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DE19627162C1 - New covalently crosslinked imprint poly:peptide, e.g. enzyme - Google Patents

New covalently crosslinked imprint poly:peptide, e.g. enzyme

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Publication number
DE19627162C1
DE19627162C1 DE1996127162 DE19627162A DE19627162C1 DE 19627162 C1 DE19627162 C1 DE 19627162C1 DE 1996127162 DE1996127162 DE 1996127162 DE 19627162 A DE19627162 A DE 19627162A DE 19627162 C1 DE19627162 C1 DE 19627162C1
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DE
Germany
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polypeptide
radicals
imprint
aqueous
crosslinker
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DE1996127162
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German (de)
Inventor
Lutz Dr Fischer
Fabian Dipl Chem Peisker
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Original Assignee
FISCHER LUTZ DR 38271 BADDECKENSTEDT DE
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Publication date
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Abstract

The invention relates to imprint polypeptides covalently cross-linked and having a fixed and stabilised arrangement, process for the preparation and uses thereof. The properties of said imprint polypeptides (VIP) covalently cross-linked are present in aqueous and in organic solvent systems, and can therefore be used in both types of system.

Description

Anwendungsgebiet der ErfindungField of application of the invention

Die Erfindung betrifft in ihrer Konformation fixierte und stabilisierte, kovalent vernetzte Imprint-Polypeptide (geprägte Polypeptide), z. B. Proteine, die in der katalytischen Synthese, Chromatographie und Analytik von chiralen Verbindungen sowie in der Biosensortechnik zur spezifischen Erkennung von Molekülen eingesetzt werden können, Verfahren zu deren Herstellung und ihre Verwendung.The invention relates in its conformation to fixed and stabilized, covalently cross-linked Imprint polypeptides (embossed polypeptides), e.g. B. Proteins used in catalytic synthesis, Chromatography and analysis of chiral compounds as well as in biosensor technology for specific recognition of molecules can be used, methods for their Manufacture and its use.

Stand der TechnikState of the art

Polymere mit der Eigenschaft zur selektiven Erkennung von Molekülen sind in der Biotechnologie und Chemie von größter industrieller Bedeutung. Dazu zählen die zur Stoffklasse der Proteine zählenden Enzyme, Antikörper und Rezeptoren. Diese Polymere besitzen aufgrund ihrer dreidimensionalen Molekülstruktur (Konformation) für bestimmte Moleküle (Substrate, Antigene, Hormone etc.) komplementäre Bereiche, die als Bindungsstellen bezeichnet werden. Da native Polymere oftmals gerade kommerziell interessante Moleküle unzureichend oder gar nicht binden oder die zur Bindung nötige Konformation unter den Anwendungsbedingungen nicht genügend stabil ist, sind Methoden entwickelt worden, um maßgeschneiderte Polymere herzustellen, die die gewünschte Komplementarität aufweisen (K. Mosbach and O. Ramström, Biotechnology, Vol. 14 (1996), 163-170).Polymers with the property for the selective recognition of molecules are in the Biotechnology and chemistry of the greatest industrial importance. These include the Substance class of protein-counting enzymes, antibodies and receptors. These polymers possess due to their three-dimensional molecular structure (conformation) for certain Molecules (substrates, antigens, hormones etc.) complementary areas that as Binding sites are called. Because native polymers are often commercially available bind interesting molecules inadequately or not at all, or those necessary for binding Conformation is not sufficiently stable under the conditions of use are methods  has been developed to produce tailor-made polymers to the desired Show complementarity (K. Mosbach and O. Ramström, Biotechnology, Vol. 14 (1996), 163-170).

Goldstein, Methods Enzymol. 19 (1970), 935-962, und Fritz et al., Angew. Chem. 78, 1966, 775 beschreiben ein Verfahren zur Immobilisierung von Proteinen unter Verwendung von cyclischen Anhydriden für die kovalente Kopplung. Das Verfahren besteht darin, zuerst ein Anhydrid zu einer Trägermatrix mit anderen Monomeren zu copolymerisieren und anschließend das Protein an den fertigen Träger zu koppeln.Goldstein, Methods Enzymol. 19 (1970), 935-962, and Fritz et al., Angew. Chem. 78, 1966, 775 describe a method of immobilizing proteins using cyclic anhydrides for covalent coupling. The procedure is first one To copolymerize anhydride to a carrier matrix with other monomers and then couple the protein to the finished carrier.

Mosbach und Ramström (loc. cit) beschreiben, daß die Herstellung maßgeschneiderter Polymere mit der gewünschten Komplementarität in zwei Varianten durchgeführt wird. Beiden Varianten liegt das Prinzip zugrunde, daß ein speziell ausgesuchtes Molekül, im folgenden Printmolekül (Prägemolekül) genannt, als Formgeber (Präger) fungiert und für die im Polymer gewünschte Komplementarität und damit neue Eigenschaft verantwortlich ist. Fig. 1 und 2 erläutern schematisch diese beiden Varianten.Mosbach and Ramström (loc. Cit) describe that the production of customized polymers with the desired complementarity is carried out in two variants. Both variants are based on the principle that a specially selected molecule, hereinafter referred to as the print molecule (embossing molecule), acts as a shaping agent (embosser) and is responsible for the complementarity desired and thus new property in the polymer. Fig. 1 and 2 schematically illustrate these two variants.

Die Variante 1 zur Herstellung von maßgeschneiderten (geprägten) Polymeren wird so durchgeführt, daß in Gegenwart des Printmoleküls eine Copolymerisation ausgesuchter Monomere in einem organischen Lösungsmittel durchgeführt wird (siehe Fig. 1). Dabei werden zunächst das Printmolekül a) direkt zusammen mit einem Monomer (nicht-kovalente Methode) oder b) nach Derivatisierung mit einem Monomer (kovalente Methode) in einem organischen Lösungsmittelsystem gelöst, sodann wird ein Crosslinker und ein Radikalstarter zugegeben und die Polymerisation gestartet. Aus dem resultierenden Polymer muß anschließend das Printmolekül unter geeigneten Bedingungen extrahiert werden, damit die erzeugten neuen Bindungsstellen im Polymer frei werden. Das auf diese Weise hergestellte Polymer hat selektive Wiedererkennungsstellen für das Printmolekül bzw. für strukturell ähnliche Moleküle (siehe Fig. 1).Variant 1 for the production of customized (embossed) polymers is carried out in such a way that a copolymerization of selected monomers is carried out in an organic solvent in the presence of the print molecule (see FIG. 1). First, the print molecule a) is dissolved directly in an organic solvent system together with a monomer (non-covalent method) or b) after derivatization with a monomer (covalent method), then a crosslinker and a radical initiator are added and the polymerization is started. The print molecule must then be extracted from the resulting polymer under suitable conditions so that the new binding sites generated in the polymer are released. The polymer produced in this way has selective recognition sites for the print molecule or for structurally similar molecules (see FIG. 1).

Essentiell für a) und b) ist, daß sowohl die Lösung der Ausgangssubstanzen, die sich aus bestimmten Konzentrationen an Printmolekül, Monomer(en) und Radikalstarter zusammensetzt, als auch die anschließend im Polymer erzeugte, maßgeschneiderte (geprägte) Eigenschaft, bisher ausschließlich auf die Verwendung von organischen Lösungsmittelsystemen angewiesen ist.Essential for a) and b) is that both the solution of the starting substances resulting from certain concentrations of print molecule, monomer (s) and radical initiator composed, as well as the tailor-made (embossed) subsequently produced in the polymer Property, previously only on the use of organic solvent systems is instructed.

In der Variante 2 wird zur Erzeugung eines maßgeschneiderten (geprägten) Polymers keine Polymerisation in Gegenwart eines Printmoleküls durchgeführt, sondern ein bereits fertiges natives Polymer, z. B. ein Polypeptid oder ein Protein, wird unter bestimmten Bedingungen und durch die Gegenwart des Printmoleküls zu einer Konformationsänderung gezwungen (siehe Fig. 2). Dazu wird zuerst das Polymer zusammen mit dem Printmolekül in einem wäßrigen Lösungsmittelsystem gelöst und anschließend durch Zugabe von Additiven, z. B. organischen Lösungsmitteln, präzipitiert. Dabei interagieren das Printmolekül und das Polymer über nicht­ kovalente Wechselwirkungen derart miteinander, daß die Konformation des Polymers verändert wird und das Polymer dadurch eine neue Eigenschaft hat, die inhärent durch das Printmolekül vorgegeben ist. Der bis zu diesem Punkt beschriebene Vorgang der Variante 2 wird im folgenden als Imprinting (Prägen), das daraus resultierende Polymer als Imprint-Polymer (geprägtes Polymer); z. B. Imprint-Polypeptid bezeichnet.In variant 2, to produce a customized (embossed) polymer, no polymerization is carried out in the presence of a print molecule, but an already finished native polymer, e.g. B. a polypeptide or a protein, is forced under certain conditions and by the presence of the print molecule to a conformational change (see Fig. 2). For this purpose, the polymer is first dissolved together with the print molecule in an aqueous solvent system and then by adding additives, for. B. organic solvents precipitated. The print molecule and the polymer interact with one another via non-covalent interactions in such a way that the conformation of the polymer is changed and the polymer thereby has a new property which is inherently predetermined by the print molecule. The process of variant 2 described up to this point is hereinafter referred to as imprinting (embossing), the resulting polymer as imprint polymer (embossed polymer); e.g. B. Imprint polypeptide.

Die neue Eigenschaft des Imprint-Polymers ist jedoch reversibel. Sie bleibt nur erhalten, solange es unter Bedingungen verwendet wird, die die Rückbildung zur ursprünglich thermodynamisch günstigeren Konformation unterbindet. Daher können die durch Variante 2 erhaltenen Polymere, die von Mosbach et al. loc. cit., Ståhl et al., Biotechnol.Lett. 12 (1990), 161-166; Ståhl et al., J.Am.Chem.Soc. 113 (1991), 9366-9368 und Klibanov et al., J.Biol.Chem. 263 (1988), 11624-11626 und Dabulis and Klibanow, Biotechnol.Bioeng. 39 (1992), 176-185 beschrieben wurden, nur in organischen Lösungsmitteln Anwendung finden.However, the new property of the imprint polymer is reversible. It only remains as long as it is used under conditions that the regression to the original prevents thermodynamically favorable conformation. Therefore, through variant 2 obtained polymers, which by Mosbach et al. loc. cit., Ståhl et al., Biotechnol. Lat. 12 (1990), 161-166; Ståhl et al., J.Am. Chem. Soc. 113: 9366-9368 (1991) and Klibanov et al., J.Biol.Chem. 263 (1988), 11624-11626 and Dabulis and Klibanow, Biotechnol.Bioeng. 39 (1992), 176-185 were only used in organic solvents.

Es sind zwei Möglichkeiten des Imprintings zu unterscheiden (siehe Fig. 2). Die eine erzeugt an dem Polymer vorher nicht vorhandene, reversible Bindungsstellen für das Printmolekül, die zweite modifiziert die Stereo- und/oder Substratselektivität eines Polymers, z. B. eines Enzyms durch die Interaktion des Printmoleküls mit dem aktiven Zentrum. Die erste Möglichkeit ergab bei der Verwendung von Rinderserumalbumin als Polypeptid und L-Äpfelsäure als Printmolekül ein Imprint-Polypeptid, welches in chromatographischen Untersuchungen für das Printmolekül L-Äpfelsäure selektiv war (Dabulis and Klibanow, loc. cit). Die zweite Möglichkeit führte bei Hydrolasen zu erweiterten, neuen Katalyseeigenschaften dieser Enzyme. So wurden z. B. die Substratselektivität von Subtilisin (Russel and Klibanow, loc. cit.) und die Stereo- und Substratselektivität von α-Chymotrypsin (Ståhl et al., loc. cit.) gerichtet verändert. Das Polypeptid α-Chymotrypsin beispielsweise besitzt die Eigenschaft, das (L)-Enantiomer des N-Acetyl-tryptophanethylesters (N-Ac-TrpEE) in einem wäßrigen Lösungsmittelsystem zu hydrolysieren bzw. in einem organischen Lösungsmittelsystem aus N-Acetyl-L-tryptophan (N-Ac-Trp) und Ethanol zu synthetisieren. Das (D)-Enantiomer des N-Ac-TrpEE kann weder hydrolysiert noch synthetisiert werden.There are two options for imprinting (see Fig. 2). One creates reversible binding sites for the print molecule that did not previously exist on the polymer, the second modifies the stereo and / or substrate selectivity of a polymer, e.g. B. an enzyme by the interaction of the print molecule with the active center. The first possibility resulted in the use of bovine serum albumin as a polypeptide and L-malic acid as a print molecule, an imprint polypeptide, which was selective in chromatographic studies for the print molecule L-malic acid (Dabulis and Klibanow, loc. Cit). The second possibility led to extended, new catalytic properties of these enzymes in hydrolases. So z. B. the substrate selectivity of subtilisin (Russel and Klibanow, loc. Cit.) And the stereo and substrate selectivity of α-chymotrypsin (Ståhl et al., Loc. Cit.) The polypeptide α-chymotrypsin, for example, has the property of hydrolyzing the (L) -enantiomer of the N-acetyl-tryptophanethyl ester (N-Ac-TrpEE) in an aqueous solvent system or in an organic solvent system made of N-acetyl-L-tryptophan ( N-Ac-Trp) and ethanol. The (D) enantiomer of N-Ac-TrpEE can neither be hydrolyzed nor synthesized.

Wird dieses Polypeptid α-Chymotrypsin jedoch mit dem Printmolekül N-Ac-(D)-Trp imprintet (geprägt), kann es anschließend im organischen Lösungsmittel die Synthese des N-Ac-(D)-TrpEE aus N-Ac-(D)-Trp und Ethanol katalysieren, da die Konformation des Polypeptids durch das Printmolekül gezielt verändert wurde (Ståhl et al., loc. cit.). Die Konformationsänderung ist jedoch reversibel. Daher kann das Imprint-Polypeptid nicht im wäßrigen Lösungsmittelsystem zur Hydrolyse des N-Ac-(D)-TrpEE eingesetzt werden. Die neue Eigenschaft geht verloren, wenn das Imprint-Polypeptid mit wäßrigen Lösungsmittelsystemen in Kontakt kommt.However, this polypeptide α-chymotrypsin is imprinted with the print molecule N-Ac- (D) -Trp (coined), it can then synthesize N-Ac- (D) -TrpEE in organic solvent catalyze from N-Ac- (D) -Trp and ethanol because of the conformation of the polypeptide was specifically changed by the print molecule (Ståhl et al., loc. cit.). The However, the change in conformation is reversible. Therefore, the imprint polypeptide cannot aqueous solvent system for the hydrolysis of the N-Ac- (D) -TrpEE be used. The new property is lost when the imprint polypeptide with aqueous Solvent systems comes into contact.

Limitierend für die bisher durchgeführte Methode des Imprintings ist also, daß die Imprint-Polypeptide labil sind und ausschließlich im organischen Lösungsmittelsystem ihre imprinteten (geprägten), neuen Eigenschaften aufweisen bzw. behalten. Die Konformation der Imprint-Polypeptide basiert auf empfindlichen, nicht-kovalenten Bindungen. Sobald diese mit wäßrigen Lösungsmittelsystemen in Kontakt kommen, sind die durch das Imprinting (Prägen) induzierten Eigenschaften nicht mehr nachweisbar und irreversibel verloren, da die induzierte Konformationsänderung in wäßrigen Systemen energetisch ungünstig ist. Wäre eine kovalente Fixierung und Stabilisierung der Konformation der Imprint Polypeptide möglich, könnten sie anschließend ebenso im wäßrigen Milieu eingesetzt werden. Die imprintete Konformation wäre kovalent fixiert und nicht ohne Spaltung der geknüpften Bindungen verloren. Wassermoleküle könnten die imprintete Konformation nicht mehr aufheben. Es entstünden völlig neue Perspektiven zur Nutzung von Imprint-Polypeptiden, da eine Vielzahl kommerziell bzw. industriell relevanter Prozesse in wäßrigen Lösungsmittelsystemen stattfindet. Beispielsweise sind viele interessante Verbindungen nur oder besser in wäßrigen Systemen löslich und die katalytische Aktivität von Polypeptidkatalysatoren ist ebenfalls in wäßrigen Systemen höher und damit überhaupt erst kommerziell nutzbar.One limitation of the imprinting method used so far is that the Imprint polypeptides are labile and their imprinted only in the organic solvent system (embossed) new properties or keep. The conformation of the Imprint polypeptides are based on sensitive, non-covalent bonds. Once this with watery Solvent systems come into contact are those through imprinting induced properties no longer detectable and irreversibly lost since the induced Conformational change in aqueous systems is energetically unfavorable. Would be covalent They could fix and stabilize the conformation of the imprint polypeptides subsequently also used in an aqueous environment. The imprinted conformation would be fixed covalently and not lost without breaking the knotted bonds. Water molecules could no longer cancel the imprinted conformation. Completely new ones would arise  Perspectives on the use of imprint polypeptides, as a large number of commercial or industrially relevant processes in aqueous solvent systems. For example are many interesting compounds only or better soluble in aqueous systems and the Catalytic activity of polypeptide catalysts is also higher in aqueous systems and can only be used commercially.

So könnten z. B. im wäßrigen Milieu ablaufende Verfahren, die aufgrund zu geringer oder keiner Aktivität der verfügbaren Polypeptidkatalysatoren (Enzyme) gegenüber einem kommerziell nutzbaren Substrat bisher nicht zur Anwendung gekommen sind, durch das Fixieren der Konformation des Imprint-Polypeptids zu einer erheblichen Produktivitätssteigerung führen (Erweiterung der Katalyseeigenschaft). Bestehende Verfahren mit nativen Polypeptiden könnten durch die Verwendung von in ihrer Konformation fixierten und stabilisierten Imprint-Polypeptiden eine enorme Effizienzsteigerung erfahren. Konformationsfixierte Imprint-Polypeptide, die selektiv das Printmolekül und/oder dessen strukturähnliche Verbindungen in wäßrigen Systemen erkennen sollen, könnten als künstliche Antikörper in der wäßrigen Analytik, Sensortechnik oder Chromatographie, wie der Affinitätschromatographie, speziell in der Immunaffinitätschromatographie eingesetzt werden. Nach bisherigem Stand der Technik sind diese genannten Anwendungsmöglichkeiten in wäßrigen Systemen bisher nicht durchführbar.For example, B. running in an aqueous environment, the process due to too low or no activity of the available polypeptide catalysts (enzymes) against one commercially usable substrate have not been used so far Fixing the conformation of the imprint polypeptide to a substantial one Lead productivity increase (expansion of catalytic property). Existing procedures with native polypeptides could be fixed in their conformation by using and stabilized imprint polypeptides experience an enormous increase in efficiency. Conformationally fixed imprint polypeptides that selectively the print molecule and / or its structure-like compounds in aqueous systems could be recognized as artificial Antibodies in aqueous analysis, sensor technology or chromatography, such as the Affinity chromatography, specifically used in immunoaffinity chromatography. According to the current state of the art, these applications are mentioned in aqueous systems so far not feasible.

Aufgabe der ErfindungObject of the invention

Somit liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, in ihrer Konformation fixierte und stabilisierte, kovalent vernetzte Imprint-Polypeptide zur Verfügung zu stellen, die auch in wäßrigen Medien eingesetzt werden können. Die neuen oder erweiterten Katalyse- und/oder Bindungseigenschaften der Imprint-Polypeptide sollen fixiert und stabilisiert werden. Damit ist der Verlust, d. h. die Reversibilität, der imprinteten Eigenschaft(en) der Polypeptide in wäßrigen Medien nicht mehr gegeben. Die Imprint-Polypeptide sind dann erstmals auch in katalytischen, chromatographischen und/oder analytischen Prozessen einsetzbar, die in wäßrigen Medien durchgeführt werden.The invention is therefore based on the object of being fixed in its conformation to provide stabilized, covalently cross-linked imprint polypeptides that are also available in aqueous media can be used. The new or expanded catalysis and / or Binding properties of the imprint polypeptides should be fixed and stabilized. So that is the loss, d. H. the reversibility of the imprinted property (s) of the polypeptides in aqueous media no longer exist. The imprint polypeptides are then also in for the first time catalytic, chromatographic and / or analytical processes used in aqueous media are carried out.

Zur Lösung dieser Aufgabe werden in ihrer Konformation fixierte und stabilisierte, kovalent vernetzte Imprint-Polypeptide, die sowohl in wäßrigen als auch in organischen Lösungsmittelsystemen stabil sind, zur Verfügung gestellt, die gemäß einer Ausführungsform durch die folgenden Schritte erhältlich sind:To solve this task, their conformation becomes fixed and stabilized, covalent cross-linked imprint polypeptides, both in aqueous and in organic Solvent systems are stable, provided by one embodiment the following steps are available:

  • (A) kovalente Einführung von polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen in ein Polypeptid;(A) covalent introduction of polymerizable, unsaturated bonds containing groups into a polypeptide;
  • (B) Imprinting des in Schritt (A) erhaltenen Polypeptids mit einem Printmolekül in einem wäßrigen Medium;(B) Imprinting the polypeptide obtained in step (A) with a print molecule in an aqueous medium;
  • (C) Präzipitation des in Schritt (B) erhaltenen Polypeptid/Printmolekül-Gemisches durch Zugabe eines zur Präzipitation geeigneten Additivs und/oder Gefriertrocknen des in Schritt (B) erhaltenen Polypeptid/Printmolekül-Ge­ misches; und (C) Precipitation of the polypeptide / print molecule mixture obtained in step (B) by adding an additive suitable for precipitation and / or Freeze-drying the polypeptide / print molecule Ge obtained in step (B) mixed; and  
  • (D) Copolymerisation des in Schritt (C) erhaltenen Imprint-Polypeptids in einem organischen Lösungsmittel mit einem Crosslinker, der mit den polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen copolymerisierbar ist.(D) copolymerization of the imprint polypeptide obtained in step (C) in one organic solvents with a crosslinker that is compatible with the polymerizable groups containing unsaturated bonds is copolymerizable.

Gemäß einer anderen Ausführungsform sind die in ihrer Konformation fixierten und stabilisierten, kovalent vernetzten Imprint-Polypeptide, die sowohl in wäßrigen als auch in organischen Lösungsmittelsystemen stabil sind, erhältlich durch die folgenden Schritte:According to another embodiment, the and are fixed in their conformation stabilized, covalently cross-linked imprint polypeptides, those in both aqueous and organic Solvent systems are stable, available through the following steps:

  • (A) kovalente Einführung von polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen in ein Polypeptid in einem wäßrigen Medium;(A) covalent introduction of polymerizable, unsaturated bonds containing groups in a polypeptide in an aqueous medium;
  • (B) Imprinting des in Schritt (A) erhaltenen Polypeptids mit einem Printmolekül in einem wäßrigen Medium; und(B) Imprinting the polypeptide obtained in step (A) with a print molecule in an aqueous medium; and
  • (C) Copolymerisation des in Schritt (B) erhaltenen Polypeptids in einem wäßrigen Medium mit einem Crosslinker, der mit den polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen copolymerisierbar ist.(C) copolymerization of the polypeptide obtained in step (B) in an aqueous Medium with a crosslinker that is compatible with the polymerizable, unsaturated bonds containing groups is copolymerizable.

Weitere Lösungen der Aufgabe bestehen darin, den Schritt (B) vor dem Schritt (A) oder die Schritte (A) und (B) gleichzeitig durchzuführen.Other solutions to the problem are step (B) before step (A) or Perform steps (A) and (B) simultaneously.

Beschreibung der ErfindungDescription of the invention

Das erfindungsgemäße Verfahren (siehe Fig. 3 und 4) umfaßt das selektive Einführen von polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen in ein gegebenenfalls imprintetes (geprägtes) Polypeptid, z. B. ein Protein. Nach Einstellung der gewünschten Polypeptidkonformation durch das Imprinting und das Präzipitieren oder Gefriertrocknen (Schritt (C)) umfaßt das erfindungsgemäße Verfahren den weiteren Schritt (D), daß selektiv an den ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen der derivatisierten Polypeptide eine kovalente Vernetzung durch Copolymerisation mit einem Crosslinker, z. B. einer divinylisierten Verbindung, stattfindet, die die gewünschte Polypeptidkonformation kovalent fixiert und stabilisiert. Anschließend ist das kovalent vernetzte Imprint-Polypeptid sowohl in wäßrigen als auch in organischen Lösungsmittelsystemen stabil und die imprintete Eigenschaft, z. B. eine veränderte Katalyse- und/oder Affinitätseigenschaft, kann für kommerzielle Anwendungen genutzt werden (siehe Fig. 3 und 4).The method according to the invention (see FIGS. 3 and 4) comprises the selective introduction of polymerizable groups containing unsaturated bonds into an optionally imprinted (embossed) polypeptide, e.g. B. a protein. After the desired polypeptide conformation has been set by the imprinting and the precipitation or freeze-drying (step (C)), the process according to the invention comprises the further step (D) that selectively on the groups of the derivatized polypeptides containing unsaturated bonds a covalent crosslinking by copolymerization with a crosslinker, e.g. B. a divinylated compound takes place, which fixes and stabilizes the desired polypeptide conformation covalently. The covalently cross-linked imprint polypeptide is then stable in both aqueous and organic solvent systems and the imprinted property, e.g. B. a changed catalysis and / or affinity property can be used for commercial applications (see Fig. 3 and 4).

Für das Imprinting eignen sich Polypeptide mit beispielsweise Alkyl-, Aryl-, OH-, NH₂-, SH-, und/oder COOH-Gruppen, die zum einen mit dem Printmolekül über nicht-kovalente Bindungen, z. B. Ionen-, Wasserstoffbrückenbindungen, hydrophobe Wechselwirkungen, van der Waals-Kräfte, Metallchelatkomplexe, interagieren und zum anderen vor, während oder nach dem Imprinting kovalent mit Gruppen derivatisiert werden können, die polymerisierbare, ungesättigte Bindungen enthalten.Polypeptides with, for example, alkyl-, aryl-, OH-, NH₂-, SH-, and / or COOH groups, on the one hand, with the print molecule via non-covalent Bindings, e.g. B. ion, hydrogen bonds, hydrophobic interactions, van of the Waals forces, metal chelate complexes, interact and secondly before, during or after imprinting can be covalently derivatized with groups that are polymerizable, contain unsaturated bonds.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden Polypeptide mit OH-, NH₂- und/oder SH-Gruppen als Ausgangsverbindungen verwendet. In a preferred embodiment, polypeptides with OH, NH₂ and / or SH groups used as starting compounds.  

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform werden native Proteine als Polypeptide verwendet, vorzugsweise Enzyme, insbesondere β-Glucosidase oder α-Chymotrypsin.In a further preferred embodiment, native proteins are used as polypeptides used, preferably enzymes, in particular β-glucosidase or α-chymotrypsin.

Bevorzugte Enzyme werden ausgewählt aus Oxido-Reduktasen, wie D- und L-Amino­ säure-Oxidasen, Alkoholdehydrogenase, Glucoseoxidase und Formiatdehydrogenase. Weitere bevorzugte Enzyme sind ausgewählt aus Hydrolasen, wie Proteasen, Peptidasen (z. B. Rennin), Amylasen (z. B. α-Amylase, β-Amylase, Glucoamylase, β-Galactosidase), Glycosidasen, Acylasen, Lipasen und Esterasen.Preferred enzymes are selected from oxido reductases, such as D- and L-amino acid oxidases, alcohol dehydrogenase, glucose oxidase and formate dehydrogenase. Further preferred enzymes are selected from hydrolases, such as proteases, peptidases (e.g. Rennin), Amylases (e.g. α-amylase, β-amylase, glucoamylase, β-galactosidase), glycosidases, Acylases, lipases and esterases.

Weiterhin können bevorzugte Enzyme ausgewählt werden aus Isomerasen, wie Glucoseisomerase und Aminosäure-Racema sen.Furthermore, preferred enzymes can be selected from isomerases such as Glucose isomerase and amino acid racemas.

Als weitere bevorzugte Enzyme können Polymerasen, wie DNA-Polymerasen, Transferasen, wie Phosphotransferasen oder Ligasen, wie DNA-Ligasen verwendet werden.Polymerases, such as DNA polymerases, transferases, such as phosphotransferases or ligases such as DNA ligases can be used.

Die Einführung der polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen wird in einem wäßrigen Medium durchgeführt. Vorzugsweise liegt der pH-Wert des wäßrigen Medium bei etwa 3 bis 12, vorzugsweise etwa 5 bis 8 und insbesondere bei etwa 6 bis 8. Gegebenenfalls kann das wäßrige Medium ein Puffersystem enthalten. Vorzugsweise ist das Puffersystem ausgewählt aus einem Kalium-Phosphat-Puffer, einem Citronensäure-Phosphat-Puffer, Tris-Puffer (Tris-(hydroxymethyl)-aminomethan) oder einem Natrium-Phosphat-Puffer.The introduction of the polymerizable groups containing unsaturated bonds is described in carried out in an aqueous medium. The pH of the aqueous medium is preferably about 3 to 12, preferably about 5 to 8 and in particular about 6 to 8. If appropriate the aqueous medium can contain a buffer system. The buffer system is preferred selected from a potassium phosphate buffer, a citric acid phosphate buffer, Tris buffer (tris (hydroxymethyl) aminomethane) or a sodium phosphate buffer.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist vorzugsweise dadurch gekennzeichnet, daß die Einführung der polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen, vorzugsweise Vinylgruppen, in ein Polypeptid in selektiver Weise zu erfolgen hat. Ein Teil der funktionellen Gruppen der Polypeptide (OH-, NH₂-, SH-, COOH-Gruppen), der während des Imprintings im wäßrigen Lösungsmittelsystem mit einem Printmolekül interagieren soll, soll nicht derivatisiert werden. Dies kann beispielsweise durch die Molverhältnisse von Polypeptid/olefinischer Verbindung gesteuert werden. Der Grad an Derivatisierung wird durch die jeweilige Primärsequenz des Polypeptids, die Aminosäurezusammensetzung, die Temperatur und den pH-Wert bestimmt. Der für den Erhalt der imprinteten Eigenschaft optimale Grad an Derivatisierung kann leicht überprüft werden, indem das nicht-derivatisierte Imprint-Polypeptid mit den in unterschiedlichem Grad derivatisierten Imprint-Polypeptiden hinsichtlich der gewünschten Eigenschaft(en) verglichen wird (Fig. 5).The process according to the invention is preferably characterized in that the introduction of the polymerizable groups containing unsaturated bonds, preferably vinyl groups, has to be carried out in a polypeptide in a selective manner. Part of the functional groups of the polypeptides (OH, NH₂, SH, COOH groups), which is to interact with a print molecule during the imprinting in the aqueous solvent system, should not be derivatized. This can be controlled, for example, by the molar ratio of polypeptide / olefinic compound. The degree of derivatization is determined by the respective primary sequence of the polypeptide, the amino acid composition, the temperature and the pH. The optimal degree of derivatization for maintaining the imprinted property can easily be checked by comparing the underivatized imprint polypeptide with the differently derivatized imprint polypeptides with regard to the desired property (s) ( FIG. 5).

Bevorzugte Molverhältnisse von Polypeptid/olefinischer Verbindung liegen im Bereich von etwa 1 : 5 bis 1 : 300.Preferred mole ratios of polypeptide / olefinic compound are in the range of about 1: 5 to 1: 300.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden olefinische Verbindung oder deren Gemische, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus reaktiven Analoga bzw. Derivaten der allgemeinen Formel (I)In a preferred embodiment of the process according to the invention, olefinic ones are used Compound or mixtures thereof, selected from the group consisting of reactive Analogs or derivatives of the general formula (I)

verwendet, wobei die Reste R₁, R₂, R₃ und R₄ unabhängig voneinander Wasserstoffatome, Carboxylreste, cyclische oder lineare, substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte Alkylreste, Alkoxyreste oder Carboxyalkylreste mit vorzugsweise bis zu 10, bevorzugter bis zu 6, insbesondere 1 oder 2 Kohlenstoffatomen oder substituierte oder unsubstituierte Arylreste oder Carboxyarylreste sind, mit der Maßgabe, daß mindestens einer der Reste R₁, R₂, R₃ und R₄ unabhängig voneinander ein Carboxyl-, Carboxyalkyl- oder Carboxyarylrest ist.used, the radicals R₁, R₂, R₃ and R₄ independently of one another hydrogen atoms, Carboxyl residues, cyclic or linear, substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated alkyl radicals, alkoxy radicals or carboxyalkyl radicals with preferably up to 10, more preferably up to 6, in particular 1 or 2 carbon atoms or substituted or are unsubstituted aryl radicals or carboxyaryl radicals, with the proviso that at least one the radicals R₁, R₂, R₃ and R₄ independently of one another a carboxyl, carboxyalkyl or Is carboxyaryl.

Vorzugsweise sind 1 oder 2, insbesondere 2 der Reste R₁, R₂, R₃ und R₄ unabhängig voneinander ein Carboxyl-, Carboxyalkyl- oder Carboxyarylrest, insbesondere Carboxyl- oder Carboxyalkylreste mit insbesondere 1 oder 2 Kohlenstoffatomen.Preferably 1 or 2, in particular 2 of the radicals R₁, R₂, R₃ and R₄ are independent a carboxyl, carboxyalkyl or carboxyaryl radical, in particular carboxyl or Carboxyalkyl radicals with in particular 1 or 2 carbon atoms.

Vorzugsweise sind die Reste R₁, R₂, R₃ oder R₄, die kein Carboxyl-, Carboxyalkyl- oder Carboxyarylrest sind, unabhängig voneinander Wasserstoffatome oder Alkylreste, bevorzugter Ethyl- oder Methylreste, insbesondere Methylreste.Preferably, the radicals R₁, R₂, R₃ or R₄, which are not carboxyl, carboxyalkyl or Carboxyaryl, independently of one another, are more preferred hydrogen atoms or alkyl radicals Ethyl or methyl radicals, especially methyl radicals.

Falls die Reste R₁, R₂, R₃ und R₄ substituierte Alkyl-, Carboxyalkyl-, Alkoxy-, Aryl- oder Carboxyarylreste sind, sind die Substituenten vorzugsweise ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Halogenatomen, Nitro-, Amido-, Carboxyl-, Ester- und Alkoxyresten mit vorzugsweise bis zu 10, bevorzugter bis zu 5 und insbesondere 1 oder 2 Kohlenstoffatomen.If the radicals R₁, R₂, R₃ and R₄ substituted alkyl, carboxyalkyl, alkoxy, aryl or Are carboxyaryl radicals, the substituents are preferably selected from the group consisting of halogen atoms, nitro, amido, carboxyl, ester and alkoxy radicals with preferably up to 10, more preferably up to 5 and in particular 1 or 2 carbon atoms.

Falls die Reste R₁, R₂, R₃ und R₄ ungesättigte Alkyl-, Carboxyalkylreste oder Alkoxyreste sind, enthalten sie vorzugsweise bis zu 5, bevorzugter bis zu 3 und insbesondere eine ungesättigte Bindung.If the radicals R₁, R₂, R₃ and R₄ are unsaturated alkyl, carboxyalkyl or alkoxy radicals, they preferably contain up to 5, more preferably up to 3 and in particular an unsaturated one Binding.

Falls die Reste R₁, R₂, R₃ und R₄ substituierte oder unsubstituierte Arylreste oder Carboxyarylreste sind, sind die Arylreste vorzugsweise Phenyl- oder Naphthylreste, wobei die Substituenten vorzugsweise ausgewählt sind aus der vorstehend für substituierte Alkyl-, Carboxyalkyl-, Alkoxy-, Aryl- oder Carboxyarylreste genannten Gruppe.If the radicals R₁, R₂, R₃ and R₄ substituted or unsubstituted aryl radicals or Are carboxyaryl radicals, the aryl radicals are preferably phenyl or naphthyl radicals, the Substituents are preferably selected from those for substituted alkyl, Group called carboxyalkyl, alkoxy, aryl or carboxyaryl radicals.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden Verbindungen ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Itacon-, Malein-, Citracon-, Croton-, Methacryl- und Acrylsäure verwendet.In a preferred embodiment, compounds are selected from the group consisting of itacon, maleic, citracon, croton, methacrylic and acrylic acid used.

Vorzugsweise werden olefinische cyclische oder nicht-cyclische Anhydride, wie Itacon-, Malein-, Citracon-, bzw. Croton-, Acryl- oder Methacrylsäureanhydrid, oder die Säurehalogenide, insbesondere die Säurechloride der genannten olefinischen Verbindungen zur Derivatisierung verwendet.Preferably olefinic cyclic or non-cyclic anhydrides, such as itacon, Maleic, citraconic or crotonic, acrylic or methacrylic anhydride, or the Acid halides, especially the acid chlorides of the olefinic compounds mentioned Derivatization used.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als olefinische Verbindung Itaconsäureanhydrid (ISA) in einem wäßrigen Medium, vorzugsweise im pH-Bereich von etwa 3-12 verwendet, das selektiv und kovalent an OH-, NH₂- und/oder SH-Gruppen bindet (vgl. Tab. 3). Die Anzahl an ISA-Bindungen wird durch die individuelle Primärsequenz des Polypeptids, die Temperatur und den pH-Wert bestimmt. Der für den Erhalt der imprinteten Eigenschaft optimale prozentuale Anteil an möglicher Derivatisierung wird überprüft. Dazu wird das nicht-derivatisierte Imprint-Polypeptid mit den in unterschiedlichem Grad olefinisch derivatisierten Imprint-Polypeptiden hinsichtlich der gewünschten Eigenschaft(en) verglichen (Fig. 5).In a further preferred embodiment, itaconic anhydride (ISA) is used as the olefinic compound in an aqueous medium, preferably in the pH range from about 3-12, which binds selectively and covalently to OH, NH₂ and / or SH groups (cf. Tab. 3 ). The number of ISA bonds is determined by the individual primary sequence of the polypeptide, the temperature and the pH. The optimal percentage of possible derivatization for maintaining the imprinted property is checked. For this purpose, the non-derivatized imprint polypeptide is compared with the imprint polypeptides derivatized to different degrees in terms of the desired property (s) ( FIG. 5).

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden zur Stabilisierung der gewünschten Konformation bzw. zur Abschirmung der für das Imprinting wichtigen Funktionalitäten während des Derivatisierungsvorganges (Schritt (A)) Polyole, wie Polyethylenglykole, Sorbitol, Saccharose, Glucose und/oder Glycerin oder Salze zugesetzt, wie Ammonium-, Alkali- oder Erdalkalisulfate, -phophate oder -halogenide, wie (NH₄)₂SO₄, Na₂SO₄, MgSO₄, Na₃PO₄, CaHPO₄, (NH₄)H₂PO₄, NH₄Cl, NaCl, KCl und CaCl₂. Damit besitzt dieser Verfahrensschritt viele Freiheitsgrade, um als Ergebnis ein funktionell aktives und derivatisiertes Imprint-Polypeptid, zu erhalten.In a further preferred embodiment of the method according to the invention Stabilization of the desired conformation or to shield it for imprinting important functionalities during the derivatization process (step (A)) polyols, such as Polyethylene glycols, sorbitol, sucrose, glucose and / or glycerin or salts added, such as Ammonium, alkali or alkaline earth metal sulfates, phosphates or halides, such as (NH₄) ₂SO₄, Na₂SO₄, MgSO₄, Na₃PO₄, CaHPO₄, (NH₄) H₂PO₄, NH₄Cl, NaCl, KCl and CaCl₂. So owns this process step many degrees of freedom in order to be a functionally active and derivatized imprint polypeptide.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist außerdem dadurch gekennzeichnet, daß das Polypeptid vor, während oder nach dem kovalenten Einführen von polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen mit einem Printmolekül im wäßrigen Medium inkubiert wird. Das Printmolekül und das Polypeptid bilden dabei ein Polypeptid/Printmolekül-Gemisch, wobei das Printmolekül und das Polypeptid über nicht kovalente Wechselwirkungen interagieren. Dadurch wird die Konformation des Polypeptids verändert, das damit neue und/oder veränderte Eigenschaften hat.The inventive method is also characterized in that the polypeptide before, during or after the covalent introduction of polymerizable, unsaturated Groups containing bonds is incubated with a print molecule in the aqueous medium. The print molecule and the polypeptide form a polypeptide / print molecule mixture, whereby the print molecule and the polypeptide interact via non-covalent interactions. This changes the conformation of the polypeptide, the new and / or has changed properties.

Als Printmolekül kann vorzugsweise eine Verbindung verwendet werden, die eine hohe strukturelle und/oder chirale Ähnlichkeit mit dem späteren Substrat des fertigen in seiner Konformation fixierten und stabilisierten, kovalent vernetzten Imprint-Polypeptid hat oder mit dem späteren Substrat identisch ist.A compound which has a high concentration can preferably be used as the print molecule structural and / or chiral similarity with the later substrate of the finished one in its Conformationally fixed and stabilized, covalently cross-linked imprint polypeptide or with the later substrate is identical.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird als Polypeptid α-Chymotrypsin und als Printmolekül N-Ac-(D)-Tryptophan, N-Ac-(D)-Tyrosin oder N-Ac-(D)-Phenylalanin verwendet.In a preferred embodiment, α-chymotrypsin is used as the polypeptide and as Print molecule N-Ac- (D) -Tryptophan, N-Ac- (D) -Tyrosin or N-Ac- (D) -Phenylalanin used.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird als Polypeptid Rinderserumalbumin und als Printmolekül L-Äpfelsäure verwendet oder als Polypeptid wird D- oder L-Amino­ säure-Oxidase und als Printmolekül werden natürliche oder nicht-natürliche (D)- oder (L)-Aminosäuren verwendet.In a further preferred embodiment, bovine serum albumin and L-malic acid is used as the print molecule or D- or L-amino is used as the polypeptide acid oxidase and as a print molecule are natural or non-natural (D) - or (L) amino acids used.

Außerdem ist das erfindungsgemäße Verfahren dadurch gekennzeichnet, daß das in einem wäßrigen Medium gelöste Polypeptid/Printmolekül-Gemisch präzipitiert wird. Das Präzipitieren kann durch Zugabe von Additiven erfolgen, die zum Präzipitieren des Polypeptid/Printmolekül-Gemischs in wäßrigem Medium geeignet sind.In addition, the inventive method is characterized in that the in one aqueous medium dissolved polypeptide / print molecule mixture is precipitated. The Precipitation can be done by adding additives that are used to precipitate the Polypeptide / print molecule mixture in an aqueous medium are suitable.

In einer bevorzugten Ausführungsform werden wassermischbare organische Lösungsmittel als Additive zum Präzipitieren verwendet, vorzugsweise Aceton, Methylethylketon, Methanol, Ethanol, Propanol und Butanol, insbesondere n-Propanol oder Isopropanol.In a preferred embodiment, water-miscible organic solvents are used as Additives used for precipitation, preferably acetone, methyl ethyl ketone, methanol, Ethanol, propanol and butanol, especially n-propanol or isopropanol.

In einer weiteren Ausführungsform wird das Polypeptid/Printmolekül-Gemisch gefriergetrocknet.In a further embodiment, the polypeptide / print molecule mixture freeze-dried.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform wird das Polypeptid/Printmolekül-Gemisch sowohl präzipitiert als auch gefriergetrocknet. In a further preferred embodiment, the polypeptide / print molecule mixture both precipitated and freeze-dried.  

Über die polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen wird die imprintete Konformation des Polypeptids in einem weiteren Schritt durch Copolymerisation kovalent fixiert.The imprinted group is printed over the polymerizable groups containing unsaturated bonds Conformation of the polypeptide in a further step by covalent copolymerization fixed.

Die Copolymerisation wird vorzugsweise durch UV-Strahlung, Peroxide oder Radikalstarter (thermisch oder durch UV-Strahlung) initiiert.The copolymerization is preferably carried out by UV radiation, peroxides or radical initiators (thermally or by UV radiation) initiated.

Vorzugsweise werden als Radikalstarter Azobisverbindungen, wie α,α′-Azo-isobutvronitril (AIBN) oder 2,2′-Azo-bis-(2,4-dimethyl)-valeriansäurenitril (ABDV) verwendet. Insbesondere bevorzugt werden als Radikalstarter AIBN oder ABDV verwendet und die Copolymerisation wird mittels UV-Strahlung initiiert.Preferred radical initiators are azobis compounds, such as α, α′-azo-isobutvronitrile (AIBN) or 2,2'-azo-bis- (2,4-dimethyl) -valeronitrile (ABDV) used. Especially AIBN or ABDV and the copolymerization are preferably used as radical initiators is initiated by means of UV radiation.

Das erfindungsgemäße Verfahren ist weiterhin dadurch gekennzeichnet, daß für die kovalente Fixierung der Konformation der nach der Präzipization und/oder dem Gefriertrocknen erhaltenen derivatisierten Imprint-Polypeptide ein Crosslinker verwendet wird.The inventive method is further characterized in that for the covalent Fixation of the conformation after precipitation and / or freeze-drying obtained derivatized imprint polypeptides, a crosslinker is used.

In einer bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens werden als Crosslinker ungesättigte Bindungen enthaltende Verbindungen oder deren Gemische, ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Analoga bzw. Derivaten der allgemeinen Formel (II)In a preferred embodiment of the method according to the invention, Crosslinker compounds containing unsaturated bonds or mixtures thereof, selected from the group consisting of analogs or derivatives of the general formula (II)

H₂C=C(R₁)-(R₂)n-C(R₃)=CH₂ (II)H₂C = C (R₁) - (R₂) n -C (R₃) = CH₂ (II)

verwendet, wobei die Reste R₁ und R₃ unabhängig voneinander Wasserstoffatome, cyclische oder lineare, ungesättigte oder gesättigte, substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Carboxyl-, Carboxyalkyl- oder Alkyletherreste mit vorzugsweise bis zu 10, insbesondere 1 oder 2 Kohlenstoffatomen oder substituierte oder unsubstituierte Arylreste sind und der Rest R₂ ein cyclischer oder linearer, gesättigter oder ungesättigter, substituierter oder unsubstituierter Alkyl- oder Alkyletherrest mit vorzugsweise bis zu 10, insbesondere 1 oder 2 Kohlenstoffatomen oder ein Arylrest ist und n einen Wert von vorzugsweise bis zu 10 und insbesondere 1 oder 2 hat.used, the radicals R₁ and R₃ independently of one another hydrogen atoms, cyclic or linear, unsaturated or saturated, substituted or unsubstituted alkyl, carboxyl, Carboxyalkyl or alkyl ether radicals with preferably up to 10, in particular 1 or 2 Are carbon atoms or substituted or unsubstituted aryl radicals and the radical R₂ cyclic or linear, saturated or unsaturated, substituted or unsubstituted Alkyl or alkyl ether radicals with preferably up to 10, in particular 1 or 2 Is carbon atoms or an aryl radical and n has a value of preferably up to 10 and especially 1 or 2.

Vorzugsweise sind die Reste R₁ und R₃ Wasserstoffatome.The radicals R 1 and R 3 are preferably hydrogen atoms.

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform können die Reste R₁ und/oder R₃ mehr als 10 Kohlenstoffatome enthalten. In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform hat n einen Wert von größer 10. Spezielle Beispiele sind olefinische Polyethylenglykole oder olefinische Derivate von Polyacrylamiden.In a further preferred embodiment, the radicals R₁ and / or R₃ can more than 10 Contain carbon atoms. In a further preferred embodiment, n has a value greater than 10. Specific examples are olefinic polyethylene glycols or olefinic ones Derivatives of polyacrylamides.

Falls die Reste R₁, R₂ und R₃ ungesättigte und/oder substituierte Reste sind, haben sie die für die allgemeine Formel (I) genannte Bedeutung. Zusätzlich zu den genannten Substituenten können Hydroxy- und/oder Aminoreste anwesend sein.If the radicals R₁, R₂ and R₃ are unsaturated and / or substituted radicals, they have the the general formula (I) meaning. In addition to the substituents mentioned Hydroxy and / or amino residues can be present.

Vorzugsweise sind die verwendeten Crosslinker ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Divinylalkyl- und Divinylarylverbindungen, insbesondere Divinylbenzol oder 1,5-Hexadien. The crosslinkers used are preferably selected from the group consisting of Divinylalkyl and divinylaryl compounds, especially divinylbenzene or 1,5-hexadiene.  

In einer weiteren bevorzugten Ausführungsform sind die verwendeten ungesättigte Bindungen enthaltenden Crosslinker oder deren Gemische ausgewählt aus der Gruppe bestehend aus Analoga bzw. Derivaten der allgemeinen Formel (III)In a further preferred embodiment, the unsaturated bonds used containing crosslinker or mixtures thereof selected from the group consisting of Analogs or derivatives of the general formula (III)

wobei die Rest R₁, R₂ und R₃ und n die vorstehend für die allgemeine Formel (II) genannte Bedeutung haben und der Rest X ein Sauerstoffatom oder die Gruppe -NH ist.the radicals R₁, R₂ and R₃ and n being those mentioned above for the general formula (II) Have meaning and the radical X is an oxygen atom or the group -NH.

Vorzugsweise sind die Crosslinker ausgewählt aus Ethylenglykoldimethacrylat, N,N′-Methylen-bis-acrylamid, Diitaconsäurealkylamiden und Diitaconsäurearylamiden.The crosslinkers are preferably selected from ethylene glycol dimethacrylate, N, N'-methylene-bis-acrylamide, diitaconic acid alkyl amides and diitaconic acid arylamides.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird die Copolymerisation in Cyclohexan, Toluol, Aceton, Alkanole, Essigsäureethylester, Tetrahydrofuran, Chloroform oder deren Gemischen, insbesondere in Cyclohexan durchgeführt, wobei vorzugsweise Ethylenglykoldimethacrylat, Divinylbenzol, Diitaconsäurealkylamide, -arylamide, Divinylalkyl- oder -arylverbindungen als Crosslinker verwendet werden.In a preferred embodiment, the copolymerization in cyclohexane, toluene, Acetone, alkanols, ethyl acetate, tetrahydrofuran, chloroform or mixtures thereof, in particular carried out in cyclohexane, preferably ethylene glycol dimethacrylate, Divinylbenzene, diitaconic acid alkylamides, -arylamides, divinylalkyl- or -aryl compounds as Crosslinker can be used.

In einer bevorzugten Ausführungsform wird das nach dem Präzipitationsschritt (siehe Fig. 3 und 4) erhaltene derivatisierte Imprint-Polypeptid in einem organischen Lösungsmittel suspendiert, einer oder mehrere der o.g. Crosslinker hinzugegeben, der Radikalstarter, z. B. Azobisverbindungen (α,α′-Azo-isobutyronitril (AIBN) oder 2,2′-Azo-bis-(2,4-dimethyl)­ valeriansäurenitril (ABDV)), zugesetzt und die Copolymerisation durch UV-Strahlung gestartet. Die kovalente Fixierung der Polypeptidkonformation erfolgt selektiv über die zuvor eingeführten olefinischen Doppelbindungen, die wichtigen freien Funktionalitäten des Imprint-Polypeptids werden durch diesen Schritt nicht blockiert. Damit ist die imprintete Konformation kovalent fixiert und im wäßrigen und organischen Lösungsmittelsystem nutzbar.In a preferred embodiment, the derivatized imprint polypeptide obtained after the precipitation step (see FIGS. 3 and 4) is suspended in an organic solvent, one or more of the above-mentioned crosslinkers are added, the radical initiator, e.g. B. azobis compounds (α, α'-azo-isobutyronitrile (AIBN) or 2,2'-azo-bis- (2,4-dimethyl) valeric acid nitrile (ABDV)), added and the copolymerization started by UV radiation. The polypeptide conformation is fixed covalently via the previously introduced olefinic double bonds; the important free functionalities of the imprint polypeptide are not blocked by this step. The imprinted conformation is thus covalently fixed and can be used in the aqueous and organic solvent system.

Das in seiner Konformation fixierte und stabilisierte, kovalent vernetzte, Imprint-Polypeptid ist unter vielen Bedingungen einsetzbar unter denen es ohne die selektive Einführung von Resten und die Copolymerisation instabil gewesen wäre, z. B. in wäßrigen Lösungsmittelsystemen.The imprint polypeptide, which is fixed and stabilized in its conformation, is covalently cross-linked usable under many conditions under which there is no selective introduction of residues and the copolymerization would have been unstable, e.g. B. in aqueous solvent systems.

In einer weiteren Ausführungsform wird ein Polypeptid durch die kovalente Einführung von polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen derivatisiert. Das Polypeptid kann aus der vorstehend genannten Gruppe ausgewählt werden. Die Derivatisierung kann wie für den Schritt (A) vorstehend beschrieben durchgeführt werden.In a further embodiment, a polypeptide is obtained by the covalent introduction of polymerizable groups containing unsaturated bonds derivatized. The polypeptide can be selected from the above group. The derivatization can be like for step (A) described above.

Sodann wird das Polypeptid mit einem Printmolekül in einem wäßrigen Medium imprintet (geprägt). Das Printmolekül kann wie vorstehend beschrieben ausgewählt werden. Vorzugsweise wird als Polypeptid ein natives Enzym und als Printmolekül das Substrat dieses Enzyms verwendet. The polypeptide is then imprinted with a print molecule in an aqueous medium (embossed). The print molecule can be selected as described above. A native enzyme is preferably used as the polypeptide and the substrate as the print molecule Enzyme used.  

Anschließend wird die Copolymerisation in einem wäßrigen Lösungsmittel mit einem Crosslinker durchgeführt, der mit den polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen copolymerisierbar ist. Die Copolymerisation wird wie vorstehend für den Schritt (D) beschrieben durchgeführt. Die Crosslinker werden vorzugsweise aus den vorstehend beschriebenen Gruppen ausgewählt. Der Crosslinker wird so gewählt, daß er in dem wäßrigen Lösungsmittel löslich ist. Vorzugsweise wird als Crosslinker N,N′-Methylen-bisacrylamid verwendet.The copolymerization is then carried out in an aqueous solvent with a Crosslinker carried out with the polymerizable, containing unsaturated bonds Groups are copolymerizable. The copolymerization is carried out as above for step (D) described. The crosslinkers are preferably from the above described groups selected. The crosslinker is chosen so that it is in the aqueous Solvent is soluble. Preferably, the crosslinker is N, N'-methylene-bisacrylamide used.

Die Erfindung wird anhand der folgenden Beispiele veranschaulicht.The invention is illustrated by the following examples.

Beispiel 1example 1 Schonende Einführung von olefinischen Gruppen in PolypeptideGentle introduction of olefinic groups into polypeptides A. Vinylierung von α-Chymotrypsin (EC 3.4.21.1) mit ItaconsäureanhydridA. Vinylation of α-chymotrypsin (EC 3.4.21.1) with itaconic anhydride

Unter Rühren wird α-Chymotrypsin in 10 ml 0,05 M Kalium-Phosphat-Puffer pH 7,8 gelöst. Bei Raumtemperatur wird anschließend spatelspitzenweise Itaconsäureanhydrid hinzugefügt. Die bei jeder Zugabe des Anhydrids auftretende Erniedrigung des pH Wertes der Reaktionslösung wird durch Zugabe von 5 M NaOH korrigiert. Nach Beendigung der Zugabe des Anhydrids wird noch 1 Stunde gerührt und der pH Wert nochmals korrigiert. Die erhaltene Reaktionslösung wird zur Abtrennung der niedermolekularen Komponenten mit Hilfe von PD 10 Gelfiltrationssäulen (Pharmacia) in 0,05 M Kalium-Phosphat-Puffer pH 7,8 umgepuffert und schließlich lyophilisiert. Die enzymatische Aktivität von α-Chymotrypsin wird anhand der Hydrolyse von Benzoyl-L-Tyrosinethylester in einem photometrischen Test ermittelt. Das Ausmaß der Modifizierung der funktionellen Gruppen wird mit 2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure (TNBS Assay) bestimmt (Habeeb A.F.S.A. (1966), Anal. Biochem. 14, 328-336). Tab. 1 zeigt die Reaktionsansätze, das jeweilige Ausmaß der Modifizierung der funktionellen Gruppen sowie die enzymatischen Aktivitäten der α-Chymotrypsin Derivate im Verhältnis zum freien Enzym.Α-Chymotrypsin is dissolved in 10 ml of 0.05 M potassium phosphate buffer pH 7.8 with stirring. Itaconic anhydride is then added in spatula tips at room temperature. The decrease in the pH of the reaction solution which occurs each time the anhydride is added is corrected by adding 5 M NaOH. After the addition of the anhydride has ended, the mixture is stirred for a further 1 hour and the pH is again corrected. To separate the low molecular weight components, the reaction solution obtained is buffered in 0.05 M potassium phosphate buffer pH 7.8 using PD 10 gel filtration columns (Pharmacia) and finally lyophilized. The enzymatic activity of α-chymotrypsin is determined by means of the hydrolysis of benzoyl-L-tyrosine ethyl ester in a photometric test. The extent of the modification of the functional groups is determined using 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid (TNBS assay) (Habeeb AFSA (1966), Anal. Biochem. 14, 328-336). Tab. 1 shows the reaction batches, the extent of the modification of the functional groups and the enzymatic activities of the α-chymotrypsin derivatives in relation to the free enzyme.

Tabelle 1 Table 1

Derivatisierung von α-Chymotrypsin mit Itaconsäureanhydrid Derivatization of α-chymotrypsin with itaconic anhydride

B. Vinylierung der β-Glucosidase aus der Mandel (EC 3.2.1.21) mit ItaconsäureanhydridB. Vinylation of the β-glucosidase from the almond (EC 3.2.1.21) with itaconic anhydride

Unter Rühren wird die β-Glucosidase in 10 ml 0,05 M Citronensäure-Phosphat-Puffer pH 6,0 gelöst. Zur Stabilisierung des Enzyms kann D(+)-Glucose zugesetzt werden. Bei Raumtemperatur wird anschließend spatelspitzenweise Itaconsäureanhydrid hinzugefügt. Die bei jeder Zugabe des Anhydrids auftretende Erniedrigung des pH Wertes der Reaktionslösung wird durch Zugabe von 5 M NaOH korrigiert. Nach Beendigung der Zugabe des Anhydrids wird noch 1 Stunde gerührt und der pH Wert nochmals korrigiert. Die erhaltene Reaktionslösung wird zur Abtrennung der niedermolekularen Komponenten mit Hilfe von PD 10 Gelfiltrationssäulen (Pharmacia) in 0,05 M Citronensäure-Phosphat-Puffer pH 6,0 umgepuffert und schließlich lyophilisiert. Die enzymatische Aktivität der β-Glucosidase wird anhand der Hydrolyse von 4-Nitrophenyl-β-D-glucopyranosid in einem photometrischen Test ermittelt. Das Ausmaß der Modifizierung der funktionellen Gruppen wird mit 2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure (TNBS Assay) bestimmt. Tab. 2 zeigt die Reaktionsansätze, das jeweilige Ausmaß der Modifizierung der funktionellen Gruppen sowie die enzymatischen Aktivitäten der β-Glucosidase Derivate im Verhältnis zum freien Enzym. Zum Schutz des aktiven Zentrums des Polypeptids wurde als Additiv Glucose hinzugegeben. In Gegenwart von 3M Glucose konnten 99% Restaktivität nach Derivatisierung erhalten werden.The β-glucosidase is dissolved in 10 ml of 0.05 M citric acid-phosphate buffer pH 6.0 with stirring. D (+) - glucose can be added to stabilize the enzyme. Itaconic anhydride is then added in spatula tips at room temperature. The decrease in the pH of the reaction solution which occurs each time the anhydride is added is corrected by adding 5 M NaOH. After the addition of the anhydride has ended, the mixture is stirred for a further 1 hour and the pH is again corrected. To separate the low molecular weight components, the reaction solution obtained is buffered in 0.05 M citric acid-phosphate buffer pH 6.0 using PD 10 gel filtration columns (Pharmacia) and finally lyophilized. The enzymatic activity of β-glucosidase is determined by means of the hydrolysis of 4-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside in a photometric test. The extent of the modification of the functional groups is determined using 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid (TNBS assay). Table 2 shows the reaction approaches, the extent of the modification of the functional groups and the enzymatic activities of the β-glucosidase derivatives in relation to the free enzyme. To protect the active center of the polypeptide, glucose was added as an additive. In the presence of 3M glucose, 99% residual activity could be obtained after derivatization.

Tabelle 2 Table 2

Derivatisierung der β-Glucosidase mit Itaconsäureanhydrid Derivatization of β-glucosidase with itaconic anhydride

Beispiel 2Example 2 Reaktivität von Itaconsäureanhydrid mit den Seitenketten von PolypeptidenReactivity of itaconic anhydride with the side chains of polypeptides

In 5 ml 0,05 M Citronensäure-Phosphat-Puffer pH 7,5 werden verschiedene α-N-Acetyl-(L)-Aminosäuren gelöst, unter Rühren mit Itaconsäureanhydrid versetzt und 1 Stunde bei Raumtemperatur inkubiert. Der TNBS Assay wird je Ansatz mit einer Probe der im Puffer gelösten α-N-Acetyl-(L)-Aminosäure und mit der mit Itaconsäureanhydrid inkubierten α-N-Acetyl-(L)-Aminosäure durchgeführt. Various α-N-acetyl- (L) -amino acids are in 5 ml of 0.05 M citric acid-phosphate buffer pH 7.5 dissolved, mixed with itaconic anhydride while stirring and at 1 hour Incubated at room temperature. The TNBS assay is performed with a sample of each in the buffer dissolved α-N-acetyl- (L) -amino acid and with the incubated with itaconic anhydride α-N-Acetyl- (L) -amino acid performed.  

Es kann festgestellt werden, daß Itaconsäureanhydrid mit den Aminogruppen von α-N-Acetyl-(L)-Lysin und α-N-Acetyl-(L)-Glutamin, mit der Sulfhydrylgruppe von α-N-Acetyl-(L)- Cystein, mit den Hydroxygruppen von α-N-Acetyl-(L)-Tyrosin und α-N-Acetyl-(L)-Serin zu reagieren vermag (Tab. 3). Die Reaktivitäten des Itaconsäureanhydrids gegenüber den Aminosäureseitenketten waren Ser < Tyr < Glu < Lys < Cys.It can be noted that itaconic anhydride with the amino groups of α-N-acetyl- (L) -lysine and α-N-acetyl- (L) -glutamine, with the sulfhydryl group of α-N-acetyl- (L) -cysteine , can react with the hydroxy groups of α-N-acetyl- (L) -tyrosine and α-N-acetyl- (L) -serine (Tab. 3 ). The reactivities of the itaconic anhydride to the amino acid side chains were Ser <Tyr <Glu <Lys <Cys.

Tabelle 3 Table 3

Untersuchungen zur Reaktivität von Itaconsäureanhydrida Investigations on the reactivity of itaconic anhydrida

Zur Stabilität der o.g. Bindungen ist festzuhalten, daß beispielsweise primäre Aminogruppen mit Itaconsäureanhydrid zu Amidbindungen führen, die von pH 1-12 und bei Temperaturen bis zu 70°C stabil sind (R. Kölle, 1995, Dissertation, TU Braunschweig, Deutschland, 53-59).On the stability of the above It should be noted that, for example, primary amino groups with itaconic anhydride lead to amide linkages ranging from pH 1-12 and at temperatures are stable up to 70 ° C (R. Kölle, 1995, dissertation, TU Braunschweig, Germany, 53-59).

Beispiel 3Example 3 Herstellung eines fixierten, Imprint-PolypeptidsPreparation of a fixed, imprint polypeptide

30 mg des mit Itaconsäureanhydrid derivatisierten α-Chymotrypsins aus Beispiel 1 (Ausmaß der Modifizierung = 70%) werden in 1 ml 0,01 M Natrium-Phosphat-Puffer pH 7,8 gelöst. Der Puffer enthält N-Ac-(D)-Trp in einer Konzentration von 0,02 M. Die Lösung wird auf 0°C ge­ kühlt und mit 4 ml 1-Propanol, das auf -20°C gekühlt wurde, versetzt. Das resultierende Präzipitat wird zentrifugiert, mit 10 ml 1-Propanol gewaschen und schließlich lyophilisiert. In 0,5 ml Cyclohexan werden 340 mg Ethylenglykoldimethacrylat und 4 mg 2,2′-Azo-bis-(2- methylpropionsäurenitril) gelöst. Darin werden 5 mg Lyophilisat suspendiert. Die Copolymerisation wird mittels UV-Licht initiiert. Die Copolymerisationsdauer beträgt 4 Stunden. Das kovalent vernetzte und imprintete α-Chymotrypsin (vernetztes, Imprint- Polypeptid; VIP) wird mit Cyclohexan gewaschen und lyophilisiert (siehe Fig. 3).30 mg of the α-chymotrypsin derivatized with itaconic anhydride from Example 1 (extent of modification = 70%) are dissolved in 1 ml of 0.01 M sodium phosphate buffer pH 7.8. The buffer contains N-Ac- (D) -Trp in a concentration of 0.02 M. The solution is cooled to 0 ° C and mixed with 4 ml of 1-propanol, which has been cooled to -20 ° C. The resulting precipitate is centrifuged, washed with 10 ml of 1-propanol and finally lyophilized. 340 mg of ethylene glycol dimethacrylate and 4 mg of 2,2'-azo-bis- (2-methylpropiononitrile) are dissolved in 0.5 ml of cyclohexane. 5 mg of lyophilisate are suspended in it. The copolymerization is initiated by means of UV light. The copolymerization period is 4 hours. The covalently cross-linked and imprinted α-chymotrypsin (cross-linked, imprint polypeptide; VIP) is washed with cyclohexane and lyophilized (see FIG. 3).

Zur Überprüfung, ob das derivatisierte, imprintete (ISA/impr Chy) bzw. das vernetzte, imprintete Chymotrypsin (VIP) die imprintete Eigenschaft im organischen Lösungsmittelsystem gleich dem nativen, imprinteten Chymotrypsin (na/impr Chy) besaß, wurden alle drei Imprint-Polypeptide zur Synthese von N-Ac-(D)-TrpEE in Cyclohexan getestet (Fig. 5; Analytik mit HPLC, siehe Ståhl et al. 1991). Es wurde ersichtlich, daß das ISA/impr Chy und VIP in den ersten 100 h bessere Aktivitäten hatten, als das na/impr Chy. Die kinetischen Effekte nach 100h Umsetzung sind auf den Einfluß des freiwerdenden Wassers bei der enzymatischen Kondensationsreaktion im organischen Lösungsmittel zurückzuführen.To check whether the derivatized, imprinted (ISA / impr Chy) or the cross-linked, imprinted chymotrypsin (VIP) had the imprinted property in the organic solvent system equal to the native, imprinted chymotrypsin (na / impr Chy), all three imprint polypeptides were used for the synthesis of N-Ac- (D) -TrpEE tested in cyclohexane ( Fig. 5; analysis with HPLC, see Ståhl et al. 1991). It became apparent that the ISA / impr Chy and VIP had better activities than the na / impr Chy in the first 100 hours. The kinetic effects after 100 hours of reaction are due to the influence of the water released in the enzymatic condensation reaction in the organic solvent.

Beispiel 4Example 4 Einsatz des vernetzten Imprint-Polypeptids (VIP) im wäßrigen MediumUse of the cross-linked imprint polypeptide (VIP) in an aqueous medium

Das VIP wird in Phosphat-Puffer (10 mM), pH 7,8 suspendiert und bei 27°C ca. 10 min in einem Thermoschüttler vorinkubiert. Die Reaktion wird durch Zugabe des Substrates, dem N-Acetyl-(D)-tryptophanethylester (10 mM), gestartet. Das VIP zeigte eine spezifische (D)- Esterhydrolyse-Aktivität von 0,04 µmol/(min · g). Das native nicht-geprintete, das nicht­ vernetzte imprintete und das nicht-imprintete vernetzte α-Chymotrypsin besaßen keinerlei (D)-Esterhydrolyse-Aktivität.The VIP is suspended in phosphate buffer (10 mM), pH 7.8 and at approx. 10 min at 27 ° C pre-incubated in a thermal shaker. The reaction is carried out by adding the substrate, the N-Acetyl- (D) -tryptophanethylester (10 mM) started. The VIP showed a specific (D) - Ester hydrolysis activity of 0.04 µmol / (min · g). The native non-printed, not that cross-linked imprinted and the non-imprinted cross-linked α-chymotrypsin had none (D) Ester hydrolysis activity.

Beispiel 5Example 5 Einsatz des vernetzten Imprint-Polypeptids (VIP) im organischen Lösungsmittel nach Vorinkubation (1h) im wäßrigen LösungsmittelsystemUse of the cross-linked imprint polypeptide (VIP) in the organic solvent Pre-incubation (1h) in an aqueous solvent system

A. Das VIP wurde für 1h in einem Phosphat-Puffer (10 mM), pH 7,8, bei 25°C inkubiert. Nach Lyophilisation des Ansatzes wurde das VIP in Cyclohexan suspendiert. Nach Zugabe von N-Ac-(D)-Trp (10 mM) und 20% (v/v) Ethanol wurde die N-Acetyl-(D)-tryptophanethylester -Synthese bei 25°C im Thermoschüttler gestartet. Das VIP zeigte eine spezifische (D)-Esterhydrolyse-Aktivität von 0,02 µmol/(min · g). Die imprintete Eigenschaft ging somit nicht im wäßrigen Lösungsmittelsystem verloren.A. The VIP was incubated for 1 h in a phosphate buffer (10 mM), pH 7.8, at 25 ° C. After the batch had been lyophilized, the VIP was suspended in cyclohexane. After adding N-Ac- (D) -Trp (10 mM) and 20% (v / v) ethanol became the N-Acetyl- (D) -tryptophanethylester -Synthesis started at 25 ° C in a thermal shaker. The VIP showed a specific one (D) -Ester hydrolysis activity of 0.02 µmol / (min · g). The imprinted property did not work lost in the aqueous solvent system.

B. Wie in Beispiel 5A. beschrieben, jedoch unter Verwendung von N-Ac-(D)-Tyrosin anstellen von N-Ac-(D)-Trp.B. As in Example 5A. described, but using N-Ac- (D) -tyrosine instead of N-Ac- (D) -Trp.

C. Wie in Beispiel 5A. beschrieben, jedoch unter Verwendung von N-Ac-(D)-Phenylalanin anstelle von N-Ac-(D)-Trp.C. As in Example 5A. described, but using N-Ac- (D) -phenylalanine instead of N-Ac- (D) -Trp.

Beispiel 6Example 6 Herstellung eines fixierten, Imprint-Polypeptids zur selektiven AdsorptionProduction of a fixed, imprint polypeptide for selective adsorption

50 mg Rinderserumalbumin werden in 10 ml 0,05 M Kalium-Phosphat-Puffer pH 5,5 gelöst. Bei Raumtemperatur wird anschließend unter Rühren spatelspitzenweise Itaconsäureanhydrid hinzugefügt. Die bei jeder Zugabe des Anhydrids auftretende Erniedrigung des pH Wertes der Reaktionslösung wird durch Zugabe von 5 M NaOH korrigiert. Nach Beendigung der Zugabe des Anhydrids wird noch 1 Stunde gerührt und der pH Wert nochmals korrigiert. Die erhaltene Reaktionslösung wird zur Abtrennung der niedermolekularen Komponenten mit Hilfe von PD 10 Gelfiltrationssäulen (Pharmacia) in 0,05 M Kalium-Phosphat-Puffer pH 5,5 umgepuffert und schließlich lyophilisiert.50 mg bovine serum albumin are dissolved in 10 ml 0.05 M potassium phosphate buffer pH 5.5. Itaconic anhydride is then added at room temperature with stirring added. The decrease in the pH value of the anhydride that occurs with each addition The reaction solution is corrected by adding 5 M NaOH. After the addition is complete of the anhydride is stirred for a further 1 hour and the pH is corrected again. The received Reaction solution is used to separate the low-molecular components using PD  10 gel filtration columns (Pharmacia) buffered in 0.05 M potassium phosphate buffer pH 5.5 and finally lyophilized.

Das Ausmaß der Modifizierung der funktionellen Gruppen wird mit 2,4,6-Trinitrobenzolsulfonsäure (TNBS Assay) bestimmt.The extent of the modification of the functional groups is included 2,4,6-trinitrobenzenesulfonic acid (TNBS assay).

30 mg des mit Itaconsäureanhydrid derivatisierten Rinderserumalbumins (Ausmaß der Modifizierung = 85%) werden in 4 ml H₂O dest. gelöst. Die wäßrige Lösung enthält L-Äpfelsäure in einer Konzentration von 0,5 M. Die Lösung wird bei pH 5,5 auf 0°C gekühlt und mit 4 ml 1-Propanol, das auf -20°C gekühlt wurde, versetzt. Das resultierende Präzipitat wird zentrifugiert, mit 10 ml 1-Propanol gewaschen und schließlich lyophilisiert.30 mg of bovine serum albumin derivatized with itaconic anhydride (extent of Modification = 85%) are distilled in 4 ml of H₂O. solved. The aqueous solution contains L-malic acid in a concentration of 0.5 M. The solution is cooled at pH 5.5 to 0 ° C and 4 ml of 1-propanol, which was cooled to -20 ° C., were added. The resulting precipitate will centrifuged, washed with 10 ml of 1-propanol and finally lyophilized.

In 0,5 ml Cyclohexan werden 340 mg Ethylenglykoldimethacrylat mit 4 mg 2,2′-Azo-bis-(2- methlypropionsäurenitril) gelöst. Darin werden 10 mg Lyophilisat suspendiert. Die Copolymerisation wird mittels UV-Licht initiiert. Die Copolymerisationsdauer beträgt 4 Stunden. Das kovalent vernetzte und imprintete Rinderserumalbumin wird mit Cyclohexan gewaschen und lyophilisiert.340 mg of ethylene glycol dimethacrylate with 4 mg of 2,2′-azo-bis- (2- methlypropiononitrile) dissolved. 10 mg of lyophilisate are suspended in it. The Copolymerization is initiated using UV light. The copolymerization time is 4 Hours. The covalently cross-linked and imprinted bovine serum albumin is made with cyclohexane washed and lyophilized.

Wie bei Dabulis und Klibanov, Biotechnol. Bioeng. 39 (1991), 176-185, beschrieben, wurde das Ausmaß der Bindungsaffinität des imprinteten Rinderserumalbumins zu L-Äpfelsäure untersucht. Dabei zeigte sich, daß sowohl das imprintete als auch das vernetzte, imprintete Rinderserumalbumin in Ethylacetat Bindungsaffinität zu L-Äpfelsäure aufwiesen. Im wäßrigen Medium war lediglich das vernetzte, imprintete Rinderserumalbumin in der Lage, L-Äpfelsäure selektiv zu adsorbieren.As with Dabulis and Klibanov, Biotechnol. Bioeng. 39: 176-185 (1991) the extent of the binding affinity of the imprinted bovine serum albumin to L-malic acid examined. It was shown that both the imprinted and the networked, imprinted Bovine serum albumin in ethyl acetate had binding affinity for L-malic acid. In watery The medium was only the cross-linked, imprinted bovine serum albumin capable of L-malic acid to selectively adsorb.

Beispiel 7Example 7 Herstellung eines nativen, fixierten PolypeptidsPreparation of a native, fixed polypeptide

In 29 ml 0,05 M Citronensäure-Phosphat-Puffer pH 6,0 werden 50 mg der zu 98% derivatisierten β-Glucosidase (siehe Tab. 2) und 250 mg N,N′-Methylenbisacrylamid gelöst. Die Copolymerisation wird durch Zugabe von 0,5 ml einer Ammoniumperoxodisulfatlösung (5% w/v) und 0,5 ml einer 3-Dimethylaminopropionitrillösung (5% v/v) gestartet. Nach einer Reaktionszeit von 5 Stunden wird das Copolymerisat in einem Faltenfilter zunächst mit 0,5 Liter 0,5 M NaCl Lösung und dann mit 2 Liter H₂O dest. bis zur Salzfreiheit gewaschen. Das Copolymerisat wird in 0,05 M Citronensäure-Phosphat-Puffer pH 6,0 aufgenommen und anschließend lyophilisiert.In 29 ml of 0.05 M citric acid-phosphate buffer pH 6.0, 50 mg of 98% derivatized β-glucosidase (see Table 2) and 250 mg of N, N'-methylenebisacrylamide dissolved. The copolymerization is carried out by adding 0.5 ml of an ammonium peroxodisulfate solution (5% w / v) and 0.5 ml of a 3-dimethylaminopropionitrile solution (5% v / v) started. After a Response time of 5 hours, the copolymer is initially in a pleated filter with 0.5 Liter of 0.5 M NaCl solution and then with 2 liters of H₂O dest. washed until salt-free. The Copolymer is taken up in 0.05 M citric acid-phosphate buffer pH 6.0 and then lyophilized.

Die enorme Stabilisierung des vernetzten Polypeptids gegenüber dem nativen, nicht-vernetzten ist aus Tab. 4 ersichtlich, in der die Halbwertszeiten des Polypeptids bei verschiedenen Temperaturen angegeben sind. The enormous stabilization of the cross-linked polypeptide against the native, non-cross-linked is shown in Table 4 , in which the half-lives of the polypeptide are given at different temperatures.

Tabelle 4 Table 4

Halbwertszeiten der katalytisch aktiven Konformation der freien und vernetzten β-Glucosidase Half-lives of the catalytically active conformation of the free and cross-linked β-glucosidase

Literaturliterature

Dabulis, K. and Klibanow, A. (1992). Biotechnol. Bioeng. 39, 176-185.
Fritz, H., Neudecker, M., Schult, H. and Werle, E. (1966). Angew.Chem. 78, 775.
Goldstein, L. (1970). Methods Enzymol. 19, 935-962.
Habeeb, A. F. S. A. (1966). Anal. Biochem. 14, 328-336.
Kölle, R. (1995) Dissertation, TU Braunschweig, Deutschland, 53-59.
Mosbach, K. and Ramström, O. (1996). Bio/Technology 14, 163-170.
Russell, A. J. and Klibanow, A. M. (1988). J Biol. Chem. 263, 11624-11626.
Ståhl, M., Jeppson-Wistrand, U., Mãnsson, M.-O. and Mosbach, K. (1991). J. Am. Chem. Soc. 113, 9366-9368.
Ståhl, M., Månsson, M.-O. and Mosbach, K. (1990). Biotechnol. Lett. 12, 161-166.
Dabulis, K. and Klibanow, A. (1992). Biotechnol. Bioeng. 39, 176-185.
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Ståhl, M., Månsson, M.-O. and Mosbach, K. (1990). Biotechnol. Lett. 12, 161-166.

Claims (19)

1. Verfahren zur Herstellung von in ihrer Konformation fixierten und stabilisierten, kovalent vernetzten Imprint-Polypeptiden, die sowohl in wäßrigen als auch in organischen Lösungsmittelsystemen stabil sind, umfassend die folgenden Schritte:
  • (A) kovalente Einführung von polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen in ein Polypeptid;
  • (B) Imprinting des in Schritt (A) erhaltenen Polypeptids mit einem Printmolekül in einem wäßrigen Medium;
  • (C) Präzipitation des in Schritt (B) erhaltenen Polypeptid/Printmolekül-Gemisches durch Zugabe eines zur Präzipitation geeigneten Additivs und/oder Gefriertrocken des in Schritt (B) erhaltenen Polypeptid/Print­ molekül-Gemisches; und
  • (D) Copolymerisation des in Schritt (C) erhaltenen Imprint-Polypeptids in einem organischen Lösungsmittel mit einem Crosslinker, der mit den polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen copolymerisierbar ist.
1. A process for the preparation of covalently cross-linked imprint polypeptides which are fixed and stabilized in their conformation and which are stable in both aqueous and organic solvent systems, comprising the following steps:
  • (A) covalently introducing polymerizable groups containing unsaturated bonds into a polypeptide;
  • (B) imprinting the polypeptide obtained in step (A) with a print molecule in an aqueous medium;
  • (C) precipitation of the polypeptide / print molecule mixture obtained in step (B) by adding an additive suitable for precipitation and / or freeze-drying the polypeptide / print molecule mixture obtained in step (B); and
  • (D) copolymerizing the imprint polypeptide obtained in step (C) in an organic solvent with a crosslinker which is copolymerizable with the polymerizable groups containing unsaturated bonds.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (B) vor Schritt (A) durchgeführt wird.2. The method according to claim 1, characterized in that step (B) before step (A) is carried out. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (A) und (B) gleichzeitig durchgeführt werden.3. The method according to claim 1, characterized in that steps (A) and (B) be carried out simultaneously. 4. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Polypeptid mit OH-, und/oder NH₂-, und/oder SH-Gruppen verwendet wird, die teilweise oder komplett mit den polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Verbindungen unter Ausbildung von kovalenten Bindungen derivatisiert werden.4. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a Polypeptide with OH, and / or NH₂, and / or SH groups is used, the partially or completely with the polymerizable, containing unsaturated bonds Compounds are derivatized to form covalent bonds. 5. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein natives Protein, insbesondere ein Enzym, als Polypeptid verwendet wird.5. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that a native protein, especially an enzyme, is used as the polypeptide. 6. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt (A) verwendeten ungesättigte Bindungen enthaltenden Verbindungen oder deren Gemische ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus reaktiven Analoga bzw. Derivaten der allgemeinen Formel (I) wobei die Reste R₁, R₂, R₃ und R₄ unabhängig voneinander Wasserstoffatome, Carboxylreste, cyclische oder lineare, substituierte oder unsubstituierte, gesättigte oder ungesättigte Alkylreste, Alkoxyreste oder Carboxyalkylreste mit vorzugsweise bis zu 10, bevorzugter bis zu 6, insbesondere 1 oder 2 Kohlenstoffatomen oder substituierte oder unsubstituierte Arylreste oder Carboxyarylreste sind, mit der Maßgabe, daß mindestens einer der Reste R₁, R₂, R₃ und R₄ unabhängig voneinander ein Carboxyl-, Carboxyalkylrest oder Carboxyarylrest ist.6. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the compounds containing unsaturated bonds used in step (A) or mixtures thereof are selected from the group consisting of reactive analogs or derivatives of the general formula (I) wherein the radicals R₁, R₂, R₃ and R₄ independently of one another hydrogen atoms, carboxyl radicals, cyclic or linear, substituted or unsubstituted, saturated or unsaturated alkyl radicals, alkoxy radicals or carboxyalkyl radicals with preferably up to 10, more preferably up to 6, in particular 1 or 2, carbon atoms or substituted or are unsubstituted aryl radicals or carboxyaryl radicals, with the proviso that at least one of the radicals R₁, R₂, R₃ and R₄ is independently a carboxyl, carboxyalkyl radical or carboxyaryl radical. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die in Schritt (A) verwendeten ungesättigte Bindungen enthaltenden Verbindungen ausgewählt sind aus der Gruppe bestehend aus Itacon-, Malein-, Citracon-, Croton-, Methacryl-, Acrylsäure sowie deren Anhydriden und Säurehalogeniden.7. The method according to claim 6, characterized in that the used in step (A) compounds containing unsaturated bonds are selected from the group consisting of itaconic, maleic, citracon, croton, methacrylic, acrylic acid and their Anhydrides and acid halides. 8. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß in Schritt (A) zusätzlich Polyole und/oder Salze zugegeben werden.8. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that in Step (A) additionally polyols and / or salts are added. 9. Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche dadurch gekennzeichnet, daß der zur Copolymerisation in Schritt (D) verwendete Crosslinker ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Analoga bzw. Derivaten der allgemeinen Formel (II) H₂C=C(R₁)-(R₂)n-C(R₃)=CH₂ (II)wobei die Reste R₁ und R₃ unabhängig voneinander Wasserstoffatome, cyclische oder lineare, ungesättigte oder gesättigte, substituierte oder unsubstituierte Alkyl-, Carboxyl -, Carboxyalkyl- oder Alkyletherreste mit vorzugsweise bis zu 10, insbesondere 1 oder 2 Kohlenstoffatomen oder substituierte oder unsubstituierte Arylreste sind und der Rest R₂ ein cyclischer oder linearer, gesättigter oder ungesättigter, substituierter oder unsubstituierter Alkyl- oder Alkyletherrest mit vorzugsweise bis zu 10, insbesondere 1 oder 2 Kohlenstoffatomen oder ein Arylrest ist und n einen Wert von vorzugsweise bis zu 10 und insbesondere 1 oder 2 hat.9. The method according to any one of the preceding claims, characterized in that the crosslinker used for the copolymerization in step (D) is selected from the group consisting of analogs or derivatives of the general formula (II) H₂C = C (R₁) - (R₂) n -C (R₃) = CH₂ (II) where the radicals R₁ and R₃ independently of one another are hydrogen atoms, cyclic or linear, unsaturated or saturated, substituted or unsubstituted alkyl, carboxyl, carboxyalkyl or alkyl ether radicals, preferably with up to 10, in particular 1 or 2 carbon atoms or substituted or unsubstituted aryl radicals and the radical R₂ is a cyclic or linear, saturated or unsaturated, substituted or unsubstituted alkyl or alkyl ether radical with preferably up to 10, in particular 1 or 2 carbon atoms or an aryl radical and n has a value of preferably up to to 10 and especially 1 or 2. 10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Copolymerisation in Schritt (D) verwendete Crosslinker ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Divinylalkyl- und Divinylarylverbindungen. 10. The method according to claim 9, characterized in that the copolymerization in Step (D) used crosslinker is selected from the group consisting of Divinylalkyl and divinylaryl compounds.   11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Copolymerisation in Schritt (D) verwendete Crosslinker ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Analoga bzw. Derivaten der allgemeinen Formel (III) wobei die Reste R₁, R₂ und R₃ und n die in Anspruch 9 für die allgemeine Formel (II) genannte Bedeutung haben und der Rest X ein Sauerstoffatom oder die Gruppe -NH ist.11. The method according to claim 1 to 8, characterized in that the crosslinker used for the copolymerization in step (D) is selected from the group consisting of analogs or derivatives of the general formula (III) wherein the radicals R₁, R₂ and R₃ and n have the meaning given in claim 9 for the general formula (II) and the radical X is an oxygen atom or the group -NH. 12. Verfahren nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, daß der zur Copolymerisation in Schritt (D) verwendete Crosslinker ausgewählt ist aus der Gruppe bestehend aus Ethylenglykoldimethacrylat, N,N′-Methylen-bis-acrylamid, Diitaconsäurealkylamiden und Diitaconsäurearylamiden.12. The method according to claim 11, characterized in that the copolymerization in Step (D) used crosslinker is selected from the group consisting of Ethylene glycol dimethacrylate, N, N'-methylene-bis-acrylamide, diitaconic acid alkyl amides and diitaconic acid arylamides. 13. Verfahren zu Herstellung eines in seiner Konformation fixierten und stabilisierten, kovalent vernetzten Imprint-Polypeptids, das sowohl in wäßrigen als auch in organischen Lösungsmittelsystemen stabil ist, umfassend die folgenden Schritte:
  • (A) kovalente Einführung von polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen in ein Polypeptid in einem wäßrigen Medium;
  • (B) Imprinting des in Schritt (A) erhaltenen Polypeptids mit einem Printmolekül in einem wäßrigen Medium; und
  • (C) Copolymerisation des in Schritt (B) erhaltenen Polypeptids in einem wäßrigen Medium mit einem Crosslinker, der mit den polymerisierbaren, ungesättigte Bindungen enthaltenden Gruppen copolymerisierbar ist.
13. A method for producing a covalently cross-linked imprint polypeptide which is fixed and stabilized in its conformation and which is stable in both aqueous and organic solvent systems, comprising the following steps:
  • (A) covalently introducing polymerizable groups containing unsaturated bonds into a polypeptide in an aqueous medium;
  • (B) imprinting the polypeptide obtained in step (A) with a print molecule in an aqueous medium; and
  • (C) copolymerization of the polypeptide obtained in step (B) in an aqueous medium with a crosslinker which is copolymerizable with the polymerizable groups containing unsaturated bonds.
14. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß Schritt (B) vor Schritt (A) durchgeführt wird.14. The method according to claim 13, characterized in that step (B) before step (A) is carried out. 15. Verfahren nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Schritte (A) und (B) gleichzeitig durchgeführt werden.15. The method according to claim 13, characterized in that steps (A) and (B) be carried out simultaneously. 16. In seiner Konformation fixiertes und stabilisiertes, kovalent vernetztes Imprint-Polypeptid, das sowohl in wäßrigen als auch in organischen Lösungsmittelsystemen stabil ist, erhältlich durch ein Verfahren nach einem der vorstehenden Ansprüche.16. Fixed and stabilized in its conformation, covalently networked Imprint polypeptide that is stable in both aqueous and organic solvent systems is obtainable by a method according to any one of the preceding claims. 17. Verwendung eines Polypeptids nach Anspruch 16 in katalytischen, chromatographischen und/oder analytischen Verfahren, die in wäßrigen oder organischen Lösungsmittelsystemen durchgeführt werden. 17. Use of a polypeptide according to claim 16 in catalytic, chromatographic and / or analytical methods in aqueous or organic Solvent systems are carried out.   18. Verwendung eines Polypeptids nach Anspruch 16 zur katalytischen Synthese, Chromatographie und Analytik von chiralen Verbindungen.18. Use of a polypeptide according to claim 16 for catalytic synthesis, Chromatography and analysis of chiral compounds. 19. Verwendung eines Polypeptids nach Anspruch 16 in der Biosensortechnik zur spezifischen Erkennung von Molekülen.19. Use of a polypeptide according to claim 16 in biosensor technology for specific recognition of molecules.
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