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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。
本年度の研究成果を以下に示す。1)我々が得た立体構造から脱離酵素の触媒アミノ酸を予想し、それに基づいた解析を進めている。2)生澱粉吸着を行うドメインと蛍光タンパク質との融合体を構築し、吸着の動的解析や直接関与のアミノ酸残基の決定に成功した。3)細菌α-グルコシダーゼについて、糖転移作用を支配するアミノ酸残基を決定し、本反応を飛躍的に増加させることに成功した。また、加水分解の際に、基質分子のサイズを認識し、結合特異性を支配するアミノ酸を決定した。4)細菌酵素に関しX線結晶構造解析に成功した。基質複合体の結晶も得られたので、構造解析を進行中である。
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