2021 Fiscal Year Annual Research Report
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19K06700
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| Research Institution | Hokkaido University |
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Principal Investigator |
田中 歩 北海道大学, 低温科学研究所, 名誉教授 (10197402)
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2019-04-01 – 2022-03-31
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| Keywords | 進化 / クロロフィル |
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| Outline of Annual Research Achievements |
物質、エネルギー代謝は生命活動の中心的な役割を担っている。それらを構成する酵素がどのように誕生し、新しい代謝経路が出現したのかは、生物進化の研究において最も興味深い問いの一つである。そのため、これまでに様々な手法を用いてこれらの課題に取り組まれてきた。酵素は生理的な役割を担う触媒活性以外に、生理的には意味のない触媒活性（promiscuous activity)を併せ持っている。本研究の目的は、このpromiscuousな活性がどのようにして新しい酵素の誕生へとつながったのかを明らかにし、酵素の誕生と進化のモデルを提案することである。
陸上植物のクロロフィルの分解は、中心金属のマグネシウムがマグネシウム脱離酵素により外されることから始まる。クロロフィルの代謝系は、陸上植物の祖先に共生したシアノバクテリア由来のものであると考えられているが、シアノバクテリアはマグネシウム脱離酵素を持たない。データベースを検索したところ、植物のマグネシウム脱離酵素はバクテリア由来であることが示唆された。そこでバクテリアの遺伝子の組み換えタンパク質を作製し、酵素活性を調べた。その結果、植物のマグネシウム脱離酵素はクロロフィルaのみを基質にするのに対して、バクテリアの組み換えタンパク質はクロロフィルaとともにクロロフィルbも代謝できることが示された。この結果は陸上植物がクロロフィルの分解系という新たな代謝系を獲得する過程で、基質特異性を高め代謝系の冗長性を抑制していることを示している。さらに、このタンパク質の結晶構造を決定し、アミノ酸置換体を用いた生化学的な解析と総合することによりその反応機構を提唱した。
本研究の成果は、遺伝子の改変による人工的な代謝系を利用した有用物質の生産などに応用できる可能性がある。
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