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
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24655160
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| Research Institution | Keio University |
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Principal Investigator |
宮本 憲二 慶應義塾大学, 理工学部, 准教授 (60360111)
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| 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)
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| Project Period (FY) |
2012-04-01 – 2015-03-31
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| Keywords | 熱駆動型反応 / エステラーゼ / 好熱性酵素 |
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| 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。
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