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糖質酵素における糖転移能を支配する新しい構造因子の分子解析

研究課題

研究課題/領域番号 12J00871
研究種目

特別研究員奨励費

配分区分補助金
応募区分国内
研究分野 応用生物化学
研究機関北海道大学

研究代表者

小林 桃子  北海道大学, 生命科学院, 特別研究員(DC1)

研究期間 (年度) 2012-04-01 – 2015-03-31
研究課題ステータス 完了 (2014年度)
配分額 *注記
2,700千円 (直接経費: 2,700千円)
2014年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2013年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
2012年度: 900千円 (直接経費: 900千円)
キーワード糖質加水分解酵素 / GH13 / デキストラングルコシダーゼ / 反応中間体 / double displacementメカニズム / イソマルトオリゴ糖 / 鎖長特異性 / 糖転移率 / α-1,6-グルコシド結合 / 糖転移
研究実績の概要

糖質加水分解酵素 (GH)は多糖を分解する機能から様々な分野の産業で幅広く利用されており、産業応用のために機能構造相関解明に基づく酵素機能の自在なコントロールが求められている。本年度は糖質加水分解酵素の中で最大のGHファミリー13に属するデキストラングルコシダーゼ のX線結晶構造解析および機能解析を行い、反応機構の詳細を明らかにすることでGH13全体への知見蓄積を目指した。GH13酵素はdouble displacementメカニズムと呼ばれる触媒機構により加水分解と糖転移反応の両方を触媒する。このメカニズムでは酵素と糖が共有結合した反応中間体を経る。反応中間体の構造解明により反応中の酵素の構造変化の様子を知る事ができ、詳細な反応機構の議論が可能である。
本研究で決定したSmDGの反応中間体構造を既知の基質複合体構造と比較したところ、求核触媒残基Asp、一般酸塩基触媒残基Gln、及び基質結合部位のサブサイト+1/+2を構成するTrpの構造変化が起こることが分かった。基質複合体ではTrpはサブサイト+1と+2を構成するclosed型となっている。この構造と比べ中間体では、AspはGlcと共有結合を形成して配向を変えていた。Aspの配向変化に伴い隣接するGln側鎖が回転し立体障害を避けていた。Glnの配向変化によりTrp側鎖との間に形成されていた水素結合が失われ、Trp側鎖の配向も顕著に変化していた。すなわち基質複合体で活性部位側を向くclosed型のTrp側鎖が、中間体では活性部位の外側を向きopen型を形成していた。アクセプター糖を受け入れる際にTrpはopen型から再びclosed型へ戻るが、このときTrpの配向変化が安定な反応中間体を破壊しその後の反応を促進している可能性が考えられた。このような中間体破壊のメカニズムはGH13で初めて示唆されるものである。

現在までの達成度 (段落)

26年度が最終年度であるため、記入しない。

今後の研究の推進方策

26年度が最終年度であるため、記入しない。

報告書

(3件)
  • 2014 実績報告書
  • 2013 実績報告書
  • 2012 実績報告書
  • 研究成果

    (3件)

すべて 2015 2013

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (1件)

  • [雑誌論文] Structural insights into catalytic reaction that is involved in the reorientation of Trp238 at the substrate-binding site in GH13 dextran glucosidase2015

    • 著者名/発表者名
      Kobayashi M, Saburi W, Nakatsuka D, Hondoh H, Kato K, Okuyama M, Mori H, Kimura A, and Yao M
    • 雑誌名

      FEBS Letters

      巻: 589 号: 4 ページ: 484-489

    • DOI

      10.1016/j.febslet.2015.01.005

    • 関連する報告書
      2014 実績報告書
    • 査読あり / オープンアクセス / 謝辞記載あり
  • [雑誌論文] Repalcement of the catalytic nucleophle aspartyl residue of dextran glucosidase by cysteine sulfinate enhances transglucosylation ratio.2013

    • 著者名/発表者名
      Saburi W, Kobayashi M, Mori H, Okuyama M, Kimura A
    • 雑誌名

      The Journal of Biological Chemistry

      巻: 288 号: 44 ページ: 31670-7

    • DOI

      10.1074/jbc.m113.491449

    • 関連する報告書
      2013 実績報告書
    • 査読あり
  • [学会発表] Streptococcus mutans由来dextran glucosidaseのβ→α loop 6への変異導入による鎖長特異性の改変2013

    • 著者名/発表者名
      小林桃子、森春英、奥山正幸、木村淳夫
    • 学会等名
      日本応用糖質科学会
    • 発表場所
      鹿児島大学(鹿児島市)・城山観光ホテル(鹿児島県)
    • 関連する報告書
      2013 実績報告書

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公開日: 2013-04-25   更新日: 2024-03-26  

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