遺伝子操作法を用いたアスパラギン酸トランスアミナ-ゼの触媒反応機構の解析

1990 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 01570144
• 研究機関: 大阪医科大学
• 研究代表者: 倉光 成紀 大阪医科大学, 医学部, 助教授 (60153368)
• キーワード: 酵素 / 触媒反応機構 / 基質認識機構 / 蛋白質工学 / 部位特異的変異法 / 量産化 / アスパラギン酸アミノトランスフェラ-ゼ / X線結晶解析

研究概要

前年度までに、大腸菌の野生型アスパラギン酸トランスアミナ-ゼの立体構造がX線結晶解析から明らかになり、さらに、酵素反応過程を解析するための系も確立していたので、同様の方法で種々の変異型酵素を解析し、活性部位に存在するアミノ酸残基の役割を解析した。
その結果、2つの現象を見い出した。
(1)活性部位には異なった2種類の基質を結合する2つのポケットが存在する。今までに、基質特異性が低く何種類かの基質に作用する酵素は知られているが、2種類の基質に対してそれぞれ高い特異性を示す酵素は今までほとんど知られていない。従来の「1基質1酵素」の考え方からすると2つのポケットが存在するのは奇妙に思われるが,トランスアミナ-ゼのように異なったアミノ酸基質の間でアミノ基転移を行う酵素の場合にはこの方が都合が良いと思われる。即ち、αーアミノ酸のトランスアミナ-ゼは、触媒基はいずれの基質に対しても共通に使うが、基質側鎖の結合部位は異なる2つのポケットを用意している。
(2)基質の疎水性側鎖の結合エネルギ-は基質の種類に無関係で、基質の表面積に比例する。2つのポケットのうち、疎水性のポケットに関しては、結合エネルギ-は基質の種類に無関係で基質の表面積に比例する事が明らかになった。その単位面積当りの結合エネルギ-は、40cal・A^<ー2>・mol^<ー1>。これは、酵素と基質との疎水性相互作用によると考えられるが、酵素の基質結合部位には疎水性の異なる種々のアミノ酸残基が存在するにもかかわらず“基質の表面積と結合エネルギ-が比例する"現象は現在のところ全く説明できない。その分子設計の構造が明らかになれば、将来、ある酵素蛋白質に疎水性基質を強く結合させたい場合に役立つと思われる。

研究成果

• [文献書誌] Sung,M.: "Purification and Characterization of Thermostable Aspartate Aminotransferase from a Thermophilic Bacillus Species" J.Bacteriol.172. 1345-1351 (1990)
• [文献書誌] Kuramitsu,S.: "PreーSteady State Kinetics of Escherichia coli Aspartate AminotransferaseーCatalyzed Reactions and Thermodynamic Aspects of Its Substrate Specificity" Biochemistry. 29. 5469-5476 (1990)
• [文献書誌] Kamitori,S.: "ThreeーDimesional Structures of Aspartate Aminotransferase from Escherichia coli and Its Mutant Enzyme at 2.5 A Resolution" J.Biochem.108. 175-184 (1990)
• [文献書誌] Hayashi,H.: "Effects of Replacement of Tryptophanー140 by Phenylalanine or Glycine on the Function of Escherichia coli Aspartate Aminotransferase" Biochem.Biophys.Res.Commun.167. 407-412 (1990)
• [文献書誌] 倉光 成紀: "細菌トランスアミナ-ゼの構造と触媒機構" ビタミン. 64. 633-652 (1990)
• [文献書誌] Sung.M.: "Thermostable Aspartate Aminotransferase from a Thermophilic Bacillus Species" J.Biol.Chem.266. 2567-2572 (1991)
• [文献書誌] Inoue,K.: "Tyr225 in Aspartate Aminotransferase:Contribution of the Hydrogen Bond between Tyr225 and Coenzyme to the Catalytic Reaction" J.Biochem.109. (1991)
• [文献書誌] Yano,T.: "The Role of His143 in the Catalytic Mechanism of Escherichia coli Aspartate Aminotransferase" J.Biol.Chem.266. (1991)
• [文献書誌] Hayashi,H.: "Effect of Replacement of an Interdomain Residue Valー39 on the Catalytic Properties of E.coli Aspartate Aminotransferase" J.Biochem.109. (1991)
• [文献書誌] Inoue,K.: "SiteーDirected Mutagenesis of Escherichia coli Aspartate Aminotransferase:Role of Tyr70 in the Catalytic Processes" Biochemistry.
• [文献書誌] 倉光 成紀: "「新生化学実験講座1 タンパク質III」(日本生化学会編)" 東京化学同人、東京, 9 (1990)
• [文献書誌] 倉光 成紀: "「タンパク質立体構造研究の新展開」(森川耿右編)" 講談社、東京,
• [文献書誌] Kuramitsu,S.: "“Protein Engineering"(Ikehara,M.,ed.)" SpringerーVerlag,Berlin, 4 (1990)
• [文献書誌] 倉光 成紀: "「プロテインエンジニアリング」(三浦謹一郎編)" 東京化学同人、東京, 10 (1990)