イソプレノイド生合成における鎖延長酵素反応機構の解明

1995 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 06403033
• 研究機関: 東北大学
• 研究代表者: 小倉 協三 東北大学, 反応化学研究所, 教授 (80006303)
• 研究分担者: 佐上 博 東北大学, 反応化学研究所, 助手 (10134058) ; 古山 種俊 東北大学, 工学部, 助教授 (20089808)
• キーワード: イソプレノイド / 生合成 / ファルネシル二リン酸合成酵素 / ゲラニルゲラニル二リン酸合成酵素 / プレニルトランスフェラーゼ / ヘプタプレニル二リン酸合成酵素 / イソペンテニル二リン酸合成酵素 / テルペノイド

研究概要

1.Bacillus stearothermopihousのファルネシル二リン酸合成酵素について、構造と機能の関係を継続して追究し、部位特異的変異導入によって新たにリシン-47とリシン-183が共にホモアリル基質IPPの結合に重要な役割を果たすことを明らかにした。変異体、Lys47AlaやLys183-IIeはアリル性基質に対しては野生型酵素と変わらぬK_m値を示すが、IPPに対しては20倍も高いK_m値を示し、K_<cat>が約1/(100)に低下することがわかった。この速度論的パラメータの変化は低濃度のIPPを用いたときの酵素反応生成物の鎖長分布に反映した。すなわち、これらの変異体によるIPPとジメチルアリル二リン酸(DMAPP)との反応では、ゲラニル二リン酸(GPP)がファルネシル二リン酸(FPP)よりも多く生成した。一方、野生型酵素の主生成物は依然としてEPPであった。その他多くの変異体を作成して保存性アミノ酸の役割を調べた。また、人工基質を用いて、この酵素の基質特異性を調べ、ブタ肝臓由来の酵素のそれと大きく異なることを明らかにした。
2.古細菌Halobacterium halobiumにメバロン酸を投与して、タンパク質画分への取り組みを追究した。その結果、新しいタイプのイソプレノイド修飾タンパク質を見いだし、このタンパク質のシステインはジフィタニルグリセリル基で修飾されていることを明らかにした。
3.緑藻Botryococcus brauniiにファルネソ-ルのリン酸化酵素が存在することを見いだし、その酵素学的諸性質を明らかにした。

研究成果

• [文献書誌] Y.Maki et al.: "Farnesyl Diphosphate Synthase Reaction with Dimethylallyl Diphosphate Analogues Having Oxygen Atoms in Their Chains" Chem.Lett.389-390 (1995)
• [文献書誌] H.Sagami et al.: "A Novel Type of Protein Modification by Isoprenoid-derived Materials" J.Biol.Chem.270. 14851-14854 (1995)
• [文献書誌] A.Koike-Takeshita et al.: "Molecular Cloning and Nucleotide Sequences of the Genes for Two Essential Proteins Constituting a Novel Enzyme System for Heptaprenyl Diphosphate Synthesis" J.Biol.Chem.270. 18396-18400 (1995)
• [文献書誌] T.Koyama et al.: "Significance of Phe-220 and Gln-221 in the Catalytic Mechanism of farnesyl Diphosphate Synthase of Bacillus stearothermophilus" Biochem Biophys.Res.Commun.212. 681-686 (1995)
• [文献書誌] Y.Maki et al.: "Substrate Specificity of Farnesyl Diphosphate Synthase from Bacillus stearothermophilus" Bioorg.Med.Chem.Lett.5. 1605-1608 (1995)
• [文献書誌] H.Inoue et al.: "Properties of Farnesol Phosphokinase of Botryococcus braunii" Phytochemistry. 40. 377-381 (1995)
• [文献書誌] 小倉協三: "東京化学同人" 酵素研究の新展開(一島英治他編):イソプレノイド生合成酵素の分子機構, 12 (1995)
• [文献書誌] 小倉協三: "培風館" 有機化学の最近の展開(日本化学研究会編):イソプレノイドの生合成化学(印刷中), 総