微生物産生脂肪族ポリエステル及びその分解酵素の結晶・表面構造解析

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 11217216
• 研究機関: 独立行政法人理化学研究所
• 研究代表者: 岩田 忠久 理化学研究所, 高分子化学研究室, 副主任研究員 (30281661)
• 研究分担者: 久野 玉雄 理化学研究所, 理論構造生物学研究室, 研究員 (20312267) ; 平石 知裕 理化学研究所, 高分子化学研究室, 研究員 (20321804)
• キーワード: 生分解性脂肪族ポリエステル / 単結晶 / フィルム / 結晶構造 / 表面構造 / 加水分解酵素 / 結晶化 / 高次構造解析

研究概要

PCLの単結晶を、n-ヘキサノールの希薄溶液から、等温結晶化法により生成した。単結晶中に存在する微細結晶の分布を、TEMの明視野および暗視野回折コントラスト法を用いて検討した。酵素分解は、Pseudomonas sp.由来のリパーゼを用いて行い、単結晶懸濁液の経時変化、分子量測定、TEMによる形態観察にて追跡した。PCLの単結晶は、結晶厚約10nmを有する六角形の形態を示した。電子回折および分子量からPCL分子鎖は、単結晶側面({110}と{010})に沿って分子鎖の折れ曲がり構造をとるものと考えられる。明視野回折コントラスト像と(110)暗視野回折コントラスト像から、PCL単結晶は微結晶の集合体であることが示唆された。一方、PCL単結晶は、結晶側面からスリットが入るように分解が進行した。これらの結果は、単結晶が微結晶の集合体であること、微結晶の結合部分に分子鎖パッキングの悪い領域が存在していることを示唆している。
PTMA単結晶を、2-メチル-1-プロパノールの希薄溶液から、等温結晶化法により生成した。酵素分解には、Pseudomonas sp.由来のリパーゼを精製して用いた。単結晶は六角形の形態を示し、電子回折図に於いて高次まで回折点が確認できたことから、良好な単結晶が生成されたことが示唆された。電子回折図における全ての回折点は、550%延伸した配向フィルムのX線繊維図における赤道反射の回折点と完全に一致した。電子回折およびX線繊維図をもとに算出した格子定数は、a=0.503nm、b=0.732nm、c(繊維軸)=1.442nmであった。Cerius2を用いて分子鎖の構築を行ったところ、平面ジグザグ構造を有していることが分かった。酵素分解途中の単結晶において、結晶側面から分解が進行したことを示唆するギザギザの側面を有する結晶が観察された。分解前後の単結晶において、分子量変化は全く見られなかったことから、結晶表面における分子鎖の折れ曲がり部分での分解は生じていないものと考えられる。

研究成果

• [文献書誌] T.Murase, Y.Suzuki, Y.Doi, T.Iwata: "Non-hydrolytic fragmentation of a poly[(R)-3-hydroxybutyrate] single crystal revealed by use of a mutant of polyhydroxybutyrate depolymerase"Biomacromolecules. 3. 312-317 (2002)
• [文献書誌] Y.Kikkawa, H.Abe, T.Iwata, Y.Inoue, Y.Doi: "Crystal structure and enzymatic degradation of melt-crystallized thin films of random copolyesters of (R)-3-hydroxybutyric acid with (R)-3-hydroxyalkanoic acid"Polymer Degradation and Stability. 76. 467-478 (2002)
• [文献書誌] T.Iwata, M.Shiromo, Y.Doi: "Surface structure of poly([R]-3-hydroxybutyrate) and its copolymer single crystals before and after enzymatic degradation with an extracellular PHB depolymerase"Macromolecular Chemistry and Physics. 203. 1309-1316 (2002)
• [文献書誌] Y.Kikkawa, T.Murase, H.Abe, T.Iwata, Y.Inoue, Y.Doi: "Real-time enzymatic degradation study on poly[(R)-3-hydroxybutyric acid] copolymer thin film by atomic force microscopy in buffer solution"Macromolecuar Bioscience. 2. 189-194 (2002)
• [文献書誌] Y.Kikkawa, H.Abe, T.Iwata, Y.Inoue, Y.Doi: "Crystallization, stability and enzymatic degradation of poly[(s)-lactide] thin film"Biomacromolecules. 3. 350-356 (2002)
• [文献書誌] T.Iwata, Y.Doi: "Morphology and enzymatic degradation of polycaprolactone single crystals : Does a polymer single crystal consist of micro-crystals?"Polymer International. 51. 852-858 (2002)
• [文献書誌] T.Iwata, Y.Doi: "Biopolymers, Volume 3b : Polyesters II, Properties and Chemical Synthesis (eds by Steinbuechel and Doi)"WILEY-VCH Verlag GmbH, Weinheim. 468 (2002)