2017 Fiscal Year Research-status Report

アルカンから第一級アルコールを高選択的に生成する酵素触媒の創生

Research Project

Project/Area Number	17K06913
Research Institution	Tokyo Institute of Technology
Principal Investigator	宮地輝光東京工業大学, 物質理工学院, 助教 (40452023)
Project Period (FY)	2017-04-01 – 2020-03-31
Keywords	資源有効利用 / 酵素 / 反応場設計
Outline of Annual Research Achievements	本研究では、常温常圧での直鎖アルカン酸化反応において炭素鎖末端へ位置選択的にヒドロキシル基を導入することで、選択的に第一級アルコールを合成する酵素触媒の創製をめざす。平成２９年度は、炭素数５～８の直鎖アルカン（ペンタン、ヘキサン、ヘプタン、オクタン）から第一級アルコールを合成することを目的とした。そのため、複数の芳香族アミノ酸側鎖を触媒部位近傍に導入したシトクロムP450BM-3を調製し、炭素数５～８の直鎖アルカン酸化反応を行い、アルコール生成速度およびアルコール位置異性体への選択性を調べた。触媒近傍二箇所のアミノ酸側鎖アラニン（アラニン328、アラニン82）をトリプトファンやフェニルアラニンに置換した酵素を合成し、活性を保持した状態で精製することに成功した。シトクロムP450BM-3およびアミノ酸側鎖置換した酵素を用いて炭素数５～８のアルカン酸化反応を行った結果、炭素数５～８の直鎖アルカン酸化反応において、シトクロムP450BM-3のアルコール位置異性体への選択性と比べて、アミノ酸側鎖置換した酵素ではその選択性が多様に変化した。すなわち、標的とした2箇所のアミノ酸側鎖（アラニン328、アラニン82）は、アルコール位置異性体への選択性に強く影響を及ぼすことがわかった。また、アラニン328とアラニン82の両側鎖をトリプトファンに置換した酵素では、直鎖オクタン酸化反応において目的とする第一級アルコールである1-オクタノールが選択率２１％で得られることが明らかになった。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 2: Research has progressed on the whole more than it was originally planned. Reason 酵素の合成系の構築と酵素精製の最適条件の検討に時間を要したため、目標とした数の酵素反応を実施できなかったものの、直鎖オクタン酸化反応において第一級アルコールを生成する酵素が得られており、概ね順調に研究が進んでいる。
Strategy for Future Research Activity	平成29年度において目的とする第一級アルコールである1-オクタノールを直鎖オクタンから生成する酵素が得られている。本年度は、この酵素の触媒活性点近傍の構造を計算科学的にシミュレートし、1-オクタノールが生成する機構について推測することで、直鎖オクタン以外のアルカン酸化反応において第一級アルコールが生成する酵素に必要となるアミノ酸側鎖置換部位を明らかにすることで、研究を推進する。
Causes of Carryover	酵素調製、特に酵素精製の最適条件の検討に時間を要したため、目標とした数の酵素反応を実施できなかった。平成29年度において最適条件を見出すことができたため、今年度以降は酵素調製を推進することができる。この酵素調製に必要となる試薬・器具の購入に未使用額を充てることとする。