[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

Avatar photo

あぽとーしす

投稿者の記事一覧

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。

関連記事

  1. アメリカで Ph. D. を取る –研究室に訪問するの巻–
  2. 合成とノーベル化学賞
  3. 半導体・センシング材料に応用可能なリン複素環化合物の誘導体化
  4. マテリアルズ・インフォマティクスにおける分子生成の基礎
  5. 「人工知能時代」と人間の仕事
  6. 異なる“かたち”が共存するキメラ型超分子コポリマーを造る
  7. 光を吸わないはずの重原子化合物でも光反応が進行するのはなぜか?
  8. ドーパミンで音楽にシビれる

注目情報

ピックアップ記事

  1. Guide to Fluorine NMR for Organic Chemists
  2. マイクロ波を用いた合成プロセス技術と実用化への道【終了】
  3. とある難病の薬 ~アザシチジンとその仲間~
  4. ルイス酸添加で可視光レドックス触媒の機構をスイッチする
  5. エーザイ、抗体医薬の米社を390億円で買収完了
  6. 芳香族化合物のスルホン化 Sulfonylation of Aromatic Compound
  7. 【12月開催】第十四回 マツモトファインケミカル技術セミナー   有機金属化合物 オルガチックスの性状、反応性とその用途
  8. 昭和電工、異種材接合技術を開発
  9. 金子 弘昌 Hiromasa Kaneko
  10. フルオロホルムを用いた安価なトリフルオロメチル化反応の開発

関連商品

ケムステYoutube

ケムステSlack

月別アーカイブ

2011年11月
 123456
78910111213
14151617181920
21222324252627
282930  

注目情報

最新記事

伊與木 健太 Kenta IYOKI

伊與木健太(いよき けんた,)は、日本の化学者。東京大学大学院新領域創成科学研究科准教授。第59回ケ…

井野川 人姿 Hitoshi INOKAWA

井野川 人姿(いのかわひとし)は、日本の化学者。崇城大学工学部ナノサイエンス学科准教授。第59回ケム…

開発者に聞く!試薬の使い方セミナー2026 主催: 同仁化学研究所

この度、同仁化学研究所主催のオンラインセミナー(参加無料)を開催いたします。注目されるライフ…

町田 慎悟 Shingo MACHIDA

町田 慎悟(まちだ しんご, 1990年 06月 )は、日本の化学者。2026年1月現在、ファインセ…

ガリウムGa(I)/Ga(III)レドックス反応を経る化学変換 ―13族典型元素を基盤とする新規触媒設計への道を拓く―

第690回のスポットライトリサーチは、大阪大学大学院工学研究科(鳶巣研究室)博士後期課程2年の向井虹…

持てるキャリアを生かせるUターン転職を その難題をクリアしたLHHのマッチング力

両親が暮らす故郷に戻り、家族一緒に暮らしたい――そんなUターンの希望を持つ方にとって大きな懸念となる…

ケムステイブニングミキサー2026に参加しよう!

化学の研究者が1年に一度、一斉に集まる日本化学会春季年会。第106回となる今年は、3月17日(火…

理化学研究所・横浜市立大学の一般公開に参加してみた

bergです。去る2025年11月15日(土)、横浜市鶴見区にある、理化学研究所横浜キャンパスの一般…

【ジーシー】新卒採用情報(2027卒)

弊社の社是「施無畏」は、「相手の身になって行動する」といった意味があります。これを具現化することで存…

求人わずかな専門職へのキャリアチェンジ 30代の女性研究員のキャリアビジョンを実現

専門性が高いため、人材の流動性が低く、転職が難しい職種があります。特に多様な素材を扱うケミカル業界で…

実験器具・用品を試してみたシリーズ

スポットライトリサーチムービー

PAGE TOP