微生物高分子の生合成過程における多次元構造制御および発現構造・機能の精密解析

2002 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 14605028
• 研究機関: 京都大学
• 研究代表者: 堀井 文敬 京都大学, 化学研究所, 教授 (70124758)
• 研究分担者: 金谷 利治 京都大学, 化学研究所, 教授 (20152788) ; 恵良田 知樹 北海道大学, 工学研究科, 助教授 (30213581) ; 広原 日出男 滋賀県立大学, 工学部, 教授 (80275164) ; 北野 博巳 富山大学, 工学部, 教授 (40115829) ; 杉山 淳司 京都大学, 木質科学研究所, 助教授 (40183842)
• キーワード: 微生物高分子 / 生合成 / 構造制御 / 機能制御 / 精密解析 / 分子集合状態 / ポリアミノ酸 / セルロース

研究概要

(1)生合成過程における多次元構造制御
ε-ポリリジンおよびγ-ポリグルタミン酸の生合成機構の解明と重合遺伝子のクローニングを行った。これらの研究の発展として、ε-ポリリジンの重合度を決定する因子を明らかにし、高重合度化を検討した。また、γ-ポリグルタミン酸についてはD体とL体の共重合を規制する因子を明らかにし、高立体規則性D体あるいはL体ポリマーの生合成を検討した。一方、ポリリジン合成酵素の酵素化学的研究並びにポリリジン分解酵素のタンパク質及び遺伝子化学的研究も行い、酵素レベルでの構造制御を追求した。
セルロース合成酵素を大腸菌または酵母で過剰発現させ、セルロースのin vitroでの合成を検討した。また、セルロース合成酵素の2次元結晶化とその構造解析を行い、天然に存在しないナノ繊維構造体の構築を検討した。一方、酢酸菌を用い、生活廃棄物などを炭素源として新規セルロース系多糖の生合成の可能性を追求するとともに、セルロースの分子集合体形成に及ぼす物理化学的因子を明らかにし、分子集合状態の構造制御を検討した。
(2)発現構造・機能の精密解析
(1)で合成された各ポリアミノ酸の精密な構造解析を溶液NMRにより行い、生合成過程の構造制御に反映させた。また、種々の状態におけるポリアミノ酸の分子集合状態、ダイナミックスを固体高分解能NMRにより精密に解析した。ポリグルタミン酸ゲルの高吸水性機構の分子論的解明や水構造の振動分光学的研究を行うとともに、ポリグルタミン酸ゲルの架橋過程の粘弾性と破断強度の解明も行い、高機能性材料開発のための基礎的知見を得た。バクテリアセルロースの分子集合状態の電顕観察およびミクロ電子回折解析を行い、繊維化をはじめナノ構造の制御を検討した。キチン質加水分解酵素を用いた真菌類細胞壁多糖の分子集合状態の解析も行った。

研究成果

• [文献書誌] K.Masuda, A.Hirai, H.Yamamoto, H.kaji, F.Horii: "Solid-state ^<13>C and ^1H spin effusion NMR Analyses of the Microfibril Structure for Bacterial cellulose"Solid-State Nuclear Magnetic Resonance. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] S.Kawano, K.Tajima, T.Erata, M.Takai: "Cloning of cellulose synthesis related genes from Acetobacter xylinum : Comparison of cellulose synthetic ability between strains"DNA Res.. 9(5). 149-156 (2002)
• [文献書誌] M.Ide, T.Mori, H.Kitano, et al.: "Structure of water sorbed into poly(MEA-co-HEMA) Films As Examined by ATR-IR speatruscopy"Langmuir. 19・2. 429-435 (2003)
• [文献書誌] T.Miyazaki, A.Shimizu, K.Ikeda, T.Kanaya: "Surface Adsorption of Propane, Propylene and Propane / Propylene Mixed Gas on Polyimide observed X-ray and Neutron Refectivity"Polymer. 44. 1553-1559 (2003)
• [文献書誌] T.Imai, JL.Putax, J.Sugiyama: "Geometric Phase Analysis of Lattice Images from Algal Cellulose Microfibrils"Polymer. 44・6. 1871-1879 (2003)
• [文献書誌] H.Kaji, K.Fuke, F.Horii: "Two-Dimensional ^<13>C Magic Angle Turning NMRR Analyses of Dynamics in Poly(2-hydroxypropyl ether of bisphenal-A)"Macromolecules. (印刷中). (2003)
• [文献書誌] F.Horii, H.Kaji: "Handbook of Thermoplastic Polyesters, chapter 5 分担執筆"Wiley-VCH. 1377 (2002)