2014 Fiscal Year Annual Research Report
好熱菌酵素を低温高活性化するためのガイドラインの構築
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24560966
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| Research Institution | Tokyo University of Pharmacy and Life Science |
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Principal Investigator |
赤沼 哲史 東京薬科大学, 生命科学部, 助教 (10321720)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 酵素工学 / 好熱菌酵素 / 酵素利用 |
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| Outline of Annual Research Achievements |
酵素は優れた特異性、環境への低負荷等、工業利用上の多くの利点があるが、安定性の低さがしばしば問題となる。好熱菌酵素は様々な条件で安定であるが、常温での活性の低さに難点がある。酵素の工業利用を推進するには、高い安定性と常温を含む広い温度域で高い活性を持つ酵素を効率よく設計することが重要な課題である。既に、少ないアミノ酸置換で好熱菌酵素の低温活性を改善した例が報告されていたが、高活性化の分子機構は様々で、低温高活性化のための一般則は確立されていなかった。本研究では、好熱菌脱水素酵素に着目し、補酵素との結合に関与する非極性側鎖の大きさをメチル基一つ大きくする、または小さくすることが、好熱菌脱水素酵素のgeneralな低温高活性化法になるか検討した。
その結果、高度好熱菌Thermus thermophilus由来イソプロピルリンゴ酸脱水素酵素と乳酸脱水素酵素、および超好熱菌Sulfolobus tokodaii由来グルコース脱水素酵素が、補酵素NADまたはNADHのアデニン環との結合に関わる非極性アミノ酸を別の非極性アミノ酸に置換することによって、低温活性が改善した。さらに、低温活性が改善した好熱菌変異型酵素は、野生型酵素と同程度の耐熱性保持することも明らかにした。したがって、当初の目的通り、補酵素のアデニンと結合する非極性アミノ酸の側鎖体積をメチル基一つ分変化させるという、多くの好熱菌由来脱水素酵素に適用できる低温高活性化のためのガイドラインの構築に成功した。
加えて、（１）常温菌由来酵素とのアミノ酸配列の比較をおこなう、（２） 両者でアミノ酸が異なる部位に、常温菌型のアミノ酸置換を導入する、（３）ただし、活性中心から0.8 nm以内にあるアミノ酸部位のみを対象とする、（４）アミノ酸配列および立体構造上で近接する部位のアミノ酸置換は同時に導入する、という好熱菌酵素を低温高活性化するための新たなガイドラインも構築した。
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