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2016 Fiscal Year Annual Research Report

Development of glycosides synthesis system using a novel enzymatic activation of carbohydrates with enzymes

Research Project

Project/Area Number 26450114
Research InstitutionHokkaido University

Principal Investigator

奥山 正幸  北海道大学, 農学研究院, 講師 (00344490)

Project Period (FY) 2014-04-01 – 2017-03-31
Keywords糖質のフラクトシル化 / 糖転移反応 / グリコシダーゼ / 糖転移酵素
Outline of Annual Research Achievements

元来加水分解酵素であるグリコシダーゼは,糖転移反応と呼ばれる糖合成反応を触媒する.一方,生成された糖質は元来の反応である加水分解反応の基質となるために,収率を維持することが困難な場合がしばしばある.これを克服するために,反応性の高いフッ化糖を供与体として用いられるが,反応の副産物としてフッ素が遊離されるため,環境への付加も高く,実用性が低い.本研究では糖質を反応性の高いβ2→1結合でフラクトシル化し,これを糖転移反応の糖供与体として用いる系の開発を行った.フルクトシル化にはレバンスクラーゼもしくはインベルターゼを用いた.これら酵素を蛋白質工学的に改変することで,結合の種類を希望通りに変換できる変異酵素の作製に成功した.これらを用い各種単糖,オリゴ糖のフルクトシル化に成功した.なかでもこれまでの酵素では合成収率が低いとされてきたフルクトシルマンノースを,新規酵素を用いることで高い収率で合成することに成功した.
これらフラクトシル化糖を基質とした糖転移反応では,α-グルコシダーゼ変異酵素で,重合度の大きいオリゴ糖を合成することに成功した.野生型α-キシロシダーゼに部位特異的に飽和変異を導入することで,野生型酵素が作用しないフルクトシルキシロースに作用する酵素のスクリーニングを行った.
スクロースからUDP-グルコースを合成するスクロースシンターゼを用い,UDP-マンノースの合成に成功した.変異酵素によるGDP-マンノースの合成も行った.また各種糖転移酵素と組み合わせることで,糖転移反応産物の取得またUDPのリサイクルも試みた.
本研究で開発した反応系では天然物であるフルクトースが副産物として生成されるのみであり,本研究成果は環境に負荷の少ない糖質酵素合成系の発展に貢献するものと考える.

  • Research Products

    (8 results)

All 2017 2016

All Journal Article (2 results) (of which Peer Reviewed: 2 results,  Acknowledgement Compliant: 1 results) Presentation (6 results) (of which Int'l Joint Research: 2 results)

  • [Journal Article] Efficient synthesis of α-galactosyl oligosaccharides using a mutant Bacteroides thetaiotaomicron retaining α-galactosidase (BtGH97b).2017

    • Author(s)
      Okuyama M, Matsunaga K, Watanabe KI, Yamashita K, Tagami T, Kikuchi A, Ma M, Klahan P, Mori H, Yao M, Kimura A
    • Journal Title

      FEBS J.

      Volume: 284 Pages: 766-783

    • DOI

      10.1111/febs.14018

    • Peer Reviewed / Acknowledgement Compliant
  • [Journal Article] Kinetic properties and substrate inhibition of α-galactosidase from Aspergillus niger2016

    • Author(s)
      Liao J, Okuyama M, Ishihara K, Yamori Y, Iki S, Tagami T, Mori H, Chiba S, Kimura A
    • Journal Title

      Biosci Biotechnol Biochem

      Volume: 80 Pages: 1747-1752

    • DOI

      10.1080/09168451.2015.1136884

    • Peer Reviewed
  • [Presentation] Characterization of thermostable α-glucosidase from Geobacillus caldoxylosilyticus NBRC 107762, which displays remarkable transglucosylation2017

    • Author(s)
      Min MA, Masayuki OKUYAMA, Takayoshi TAGAMI, Atsuo KIMURA
    • Organizer
      日本農芸化学会
    • Place of Presentation
      京都女子大学・京都市・京都
    • Year and Date
      2017-03-17 – 2017-03-20
  • [Presentation] Zymomonas mobilis由来levansucraseとinvertaseの生成物特異性に関与する構造因子の推定2016

    • Author(s)
      芹沢領,奥山正幸,木村淳夫
    • Organizer
      日本農芸化学会北海道支部例会
    • Place of Presentation
      北海道大学・札幌市・北海道
    • Year and Date
      2016-09-23 – 2016-09-23
  • [Presentation] Bacteroides thetaiotaomicron β-L-arabinopyranosidase の立体構造解析2016

    • Author(s)
      菊池麻子,加藤公児,奥山正幸,大嵜翔平,姚閔,木村淳夫
    • Organizer
      日本応用糖質科学会
    • Place of Presentation
      福山大学・福山市・広島
    • Year and Date
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [Presentation] GH97 α-galactosidase求核触媒変異酵素が触媒する糖転移反応の反応機構2016

    • Author(s)
      松永夏奈,奥山正幸,渡辺健一,田上貴祥,山下恵太郎,姚閔,森春英,木村淳夫
    • Organizer
      日本応用糖質科学会
    • Place of Presentation
      福山大学・福山市・広島
    • Year and Date
      2016-09-14 – 2016-09-16
  • [Presentation] Analysis of amino acid residues relating to specificity of endodextranase from Streptococcus mutans2016

    • Author(s)
      Klahan P., Okuyama M., Mori H., Kimura A.
    • Organizer
      International Carbohydrate Symposium
    • Place of Presentation
      New Orleans, LA, USA
    • Year and Date
      2016-07-17 – 2016-07-21
    • Int'l Joint Research
  • [Presentation] Purification and characterization of a-1,3-glucosidase from Aspergillus niger2016

    • Author(s)
      Min Ma, Takayoshi Tagami, Masayuki Okuyama and Atsuo Kimura
    • Organizer
      International Carbohydrate Symposium
    • Place of Presentation
      New Orleans, LA, USA
    • Year and Date
      2016-07-17 – 2016-07-21
    • Int'l Joint Research

URL: 

Published: 2018-01-16  

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