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人工酵素が、合成化学やバイオテクノロジーをはじめとした様々なところで、実際に利用されるようになるためには、環境の様々な変化に適応できるような活性調節機構を有していることが必須である。天然酵素の活性調節機構のひとつに、アロステリックシステムがある。本研究は、アロステリックシステムにより活性を調節できる人工酵素の構築を目指したものである。
1)加水分解反応を触媒するイミダゾール基の両側に基質取り込み部位として環状オリゴ糖であるシクロデキストリン(CD)を配置した人工酵素(βCβH)を構築した。この人工酵素を触媒として、基質大過剰条件下、エチレングリコール鎖を有する基質の分解反応を行ったところ、この反応の初速度の基質濃度依存性がシグモイド曲線を示し、Hillの式により解析したところHill定数が1.8となり、βCβHが高いアロステリック能を有することがわかった。さらに、外部因子として基質類似物質を反応系に添加することにより反応活性を制御できた。
2)1)の研究結果の応用として、2分子反応である炭素-炭素結合反応を触媒する人工酵素の構築を行った。触媒残基であるチアゾリウム基の両側にCDを配置した人工酵素を構築した。CDを結合するスペーサーとしてグルタミン酸を用いた場合はCD間の協同効果は見られなかったが、スペーサーとしてアスパラギン酸を用いた場合は高い協同効果が見られ、スペーサー長が反応活性に重要であることがわかった。
3)アンモニウム塩を認識する部位をCDの二級水酸基側に導入する事によりアミノ酸のD/L認識を向上する事ができたが、一級水酸基側に認識部位を導入しても効果がなかった。この差は、NMRによる解析の結果、基質の取り込まれる向きと関係があることがわかった。
以上のように複数の認識部位間の協同効果を有効に利用することにより活性調節が可能な超子複合体を構築することができた。
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