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2018 年度 実績報告書

高速高精度一分子観察による結晶性糖質分解機構の解明

研究課題

研究課題/領域番号 17K18429
研究機関分子科学研究所

研究代表者

中村 彰彦  分子科学研究所, 生命・錯体分子科学研究領域, 助教 (20752968)

研究期間 (年度) 2017-04-01 – 2019-03-31
キーワードセルラーゼ / キチナーゼ / バイオマス / プロセッシブ運動
研究実績の概要

セラチア菌由来キチン加水分解酵素(SmChiA)については金コロイドをプローブとした高速高精度計測により、Burnt-bridge Brownian ratchetモーターであることが明らかになった。そこで観測バッファー中に主要生成物であるキトビオースを500 マイクロM混合して計測を行ったところ連続的な後退運動が観測された。更にこの1 nmサイズの後退運動後に再び1 nmの連続的な前進運動を再開していた。生成物を混入させた際にのみこの運動が見られることから、逆反応によるキチン分子鎖の合成の可能性が示された。もし合成反応なしに連続的な後退運動を行った場合、キチン分子鎖が基質結合クレフトから完全に外れてしまい酵素が解離してしまうと考えられる。しかしそうはならないことからもこの可能性が支持された。また高速原子間力顕微鏡を用いてキトビオース存在下での運動速度を計測したところ、濃度依存的な速度の低下が観測された。曲線回帰によりキトビオースのKiはマイクロM程度であることが明らかとなった。高速AFMでの計測ではステップ運動を観測することはできなかったが、運動速度は金コロイド修飾した酵素と同程度であったことから逆反応が起こっている可能性が考えられた。セルロース加水分解酵素のステップ運動計測については金コロイド固定位置を2箇所に増やし、より強固に固定化する必要がある。対象としているセルラーゼは大腸菌や酵母では活性型の酵素を得ることが難しい。そこでカビを用いたセルラーゼの発現系を有する研究者との共同研究を試みる。

  • 研究成果

    (7件)

すべて 2018

すべて 雑誌論文 (2件) (うち査読あり 2件、 オープンアクセス 2件) 学会発表 (5件) (うち国際学会 3件、 招待講演 5件)

  • [雑誌論文] Rate constants, processivity, and productive binding ratio of chitinase A revealed by single-molecule analysis2018

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Akihiko、Tasaki Tomoyuki、Okuni Yasuko、Song Chihong、Murata Kazuyoshi、Kozai Toshiya、Hara Mayu、Sugimoto Hayuki、Suzuki Kazushi、Watanabe Takeshi、Uchihashi Takayuki、Noji Hiroyuki、Iino Ryota
    • 雑誌名

      Physical Chemistry Chemical Physics

      巻: 20 ページ: 3010-3018

    • DOI

      10.1039/c7cp04606e

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [雑誌論文] Processive chitinase is Brownian monorail operated by fast catalysis after peeling rail from crystalline chitin2018

    • 著者名/発表者名
      Nakamura Akihiko、Okazaki Kei-ichi、Furuta Tadaomi、Sakurai Minoru、Iino Ryota
    • 雑誌名

      Nature Communications

      巻: 9 ページ: 3814

    • DOI

      10.1038/s41467-018-06362-3

    • 査読あり / オープンアクセス
  • [学会発表] キチン加水分解酵素は ATP を使わずに運動するブラウニアンラチェットである2018

    • 著者名/発表者名
      中村 彰彦
    • 学会等名
      分子モーター討論会
    • 招待講演
  • [学会発表] rocessive chitinase is Brownian ratchet moving unidirectionally by fast catalysis2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura
    • 学会等名
      Sendai Molecular Motor Meeting 2018
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] キチン加水分解酵素は速い加水分解でブラウン運動を制御する2018

    • 著者名/発表者名
      中村 彰彦
    • 学会等名
      多糖の未来フォーラム
    • 招待講演
  • [学会発表] Direct observation of 1 nm steps of a “burnt‐bridge” Brownian ratchet SmChiA on crystalline chitin with gold nanoprobe2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura
    • 学会等名
      The 79th Okazaki Conference Synthetic, Biological, and Hybrid Molecular Engines
    • 国際学会 / 招待講演
  • [学会発表] Resolving 1 nm steps of a Brownian-ratchet chitinase with gold nano particle2018

    • 著者名/発表者名
      Akihiko Nakamura
    • 学会等名
      International Symposium on Molecular Science - Physical Chemistry / Theoretical Chemistry, Chemoinformatics, Computational Chemistry - Cosponsored by Japan Society for Molecular Science
    • 国際学会 / 招待講演

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公開日: 2019-12-27  

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