研究課題
基盤研究(B)
近年の糖質酵素の分類は、構造の類似性からなされる。研究対象は、α-グルコシダーゼと相同する酵素グループであり、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、我々が解析した本グループ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、X線解析法で得られた酵素-基質の分子認識を検討し、基質とアミノ酸の相互作用を解明;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;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因子を解明;得られた知見から産業に重要な酵素を作製、である。本研究で得られた成果を述べる。(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を予想した。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。(2)解離型とプロトン化型の触媒基を決定し、機能を究明した(中間体安定とグルコシド結合切断)。(3)転移環状化と脱離反応の2つの作用は、反応中間体に水分子が攻撃(加水分解)しないことで生じると仮定し、加水分解型の酵素であるα-グルコシダーゼの触媒水(水解反応の水分子)を除去するようなアミノ酸変異を導入した。変異酵素は加水分解活性を失い転移作用のみを示すことが認められ、転移環状化と脱離の反応機構に関し初発ステップを実証できた。残り半分[分子内転移(環状化)と基質C2水素の引抜(脱離)]の解析が期待される。(4)α-グルコシダーゼのサブサイト+1にあるアミノ酸に変異導入すると、糖転移の結合生成能が変わり、新規な転移能力を示す酵素が得られた。有用なオリゴ糖の調製に成功した。
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