2019 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 – 2021-03-31
Keywords	アルカン資源有効利用 / 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３０年度において調製した直鎖オクタンから1-オクタノールを選択的に得られる酵素について、２か所のアミノ酸側鎖（アラニン328、アラニン82への置換）をトリプトファンに置換することでさらに選択性が増大し、２１％の選択性で1-オクタノールが得られることを明らかにした。このアミノ酸側鎖置換影響をさらに調べるため、令和元年度は２か所のアミノ酸側鎖に種々のアミノ酸側鎖を導入し、それら置換が1-オクタノールへの選択性に及ぼす影響を調べた。その結果、1-オクタノールへの選択性は導入するアミノ酸側鎖の分子体積に依存することがわかった。この依存性から、1-オクタノールヘの選択性が最も高いのは分子体積のもっとも大きなトリプトファンを導入した場合であることがわかった。このことは、さらに1-オクタノールへの選択性を増大させるためには、アラニン328、アラニン82以外のアミノ酸側鎖への置換が必要であることを示唆している。そこで、in silicoでアミノ酸側鎖を置換した酵素モデルを用いてAutodockによるドッキングシミュレーションを行った。その結果、1-オクタノールへの選択性を高める可能性がある２か所のアミノ酸側鎖を見出した。一方、直鎖オクタンより炭素数の小さい直鎖アルカンの酸化反応における生成物選択性を明らかにするため、直鎖ヘキサン酸化反応を行った。その結果、直鎖オクタン酸化反応の場合とは異なり、直鎖ヘキサン酸化反応では2-ヘキサノールへの選択性が高くなることがわかった。これは、直鎖アルカンの炭素数をオクタンより小さくすることで、さらにアミノ酸側鎖の置換部位とその種類の検討を要することを示唆している。
Current Status of Research Progress	Current Status of Research Progress 3: Progress in research has been slightly delayed. Reason 本研究で使用する酵素試料を保管していた冷凍庫の故障によって、試料の多くを損失した。そのため、予定していた酵素反応の位置・立体選択性の測定の進度が遅れている。一方、酵素とアルカン分子とのドッキングシミュレーションは予定通り進んだ。
Strategy for Future Research Activity	令和元年度においてドッキングシミュレーションによって第一級アルコールである1-オクタノールへの選択性を高めるためのアミノ酸側鎖の部位を明らかにしている。本年度は、これらアミノ酸側鎖を置換した酵素を調製し、直鎖オクタン酸化反応を行うことで、より高い選択性と生成速度で1-オクタノールが生成する酵素を見出す。また、直鎖ヘキサン酸化反応も行い、そのヘキサノール位置・立体異性体への選択性に及ぼす影響も明らかにする。これら研究遂行によって、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研究を推進する。
Causes of Carryover	本研究で使用する酵素試料を保管していた冷凍庫の故障によって、試料の多くを損失した。酵素試料の再調製に時間を費やしたことによって研究遂行に想定以上の時間を要したため、次年度への期間延長を要することとなった。主にドッキングシミュレーションに注力したため、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。