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近年の糖質酵素の分類は、構造の類似性からなされ、100近いファミリーに分けられる。我々の研究対象は、α-グルコシダーゼと相同するグループであり、産業界で重要な酵素が属する。すなわちα-グルコシダーゼ、グルカンリアーゼ、環状4糖合成酵素とα-キシロシダーゼであり、4つの反応(加水分解・糖転移・環状化・脱離反応)を触媒する。本研究の目的は、我々が明らかにした本ファミリーの立体構造に基づき、多様な反応の分子機構を明らかにし、得られた知見を応用研究に結びつけることにある。具体的には、i)X線解析法で得られた酵素-基質の分子認識を検討し、実験的に基質とアミノ酸の相互作用を調べる。ii)触媒アミノ酸の置換酵素の反応を解析し、触媒残基の機能を究明する。iii)4酵素は構造が類似するが全く異なる作用を示すので、個々の反応を発揮させる構造エレメント(アミノ酸やループなどの部分構造)を解明する。iv)得られた知見から、産業界の要求に適う酵素を作製する。
本年度に得られた研究成果を以下に示す。1)酵素-基質の立体構造から、α-キシロシダーゼの反応に重要なアミノ酸残基が予想された。2)その予想に基づいたアミノ酸置換をα-キシロシダーゼに行い、α-キシロシダーゼ活性を消失させ、α-グルコシダーゼ活性を発現させることに成功した。他にも重要な構造エレメントがあるので、解析を進めている。3)複数のα-グルコシダーゼに関して、解離型とプロトン化型の触媒基を決定した。4)本ファミリーに属す酵素の立体構造解析を意図した結晶化を開始した。時間を要するため、次年度以降も継続させたい。
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