炭酸固定を触媒する脱炭酸酵素群の分子特性解明とCO_2変換プロセスへの応用

2002 Fiscal Year Annual Research Report

• Project/Area Number: 14560061
• Research Institution: Gifu University
• Principal Investigator: 吉田 豊和 岐阜大学, 工学部, 助教授 (90220657)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 満倉 浩一 岐阜大学, 工学部, 助手 (70324283) ; 長澤 透 岐阜大学, 工学部, 教授 (60115904)
• Keywords: 脱炭酸酵素 / 炭酸固定 / クローニング / ピロール-2-カルボン酸 / インドール-3-カルボン酸 / ピロール / インドール

Research Abstract

脱炭酸酵素は一般的に逆反応で炭酸固定を触媒しないとされてきた。研究代表者らは、反応条件を制御すると効率的に炭酸固定を触媒する新しい脱炭酸酵素を見いだしてきた。また、フェノールなどの微生物嫌気代謝では炭酸固定を触媒する脱炭酸酵素が関与することが判明し、可逆的脱炭酸酵素群の存在が明らかとなってきた。この酵素群が触媒する一連の反応を化学工業への応用という観点で見ると、芳香族化合物へのカルボキシル基の位置選択的な導入として意義深い。H14年度は、炭酸固定機能を一次構造レベルで解析し、可逆的脱炭酸酵素群の存在の一般化を行った。
Serratia grimesiiのピロール-2-カルボン酸脱炭酸酵素およびArthrobacter nicotianaeのインドール-2-カルボン酸脱炭酸酵素のN末端アミノ酸配列を利用し、酵素遺伝子全領域をクローニングした。決定した酵素一次構造と相同性を示すタンパク質をデータベースに検索した結果、20〜50%の相同性を示す微生物機能未知タンパク質が細菌のみならず、カビ・酵母などにも認められた。また、4-ヒドロキシ安息香酸脱炭酸酵素とも20%程度の相同性を示し、多くの機能未知タンパク質の中には芳香族カルボン酸の脱炭酸および逆反応による炭酸固定を触媒する酵素が潜在することが示唆された。一次構造のアライメント解析で、一次構造中央に保存配列が見られ、触媒機能に関与する残基が含まれると推定した。
S. grimesiiおよびA. nicotianaeの可逆的脱炭酸酵素を大腸菌内で高発現させるため、発現ベクターpKK223-3に構造遺伝子を組み込み、培養条件および酵素遺伝子発現条件を検討した。酵素タンパク質は28℃の培養で、1mMのIPTGを培養開始後12時間で添加した時に共に可溶性画分に著量に発現した。酵素活性レベルはS. grimesiiおよびArthrobacter nicotianaeでの活性レベルと同等であった。

Research Products

• [Publications] Toyokzu Yoshida, Kohei Fujita, Tofu Nagasawa: "Novel reversibale indole-3-carboxylate decarboxylase catalyzing nonoxidative decarboxylation"Bioscience, Biotechnology, and Biochemistry. 66(11). 2388-2394 (2002)