嫌気性超好熱古細菌の高度耐熱性酸化還元酵素の特徴と構造

1994 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 05808055
• Research Institution: Kyoto university of Education
• Principal Investigator: 大島 敏久 京都教育大学, 教育学部, 教授 (10093345)
• Keywords: NADPH脱水素酵素 / 超好熱古細菌 / 高度耐熱性酸化還元酵素 / Pyrobaculum islandicum / グルタミン酸脱水素酵素

Research Abstract

超好熱古細菌は100℃付近の高温で生育できることと、進化面で最も古い生物であることのために、その酵素の特徴と構造の研究は、酵素の耐熱化機構の分子レベルでの解明、バイオリアクターやバイオセンサーへの応用、さらには分子進化の解明等において、新たな可能性を開くものとして期待が大きい。本研究では嫌気性超好熱古細菌を対象として、種々の高度耐熱性酸化還元酵素の検索とその精製、特徴と構造の解明を行うことを主な目的とした。その結果、海洋性超好熱古細菌Pyrococcus furiosusとThermococcus litoralisにNADPH脱水素酵素の高い活性を見いだした。この酵素は90〜100℃でも熱失活せず、極めて高い耐熱性を示すことが判明した。また、両酵素はイオン強度の強弱で解離会合するなど複雑な挙動をとることが分かった。現在、高純度の本酵素標品を得るために精製法を種々検討している。次に、内陸性の超好熱古細菌Pyroba-culum islandicumにグルタミン酸脱水素酵素を見いだし、高度に精製することに成功した。本酵素は既に明らかにしている海洋性の超好熱古細菌P.furiosusやT.litoralisのNADP依存性グルタミン酸脱水素酵素とは異なり、NAD依存性酵素であることが明らかになった。本酵素は100℃でも熱失活せず、NAD依存性の脱水素酵素として耐熱性の最も高い酵素である。酵素活性の最適pHはP.furiososやT.litoralisの酵素に比較して高かった。また、本酵素の分子量、サブユニット構造は他の生物由来のものと比較して、小さいという特徴が認められた。さらに、L-グルタミン酸のほかにL-ノルバリンなども反応性を示し、比較的低い基質特異性を有していることが分かった。今後、本酵素遺伝子の大腸菌でのクローニングと一次構造の解明、タンパク質工学的手法やX線結晶構造解析などの研究を進め、構造と機能の相関を明らかにする予定である。