微生物産生脂肪族ポリエステル及びその分解酵素の結晶・表面構造解析

2000 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 11217216
• Research Institution: The Institute of Physical and Chemical Research
• Principal Investigator: 岩田 忠久 理化学研究所, 高分子化学研究室, 研究員 (30281661)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 久野 玉雄 理化学研究所, 高分子化学研究室, 基礎科学特別研究員 (20312267)
• Keywords: 生分解性 / 脂肪族ポリエステル / 単結晶 / 透過型電子顕微鏡 / 分解酵素 / 酵素精製 / 結晶構造 / 表面構造

Research Abstract

微生物産生脂肪族ポリエステルの代表であるポリ[(R)-3-ヒドロキシブタン酸](P(3HB))と化学合成ポリエステルの一つであるポリプロピオラクトン(PPL)の単結晶を生成し、その結晶構造および表面構造の解析を行うとともに、微生物により分泌された酵素を用いて、結晶の酵素分解挙動を検討した。
P(3HB)の単結晶をPETフィルム上に滴下し、風乾後、PETフィルムを延伸することにより単結晶を物理的に崩壊させると、単結晶の長軸に対し垂直に亀裂が生じた。また、亀裂の間には、単結晶の長軸に沿ってフィブリル状結晶が観察された。一方、単結晶を112度で熱処理を施すと、結晶表面に分子鎖が結晶中から排除されてできたと思われる盛り上がりが、結晶の長軸に対して垂直に観察された。このことより、単結晶中には、分子鎖の折れ曲がり方向に対し垂直に分子鎖充填の弱い領域が存在することが分かった。PHB加水分解酵素により物理的及び熱的処理を施した単結晶の酵素分解を行ったところ、分解の初期段階で上述の領域が顕著に分解された。このことより我々は、酵素の吸着が結晶中の分子鎖の運動性を向上させる何らかの要因を果たし、その結果として運動性の高まった分子鎖が結晶中から露出し、結晶は側面及び分子鎖充填の弱い領域から酵素により分解されると結論付けた。一方、PPLの結晶構造を単結晶と配向結晶化フィルムを用いて検討したところ、PPLの結晶系は斜方晶系、格子定数はa=0.700nm、b=0.490nm、c(fiber axis)=0.493nmであることがわかった。また、コンピュータを用いたエネルギー計算より、もっとも安定な三次元構造を算出した。

Research Products

• [Publications] W.-K,Lee,T.Iwata,H.Abe and Y.Doi: "Studies on the Enzymatic Degradation of Solution-Grown Lamellar Crystals of Poly[(R)-3-hydroxybutyrate] : Defects in Crystals"Macromolecules. 33. 9535-9541 (2000)
• [Publications] 古橋幸子,岩田忠久,土肥義治: "ポリ(β-プロピオラクトン)単結晶の構造"膜(MEMBRANE). 25(6). 302-304 (2000)
• [Publications] W.-K.Lee,T.Iwata,F.-Y.Su,Y.Furuhashi and Y.Doi: "Visualization on recrystallization of solution-grown poly[(R)-3-hydroxybutyrate] lamellar crystals"Macromolecular Rapid Communications. (in press).