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2014 Fiscal Year Annual Research Report

超好熱性酵素の活性部位を利用した熱駆動型反応の実現

Research Project

Project/Area Number 24655160
Research InstitutionKeio University

Principal Investigator

宮本 憲二  慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (60360111)

Co-Investigator(Kenkyū-buntansha) 吉田 昭介  京都大学, 工学(系)研究科(研究院), 研究員 (80610766)
Project Period (FY) 2012-04-01 – 2015-03-31
Keywords熱駆動型反応 / エステラーゼ / 好熱性酵素
Outline of Annual Research Achievements

本申請では、超好熱性酵素の活性部位を「熱に強い不斉な空間」ととらえる。そして、本来その酵素の基質ではないが、活性部位に結合する様な化合物をデザインし、不斉空間を反応場として様々な熱駆動型反応を実現することを目的としている。
我々は既に、アリールメチルマロン酸ジエチルに高温条件で好熱性エステラーゼを作用させることにより、自発的脱炭酸反応を経由して、アリールプロピオン酸を生成する不斉ドミノ型反応を達成している。このドミノ型反応は、最初にマロン酸ジエステルの立体選択的加水分解反応が起こり、ハーフエステルが生成する。次いで、活性部位内でハーフエステルの熱駆動型脱炭酸酸反応が起こる。最後に生成したエステルがエステラーゼにより加水分解されて光学活性なカルボン酸が生成する。そこで、加水分解活性の消失したエステラーゼを作成し、高温条件下でハーフエステルに作用させると酵素の活性部位内で脱炭酸反応だけを行わせることができるのではないかと考えた。
最初に加水分解活性の消失したエステラーゼを作成するために、活性残基であるセリン、ヒスチジン、アスパラギン酸をアラニンに置換した変異体を作成した。これらの変異体は目的通りエステルの加水分解活性はほぼ消失していた。そこで、これら変異体を70度でハーフエステルに作用させたところ、目的とする脱炭酸生成物であるエステルだけが定量的な収率で得られた。しかし、生成物はほぼラセミ体であった。そこで、セリンを加水分解活性は消失するがプロトン供与能の高いシステインへ置換した変異体をデザインした。そして、熱駆動型反応を行ったところ、目的とするエステルが得られ、その光学純度も90%以上と高いものであった。更に、この変異体を用いてアリールマロン酸に作用させたところ、不斉脱炭酸反応が起こることを確認した。この様に当初目的としていた熱駆動型反応を達成することができた。

  • Research Products

    (2 results)

All 2015

All Presentation (2 results) (of which Invited: 1 results)

  • [Presentation] 加水分解活性の消失した好熱性エステラーゼを用いた熱駆動型反応の実現2015

    • Author(s)
      五十嵐康輔、吉田昭介、川上了史、宮本 憲二
    • Organizer
      日本化学会 第95春季年会 (2015)
    • Place of Presentation
      日本大学 理工学部船橋キャンパス/薬学部(千葉県・船橋市)
    • Year and Date
      2015-03-26 – 2015-03-30
  • [Presentation] 酵素機能を合理的にデザインする2015

    • Author(s)
      宮本憲二
    • Organizer
      公益社団法人 新化学技術推進協会ライフサイエンス技術部会・反応分科会 講演会
    • Place of Presentation
      公益社団法人 新化学技術推進協会 会議室(東京都・千代田区)
    • Year and Date
      2015-01-21
    • Invited

URL: 

Published: 2016-06-01  

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