[スポンサーリンク]

化学者のつぶやき

ナノの世界の交通事情~セルラーゼも渋滞する~

[スポンサーリンク]

 

 

 

 

F3.large.jpg バイオエタノールの原料として注目されている多糖であるセルロース,そしてそれを分解する酵素セルラーゼ。この組み合わせで速やかにグルコースにまで分解されれば何の問題もなかったのだが,固体のセルロースを分解するには時間がかかりすぎる。その原因は単に、酵素の固液反応~2次元平面上で進行する事から反応が遅い~、ということで片付けられていたが、どうやら原因はそれだけではなさそうだということが、最新鋭の原子間力顕微鏡(HS-AFM)のおかげで明らかになった。

 

 

 

 

 

 

 

 

セルロース固体表面上でセルロースを分解する代表的な酵素に、セロビオハイドロラーゼ(CBH)が知られている。この酵素は、セルロース表面に結合するセルロースバインディングドメイン(CBD)を有し、加水分解効率を向上させていると考えられている。しかし酵素反応の場は固液界面というほぼ2次元平面であり、かつ、強固な水素結合で固まっているセルロースが基質である。加水分解反応が速く進むのは困難であるのは自明であると考えられてきた。

しかし、ことはそう単純ではないことが最新の高速原子間力顕微鏡観察により明らかになりつつある。これまで、1分子の酵素の運動をリアルタイムで見るなんてことは夢だと思われていたが、最新の高速原子間力顕微鏡(HS-AFM,参考文献1)によってセルラーゼがセルロース表面上の動きをとらえることに成功し、セルロース表面のCHB達の交通事情までが明らかになった(2)。

東京大学の五十嵐らは、このHS-AFMwoセルロース表面での酵素反応の現場に向かい、その遅い現象に迫っていった。まず彼らは、トリコデルマ属由来のCBHであるTrCel7Aを用い、グラファイト基板上に撒いた結晶性セルロース上での挙動をHS-AFMで観察した。

F1.medium.gif

図1.HS-AFM測定に用いた結晶性セルロースとTrCel7A(文献3より引用)

野生型TrCel7Aでは、結晶性セルロース表面上を直線的に動く様を観測できたが、一方、加水分解活性のない変異体では、動的な様子は観測できなかった。これらの結果から、TrCel7Aは繊維方向に直線的に進むことが明らかになった(3)。

前回の報告より2年たった今年、さらにパワーアップしたHS-AFMを用いて様々な結晶性セルロースを用いてさらなる観測を行った。TrCel7Aの移動速度を再度計測したところ、前回の報告より2倍の速度であることが明らかになった。今回の報告では、移動しているものと止まっているものが同時に観測されている。どうやら、以前のHS-AFMで観測されたTrCel7Aの移動現象は、移動しているものと止まっているものの平均像を見ていたということである。その、止まっているという現象は、要するに、前を走っているTrCel7Aが減速ないし停止して,後続のTrCel7Aが進めなくなるという”渋滞”現象というわけである。この状態に、協同的に分解するといわれているCBHであるTrCel6Aの添加や、分解しやすくなる処理を施したセルロースを基質として用いたときでは渋滞が解消された。交通整理をする車や道路の表面状態が良くなれば、渋滞は解消されるという、全く本物の道路と同じような現象が起きていた。以上の結果を具体的に確認するために、是非supporing informationの動画をご覧ください。

この研究はタイトルが面白いだけではなく、界面上で触媒作用を示す酵素全般に適用可能性を示すことができたことが大きい。たかが加水分解反応、されど加水分解反応。今後の研究の発展に目が離せません。


  • 参考文献

(1)T. Ando et al., Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 98, 12468 (2001). doi:10.1073/pnas.211400898

(2)K. Igarashi, T. Uchihashi, A. Koivula, M. Wada, S. Kimura, T. Okamoto, M. Penttilä, T. Ando, M. Samejima, Science, 333, 1279-1282 (2011). doi:10.1126/science.1208386

(3)K. Igarashi, A. Koivula, M. Wada, S. Kimura, M. Penttila, M. Samejima, J. Biol. Chem., 284, 36186-36190 (2009). doi:10.1074/jbc.M109.034611

追伸:交通渋滞というよりか、鉋、のように見えるのは私だけでしょうか?

 

  • 関連書籍

The following two tabs change content below.
あぽとーしす

あぽとーしす

微生物から動物、遺伝子工学から有機合成化学まで広く 浅く研究してきました。論文紹介や学会報告などを通じて、研究者間の橋掛けのお手 伝いをできればと思います。一応、大学教員で、糖や酵素の研究をしております。
あぽとーしす

最新記事 by あぽとーしす (全て見る)

関連記事

  1. で、その研究はなんの役に立つの?
  2. 2018年3月2日:ケムステ主催「化学系学生対象 企業合同説明会…
  3. 光と熱で固体と液体を行き来する金属錯体
  4. Nature Chemistry誌のインパクトファクターが公開!…
  5. 資金洗浄のススメ~化学的な意味で~
  6. LEGO ゲーム アプローチ
  7. ケムステが化学コミュニケーション賞2012を受賞しました
  8. オーストラリア国境警備で大活躍の”あの”機器

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. 「赤チン」~ある水銀化合物の歴史~
  2. カラッシュ付加反応 Kharasch Addition
  3. アルドール・スイッチ Aldol-Switch
  4. 東京化成、1万8千品目のMSDS公開サービス
  5. 有機反応を俯瞰する ーエノラートの発生と反応
  6. エイダ・ヨナス Ada E. Yonath
  7. ミヤコシンA (miyakosyne A)
  8. 超分子カプセル内包型発光性金属錯体の創製
  9. 有機リチウム試薬 Organolithium Reagents
  10. 視覚を制御する物質からヒントを得た異性化反応

関連商品

注目情報

注目情報

最新記事

女優・吉岡里帆さんが、化学大好きキャラ「DIC岡里帆(ディーアイシーおか・りほ)」に変身!

印刷インキや有機顔料世界トップシェアのDIC株式会社は、2020年1月より、数々のヒット作に出演し、…

tRNAの新たな役割:大豆と微生物のコミュニケーション

畑に生えている大豆の根っこを抜いてみると、丸い粒みたいなものがたくさんできています。根粒(こんりゅう…

第46回―「分子レベルの情報操作を目指す」Howard Colquhoun教授

第46回の海外化学者インタビューは、ハワード・コルクホーン教授です。英国レディング大学の化学科に所属…

長期海外出張のお役立ちアイテム

ぼちぼち中堅と呼ばれる年齢にさしかかってきたcosineです。そんなお年頃のせいでしょうか、…

使っては・合成してはイケナイ化合物 |第3回「有機合成実験テクニック」(リケラボコラボレーション)

理系の理想の働き方を考える研究所「リケラボ」とコラボレーションとして「有機合成実験テクニック」の特集…

有機合成化学協会誌2020年1月号:ドルテグラビルナトリウム・次亜塩素酸ナトリウム5水和物・面性不斉含窒素複素環カルベン配位子・光酸発生分子・海産天然物ageladine A

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2020年1月号がオンライン公開されました。オ…

Chem-Station Twitter

PAGE TOP