wrhi. スを経て生成するものではないと云っている, 叉, セルロ←ス分子に対して, セルラー ゼは末端 から作用するのか, 分子中の任意の結合に作用するものかについても, 種々の論がある. これら. の点を明らかにしようと して, 木材腐朽菌の中でも腐朽力の大きいことで知 られ て い る Po“” 第めげα“” (ワ タ グ サ レタ ケ) を用 い て 実 験 を 行 っ て い る の で, こ こ に, こ の 菌 の セ ル ラ ー ゼ 生. 産に適する条件の検討並にその精製を行って得た結果について報告する. 実. 験. Mgs04 ・7H20, NH4N03 , K2HP04 , 乳 酸 (75%), Fes04・7H20 は関東化学一級品で, このう ち Fes04・7H20 は 再 結 晶 し て 用 い た. Somogyi の銅試薬に使用する薬品はすべ て関東化学特級 品. 粉 末 ロ 紙 は 東 洋 瀬 紙 製 (100~200mesh) の も の. セ ロ ビ オ ー ス は関 東 化 学 特 級 品, サ リ シ ソ は 和 光 純 薬 製. カ ル ボ キ シ メ チ ル セ ル ロ ー ス (CMC) は 東 京 化 成 製 の も の を1oooc で2時間乾燥. 後1 %溶液 (w/ v). と し, こ れ を 30oo r ,p , m. で30分 間 遠 心 沈 殿 を 行 い, 沈 殿 す る 部 分 を 除 い た. 液 を 1 % 溶 液 と した, メ チ ル セ ル ロ ← ス は Dow Chm. Co . の 重 合 度1000の も の を 使用 した, 粗 一 27 一.

(3) . セルラー ゼに関する研究 s卿7 2αZ cα) の 熱 水 抽 出 液 に, エ チ ル ア ル コ ー ル を 加 え て, リ ケ ニ ン は エイ ラ ンタ イ (CBか のZα ズ. 生 じた沈殿をカ性ソー ダ液 にとかし, 可溶部分にエチルアルコールを加えて沈 殿させ, この沈殿 IM 2M の酷酸及び酷酸ソー ダにより 0, をアルコール及 びエーテルで洗練 して得た. 緩衝液は 0 ,. の所要の PH の酷酸緩衝液を調製した, 実 験 条 件 Poγ幻 の物oγの 幻 を麦芽・寒天培 地に接種, 25oC で培養したものから少部分をとり, 120oC 7oC に静置した. 5oC~2 で30分 間, 叉 は1000CI 時 間 の 殺 菌 を 3 日間行った液体培地に接種 して2 ccとし, c, 酵素, 基質, 蒸溜水を加えて全量を 12 酵素反応は特にことわらない限り, 緩衝液 8c 30oC で反応直後及び1時間後 に 夫 々5. o ) の方 法 で ccず つ と り 出 し, So ・nogyil. 200チオ硫酸ソーダ 溶液で1 還元糖を N/ %殿粉を指示薬と して滴定した, ここで. 滴定値と グルコース量との間には 直線的 関係が認められたので (第1図) , 滴定値. で還元糖量 (グルコースとして) を表わ す こ と に した.. 1 0 楓9 ,. ~ 0 . クラレコ ー ス霊ゑ ÷. 第1図: グルコースとチオ硫酸ソーダ滴定数との関係. . Mgs04 075g, 75% 乳 酸 0 3cc, ・7H20・0 . .. 0g, 水 150cc を 500cc の 平 底 粉 末 ロ 紙3 .. いて第2図の 結果を得た. この. c c ・ ・. 結果,10日前後の培養で培養条 件の検討が出来ること, 並に, 酵素を濃縮する際は3週間前後. . は 培 養 す る こ と が 望 ま しい こ と. 数. 9g, K2HP040 3g 件 の 通 り, NH4N030 . .. フラスコに入れて殺菌, 接種し て, 培養日数と酵素生成量につ. N/醐 1 チ. 1 , 培養日数と酵素生産との関係 ) の かPB工 ce l lul 西 沢 ら4 e 生産の条 as. が判つた. 2 . 培養条件の検討. c c ・ ・. 鉄の影響 : 第1表の組成で. 41 で 10 日 間 培 養 し, PH 3 .. O. CMC に対する活性を測ったと. 0. 8日 培. 養. 、. 日. 24 日. 16 日. 数. 第2図: 培養日数と酵素量との関係 pH 5 .3 の酷酸緩衝液使用. ころ, 表の結果を得た. 培養液. 30cc中 に1omg 以 上 の Fe が存. 在すると, 酵素活性の低下, ひ い て は 酵 素 力 が 全 く 認 め られ な いては酵素力が全く認められな. 0% の 増 加 を 示 し い 状 態 と な る. (こ の 場 合 で も 苗 体 は 増 加 して い る). 1~6mg の添加で約2 ・7H20 を用いた) た. (Fe は Fes04 .. 「 28 一.

(4) . 東. 尚 1. 第. 巳 表. 1g, K2HP04: 0 05g, Mgso ・7H20 : 0 NH4N03: 0 01g, 乳 酸0 026g, 粉 末 ロ 紙 : 0 5g, . . . . . 0 F 3 全 量 cc で更に e を次の量加えた . Fe. 量. 酵 素 活 性. 0.02g. 0.01g. 0.006g. 0.004g. 0.002g. 0.oolg. 0. 0.38. 4.812. 4,925. 4.812. 4.927. 0 4.002. lmg と し, セ ル ロ ー ス 量 を 0 3g か ら 0 7g ま セ ル ロ ー ス 量 の 影 響 : 第1表の組成中 Fe を ・ . .. で変化させ, 他は同一組成で培養 (8日間) したところ, 次の結果が得られた, 且 セルロース亙. 0 ,3g. o ,4g. o, 5g. o 7g .. 酵 素 活 性. 137. 22. 4 04 .. 728 4 .. セルロース量の増加と共に酵素量の増大することが認められる, 5g と し乳酸量を変化させて他は同一 乳 酸 の 影 響 : 第 1 表 の 組成 中 Fel mg, セ ル ロ ー ス 0 .. 組成で培養 (8日間) した結果, 次の通りであった. 乳. 酸. 0 016g . 2 952 .. 量. 酵 素 活 性. o 02g . 3 557 .. o 026g , 4 040 .. o 03g , 7 3 .17. o 034g . 7 3 .73. 026g の と 乳酸の量には最適条件があり, 此の実験に用いた組成では, 培養液30 c cに対して 0 . きに最大の活性を示 した.. 3 , 酵素の濃縮, 精製 / 培養液をロ過 して, 菌体及 び未利用セルロース類を除き, このロ液を35oC以下で1 4容 以下に濃. 覚拝 しな が ら 徐 々 に 縮 してロ 過 後,ロ 液 を 冷 却 し, …50C以下 で ア セ ト ンを 70% (v/v) に な る ま で才. 加え,30分間静置したのち遠沈処理し, 得た沈殿をできるだけ少量の水に溶解し, 不溶解分も併 せて流水で1昼夜, 更に蒸溜水で1日透析を行い, 透析液を遠心沈殿して上澄み液を酵素液と し 6 飽和になる様に加 た, 一方, 培養液の濃縮液をアセトン処理する代わりに, 00C で硫安を 0 . え て 生 じた 沈 殿 を ロ 別 後, 少 量 の 水 に 溶. 第3図 pH と 活 性 曲 線. 解し, 流水及び蒸溜水で透析して得た液 を硫安処理酵素液として, その活性を比 較すると, 培養液の酵素活性を100と し. 酵 素 活. て, 濃 縮 液 85, ア セ ト ン処 理 酵 素 液74,. %. 硫安処理液39という結果が得られた. つ まりアセトン処理に比べて 硫安処理の場. 性. 合の収量が約半分程である こ と が 判 っ た.. 0 ~. 4 , 最 適 pH pH と酵素活性との 関係を第3図に示 4附 近 が最 適pH した. この 関 係 か らpH3 , であ る こ と が 判 る.. 3 0 ,. 3 ~ ,. 卿 pH. 4~. 0 ~ ,. 一 29 「. 5 , 反応時間の影響 オストワル ドの粘度計を用いて, 反応. 液 の 組成 を 還 元 糖 定 量 の 場 合 と 同 一 組成 で 全 量 を 6cc と し て, 30oC で反応させ 、.

(5) . セルラーゼに関する研究. c,1 % CMC4cc, 酵 流下時間の経時的変化をみた, 叉, 還元糖定量のためには, 酷酸緩衝液16c o c cを採り出して Somogyi 法 素 及 び 水 を 加 え て 全 量 を 24cc と し, 30 C で反応させて, 時間毎に5 で糖を定量 し, 残りの部分は直ちに煮沸して酵素作用を止めた後水浴上で濃縮し, ペーパ ←クロ. .50 を 用 い, n‐ブタ ノ ー ル : ピ リ ジ ソ: 水 =6:4:3 マ ト グラ フ ィ ー の 試 料 と した. 東 洋 滋 紙 No で展開 し (上昇法, 3 回), p- ア ニ 第4図 a: CMC の分解曲線 シ ジ ソ試 薬 を 噴 霧 して,10ooC で5~ 7 分間処理した. これらの結果を 4. 図に示す. 6, CMC 以外を基質にした場合 末 ロ 紙 及 び セ ロ フ ァ ン: a) , 粉. ccに 緩衝液 8cc, 酵素及び蒸溜水 4. 粉 末 ロ 紙叉 はほ ゞ 0 .25cm2 に 細 断 し た セ ロ フ ァ ンを0.24g 加 え, 30oC. に保った. 時間毎にガラス ロ過器 I. G4 で ロ 過 し, ロ 液 を25cc と し, そ. の5ccについて還元糖の定量を行 っ て第2表の結果を得た. (尚, セル. 2Q 時間. ロ←ス 及びセロフ ァ ンの重量減は殆 ん ど認められな かった).. 反応時間. b). 第4図 b: グルコース. . ◎. ◎. サ. リ シ ン, リ ケ ニ ン, セ ロ ビオ ー ス : メ チ ルセ ルロ ー スに 対す. ◎. ◎. メ チ ル セ ル ロ ー ス,. る作用時間と粘度及 び生成還元 糖量の関係は第5園の通りで,. . ー オース セロヒ. CMC の場合と殆ど同様であ る, サ リ シ ソ(反 応 液 中 M/460)セ ロ. ビオ←ス (反応液中 M/1200) を前述 通りの条件で反応させる と, 1時間までは還元糖の生成 S. -. z. 3. は全然認め られなかった. この 場合, 酵素量を20倍にして も同. 4. S : グ ル コ ー ス 及 び セ ロ ビオ ー ス 1: 0 .5時間. 4: 1 1時 ;間. 購逼 - 宙質- IC CN. 粉 末 口 紙. 2: 2時間. 3: 5時間. 5: 21時間. 6: 2 6時間. 第 2. 時. 間. 0.86 C C. 1. 日. 様に反応しなかった. 粗リケニ ンに は作用 して還元糖を生成し た,. 2 表 2. 4 C .522 C. 日. 0.014 C C. / (但し CMC の場合の酵素量は他の場合の 1 5 である). - 30 -. 日. 4. 日. 6 C .545 C. 1 c ・07 C. セ ロ フ ア ソ. 3. 1 C .121 C. C 1 .358 C. 0.068 C C. 0.24 C C.

(6) . 東. 尚. 巳. 7 . 酵素濃度の影響. 第5図:メチルセルロースの分解曲線. 反応条件は既述の通 りで, 酵素. 量 を 0.0lcc か ら 0.12cc まで変え. 流下. て, 生成還元糖と酵素量との 関係 を求めると第6図の結果を得た.. 時 間. 考. 察. 培養条件の検討の際, セルロ← ス量の増加と共に, 生産される酵. 滴定. 素量が大となったのは, セルロ ← ス量の多い程, 菌糸と接触し易す. 数 ^ V. くなるため, 繭体量が増加し, そ の結果, 酵素量が増すと考えられ. 3. 反応時間. るが, 逆に, 生産される酵素のう ち, セ ル ロ ー ス に 吸 着 さ れ る 部 分 も, セ ル ロ ー ス量 の 増 加 と 共 に. 第6図:酵素濃度の影響. 増加することも併わ せ 考 え て,. 滴. 0.5g/30cc の割合が適量であろう. 定. と 推 定 し た. こ こ で, 菌 糸 と セ ル ロース との接 触を高 め る た め に. 数. は, 振湯培養叉は通気培養も好結 果を与えるものと予想される, 事 実, 多くの報告も, それらの培養. 0. 0 02 ,. 04 0 ○ 0も 、 , 酵 素.量. 08 ○ ,. 0 、′0. i 0 ′之‐ cC . .. l I J l で 酵 素 を 生 産 して い る が, Pa. ら は {蜂yγo物8 cZ z ‘ ’ ” 〃〃〆締切αγ卿. な ど数種の菌類について, 却って. 振湯しない方が良い結果を得ているので, 更に比較検討する必 要 は あ る. ワタグサレタケの生 育に対し pH がある程度影響を及ぼ,し, 比較的酸性で良好な発育を示すことが認めら れ て い る 2 ) が1 , これは乳酸添加量に最適条件のあることと 関係があるものと思われる. 酵素の精製過程中 の, 培養液, 濃縮液, アセトン処理液, 硫安 処理液のいずれについても, セロ ビアー ゼ作用が認 められなかった. セルラーゼが単一のものか否かについては, 酵素活性を有する数種の蛋白部分 3 4 ) ) も あ り 叉 Whi )の い う よ う に 単 一 の 酵 素 で あ る と い う 報 J 3 の 分 離 に 成 功 し た 報 告5 taker ’1 ’1 , ,. 告もある, 現在までは, Po“”リリoγの 如 から得たセルラー ゼは, より以上の精製を行っていな い の で, そ れ ら の 点 に つ い て は 何 ら 言 及 で き な い が, 反 応 生 成 物 の ペ ー パ ーク ロ マ ト グラ フ ィ ー. の結果からみると, 重合度の大きな反応生成物を分離しないまま展開したので, ス ポットは余り 明瞭には分かれてい ないが, グルコースの生成前に, オリ ゴ糖が, 次でセロ ビオースが出現し,. 叉, 粘度変化でも, 還元糖の増加の前に粘度が著しく低下することからみても, CMC 叉はメチ ル セ ル ロ ー ス の 末 端 か ら, グル コ ← ス 叉 は セ ロ ビ オ ー ス を 切 断 す る の で は な く, atrandom に 切. るものであることが判る. しかし, この酵素の純度については, 更に検討する必要がある, 粉末 口紙類の不 溶性基質に対しても, 反応速度は小さいが作用するのは, 他の起源のセルラ← ゼと同 一 31 「.

(7) . セルラー ゼに関する研究 様 で あ る, リ ケ ニ ソに 作 用 す る の は, こ の 酵 素 中 に, リ ケ ナ ー ゼ が 混 在 して い る た め か, こ の セ ルラー ゼのもつ作用なのかは明らかではない 最適 pH に つ い て は, 4.5~6.0附 近 に あ る もの が. .. 7 ) な ど の 例 に み ら れ る よ う に, 酸 性 1 6 5 ) P ″Z” 〃”認Zの“” で pH 3,21 )ma l t で pH 3,0 多 い が1 , に 最適 pH を 有 す る も の も 若 干 あ る, こ の セ ル ラ ー ゼ の 最 適 PH も その 例 で あ る,. Po“” 堀夢o〆”“” を培養 して, 培養液中にセルラー ゼの生産されるのを見た.適当な条件は,. Mgs04 ・7H20 : 0.01g, NH.N03: 0.1g, K2HP04: 0.05g, Fe: 0.02g, 乳 酸 : 0.026g, 粉 末口紙 0,5g, 全 量 30cc の割合で, 2~3週 間の培 養であった. この培養液をアセトン処 理して. 酵素を精製 した. CMC を基質と し, 酷酸緩衝液を用いて最適 pH を 求 め る と, 3.4 であった.. メ チ ル セ ル ロ ー ス, 粉 末 ロ 紙, セロ フ ァ ン, リ ケ ニ ソに は 作用 し た が, サ リ シ ソ, セ ロ ビ オ ー ス. には作用 しなかった. 酵素濃度, 反応時間の影響についても研究 した, 本研究の一部は北海道科学研究費補助金により行なわれた, 付記して謝意を表す. 献. 女. 1 l i t hr , P, Karrer , P,Schuber ,and W, We , 賊浸り, C粥川, Acね,8, 797 (1925), P, Karrer and P, Schuber t ,i鋭d ,9 , 893 (1926) ’ id. α′ 88 (1928) ingshe im and K. Baur 2. 日.Pr em. s ,173 ,1 , z がり 3. D, R. Whi t “ oが夢s aker G海′ . ,43 ,253 (1953) , Aγ欲. 助o , Bi. 1 954 4 ) . 西沢, 小林, 市川, 酵素化学シンポジウム,10 ,7(. ′ ・ ! ′ ’ l l igan 5. B. T, Reese and w. Gi s em. β/ oがり cな β o G z . ,74 (1953) ,45 , A; / l do 6 oメリリ t zのれ enveni er and C.s. Bi . . β卿C , Bi . F. F. Nord .s. Wa , 68 ,502 (i957) , J , A”ん ー c ん 6 9 1 9 4 8 R S β如 ′ 7 4 7 7 P d R 日 S i d R G G t ( ) ′ 幻ル a n n s u e r a n e u . . . . . , , . , , , . l 8. R, L, Whi t ) s 2 足擢. sの. erand c. L. Smart , . A分 . c/ ,75 , 1916 (1953 ,′ ’ 9 /のZ . ) s ?切z , . 茂りがり . . E. T. Reese and H.s , Levinson ,31 ,351 (1951 , A′物. β. i . /d. C/mm. 10. M. Somogy .β ,ノ ,195 ,19 (1952) l 11 ) . S. N. Basu and p. N. Pa ,178 , 312 (1956 , M”加デe. 1 2 . 阿部, 小田島, 大山, 北海道林業指導所研究報告, 第6号, 123頁 (昭和29年). /d. C/ l l 13. G. L. Mi . er and R. B1um, ノ ぞのれ,218 .β , 131 (1956) 〆 14. M. A.jermyn s . sG . Rげ . , B.5 ,433 (1952) , Az懲.′ imes z 15 o物e“ opルタ 68 . βi ,412 (1957) . R. M. Gr , Arc九 β′ , C. W. Duncan and C. A. 日oPPet , J B Sumnerand K Myrback eds) vo1 1 Part2 P 732 ” 16 . nan . . . , ・ , . . , . W・Pig , “を β“リリ〃 ぷ ( Academi s c Pres . , New York , 1951 Z ・ ! 17. B. C.Si z zys o c その1 son . .β . β知力′ .Schubertand F. F. Nord ,75 ,260 (1958) , Arcを , W.J. - 32 一.

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