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2014 年度 実施状況報告書

高機能高分子材料として期待されるキチン/キトサン立体異性体多糖の酵素合成

研究課題

研究課題/領域番号 25620177
研究機関鹿児島大学

研究代表者

門川 淳一  鹿児島大学, 理工学研究科, 教授 (30241722)

研究分担者 山元 和哉  鹿児島大学, 理工学研究科, 准教授 (40347084)
研究期間 (年度) 2013-04-01 – 2016-03-31
キーワードキチン/キトサン / 酵素触媒重合 / 立体異性体 / ホスホリラーゼ / 非天然型
研究実績の概要

本研究では、耐熱性ホスホリラーゼによるグルコサミン1-リン酸(GlcN-1-P)の酵素触媒重合を利用してキチン/キトサン立体異性体多糖の合成を検討した。この多糖は天然には存在しておらず、また通常の有機化学的手法では合成困難な構造である。前年度の研究において、GlcN-1-Pを用いた耐熱性ホスホリラーゼによる酵素的グルコサミニル化反応を行い目的糖鎖生成の可能性を検討したところ、複数のグルコサミン残基の転移が確認され、キトサン立体異性体多糖に対応する糖鎖の生成が確認された。しかし、生成オリゴ糖の重合度はそれほど大きくなく(5~7程度)、反応で生成する無機リン酸が反応を阻害していると考えられた。そこで本年度は反応の進行に伴い生成する無機リン酸を沈殿させるように反応系を工夫することで、高重合度のキトサン立体異性体多糖の合成を検討した。その結果、上記の耐熱性ホスホリラーゼによるGlcN-1-Pの酵素触媒重合をMgイオン含有アンモニア緩衝液中で行うと、無機リン酸が塩として沈殿し反応が促進されることが分かった。このことから、本反応系において高重合度のキトサン立体異性体多糖の合成が達成された。また、モノマーとプライマーの仕込比に応じて重合度が増加することも確認された。さらに生成物の炭酸ナトリウム水溶液中での無水酢酸によるN-アセチル化のよりキチン立体異性体多糖へと変換することもできた。これらの生成物の構造をMALDI-TOFマススペクトルおよびNMRスペクトルにより詳細に解析した。以上のことから目的のキチン/キトサン立体異性体多糖の酵素合成を達成した。

現在までの達成度 (区分)
現在までの達成度 (区分)

1: 当初の計画以上に進展している

理由

グルコサミン1-リン酸をモノマーとする耐熱性ホスホリラーゼによる酵素触媒重合の反応系を工夫することで高重合度のキトサン立体異性体多糖合成を達成した。生成物のN-アセチル化によりキチン立体異性体多糖も合成できた。また反応条件の詳細な検討による重合度への影響等も検討した。さらに誘導体化手法やNMRなどの分析により構造も詳細に解析し、規則正しい連鎖により重合が進行したことを確認した。以上のことから本研究は当初の計画以上に進展していると考えられる。

今後の研究の推進方策

目的のキチン/キトサン立体異性体多糖の合成が達成されたので、当初の予定に従いこれらの多糖の立体構造や他の高分子との錯体形成能を検討し、機能性高分子材料としての応用を目指す。また、本来の基質であるグルコース1-リン酸とグルコサミン1-リン酸との共重合により、アミロース鎖にキチン/キトサン立体異性体ユニットを組み込んだ新たな非天然型多糖の合成も行う予定である。

  • 研究成果

    (15件)

すべて 2015 2014

すべて 雑誌論文 (1件) (うち査読あり 1件、 謝辞記載あり 1件) 学会発表 (14件) (うち招待講演 3件)

  • [雑誌論文] Synthesis of chitin and chitosan stereoisomers by thermostable α-glucan phosphorylase-catalyzed enzymatic polymerization of α-D-glucosamine 1-phosphate2015

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichi Kadokawa, Riko Shimohigoshi, Kento Yamashita, Kazuya Yamamoto
    • 雑誌名

      Organic & Biomolecular Chemistry

      巻: 13 ページ: 4336-4343

    • DOI

      10.1039/c5ob00167f

    • 査読あり / 謝辞記載あり
  • [学会発表] 酵素触媒重合によるキトサン立体異性体多糖の合成2015

    • 著者名/発表者名
      山下 健人、下吹越 理子、山元 和哉、門川 淳一
    • 学会等名
      日本化学会第95春季年会
    • 発表場所
      日本大学(船橋市)
    • 年月日
      2015-03-27
  • [学会発表] アナログ基質を用いた酵素反応による新規糖鎖の精密合成2015

    • 著者名/発表者名
      門川淳一
    • 学会等名
      第25回繊維学会西部支部セミナー
    • 発表場所
      琉球大学(沖縄県中頭郡西原町)
    • 年月日
      2015-02-06
    • 招待講演
  • [学会発表] Enzymatic Synthesis of Non-natural Aminopolysaccharide by Thermostable Phosphorylase Catalysis2014

    • 著者名/発表者名
      Riko Shimohigoshi, Kazuya Yamamoto and Jun-ichi Kadokawa
    • 学会等名
      The 10th SPSJ International Polymer Conference (IPC 2014)
    • 発表場所
      つくば国際会議場(つくば市)
    • 年月日
      2014-12-03
  • [学会発表] Enzymatic Synthesis of Novel Functional Oligo- and Polysaccharides by Phosphorylase Catalysis2014

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichi Kadokawa
    • 学会等名
      World Gene Convention-2014
    • 発表場所
      海口(中国)
    • 年月日
      2014-11-14
    • 招待講演
  • [学会発表] 酵素で創る非天然型多糖・オリゴ糖 ~ホスホリラーゼのアナログ基質を用いた新規糖鎖の酵素合成~2014

    • 著者名/発表者名
      門川淳一
    • 学会等名
      第8回多糖の未来フォーラムシンポジウム
    • 発表場所
      九州大学(福岡市)
    • 年月日
      2014-11-06
    • 招待講演
  • [学会発表] 耐熱性ホスホリラーゼによる非天然型アミノ多糖の酵素合成2014

    • 著者名/発表者名
      下吹越理子、山元和哉、門川淳一
    • 学会等名
      第4回CSJ化学フェスタ
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都)
    • 年月日
      2014-10-15
  • [学会発表] Thermostable phosphorylase-catalyzed enzymatic synthesis of chitosan stereoisomer2014

    • 著者名/発表者名
      Kento Yamashita, Riko Shimohigoshi, Kazuya Yamamoto, Jun-ichi Kadokawa
    • 学会等名
      TJBW-2014
    • 発表場所
      台南(台湾)
    • 年月日
      2014-10-13
  • [学会発表] 耐熱性ホスホリラーゼ触媒グルコサミニル化反応によるα-グルコサミン鎖の合成と反応解析2014

    • 著者名/発表者名
      山下健人、下吹越理子、山元和哉、門川淳一
    • 学会等名
      第63回高分子討論会
    • 発表場所
      長崎大学(長崎市)
    • 年月日
      2014-09-24
  • [学会発表] Enzymatic synthesis of chitin/chitosan stereoisomers by thermostable phosphorylase catalysis2014

    • 著者名/発表者名
      Jun-ichi Kadokawa, Riko Shimohigoshi, Kazuya Yamamoto
    • 学会等名
      ACS 248th National Meeting
    • 発表場所
      サンフランシスコ(アメリカ合衆国)
    • 年月日
      2014-08-10
  • [学会発表] 耐熱性ホスホリラーゼによるキトサン立体異性体糖鎖の酵素合成2014

    • 著者名/発表者名
      山下健人、下吹越理子、畑中大輔、山元和哉、門川淳一
    • 学会等名
      セルロース学会第21回年次大会
    • 発表場所
      鹿児島大学(鹿児島市)
    • 年月日
      2014-07-17
  • [学会発表] Enzymatic Synthesis of Non-natural α-Glucosamine Chains by Thermostable Phosphorylase Catalysis2014

    • 著者名/発表者名
      Riko Shimohigoshi, Kazuya Yamamoto, Jun-ichi Kadokawa
    • 学会等名
      2014 IUPAC World Polymer Congress (MACRO 2014)
    • 発表場所
      チェンマイ(タイ)
    • 年月日
      2014-07-10
  • [学会発表] 耐熱性ホスホリラーゼによるα‐グルコサミン鎖の酵素合成2014

    • 著者名/発表者名
      下吹越理子、山元和哉、門川淳一
    • 学会等名
      第51回化学関連支部合同九州大会
    • 発表場所
      北九州国際会議場(北九州市)
    • 年月日
      2014-06-28
  • [学会発表] 耐熱性ホスホリラーゼによる非天然型アミノ糖鎖の酵素合成2014

    • 著者名/発表者名
      山下健人、畑中大輔、下吹越理子、山元和哉、門川淳一
    • 学会等名
      平成26年度繊維学会年次大会
    • 発表場所
      タワーホール船堀(東京都)
    • 年月日
      2014-06-12
  • [学会発表] 耐熱性ホスホリラーゼによる連続的グルコサミニル化反応を利用したα‐グルコサミン鎖の合成2014

    • 著者名/発表者名
      下吹越理子、山元和哉、門川淳一
    • 学会等名
      第63回高分子学会年次大会
    • 発表場所
      名古屋国際会議場(名古屋市)
    • 年月日
      2014-05-28

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公開日: 2016-05-27  

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