Creation of enzymes producing primary alcohols with high selectivity from alkanes

2021 Fiscal Year Annual Research Report

• 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 – 2022-03-31
• 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した。これまで直鎖オクタンから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）をそれぞれロイシン、トリプトファンに置換することで、1-オクタノールへの選択性が21％まで増大することを明らかにした。さらにドッキングシミュレーションによって選択性を高める可能性が高い二カ所のアミノ酸側鎖を見出した。
そこで2021年度は、シミュレーションによって予測した二カ所のアミノ酸側鎖をロイシン、トリプトファンに置換した酵素を調製し、直鎖オクタン酸化反応を行った。その結果、ロイシン置換酵素の1-オクタノール選択率は51%に達した。すなわち、これまでより高い1-オクタノール選択性を示す酵素を得ることに成功した。同様に、第一級アルコールへの選択性を示さない直鎖ヘキサン酸化反応におけるアミノ酸側鎖置換の影響を調べたところ、1-ヘキサノール選択率18%に達した。すなわち、第一級アルコールへの選択性のない酵素に選択性を付与することも可能であることを明らかにした。
一方、これらアミノ酸側鎖置換型酵素の反応速度向上をめざして、パーフルオロアルカン酸共存下での反応を行った。その結果、第一級アルコールへの選択性を変えることなく、反応速度を最大２倍まで高められることを明らかにした。