[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

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. 米国へ講演旅行にいってきました:Part I
  2. 触媒的芳香族求核置換反応
  3. 有機合成化学協会誌2021年7月号:PoxIm・トリアルキルシリ…
  4. 酸で活性化された超原子価ヨウ素
  5. 企業の研究開発のつらさ
  6. PdとTiがVECsの反応性をひっくり返す?!
  7. アスピリンの合成実験 〜はじめての化学合成〜
  8. 光照射による有機酸/塩基の発生法:①光酸発生剤について

コメント、感想はこちらへ

注目情報

ピックアップ記事

  1. できる研究者の論文作成メソッド 書き上げるための実践ポイント
  2. 114番元素と116番元素が正式認可される
  3. ムレキシド反応 Murexide reaction
  4. そこまでやるか?ー不正論文驚愕の手口
  5. Nrf2とKeap1 〜健康維持と長寿のカギ?〜
  6. 男性研究者、育休を取る。
  7. 全フッ素置換シクロプロピル化試薬の開発
  8. 化学者のためのエレクトロニクス入門④ ~プリント基板業界で活躍する化学メーカー編~
  9. 【マイクロ波化学(株)ウェビナー】 #環境 #SDGs マイクロ波によるサステナブルなものづくり (プラ分解、フロー合成、フィルム、乾燥、焼成)
  10. 低分子医薬に代わり抗体医薬がトップに?

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

有機合成化学協会誌2024年4月号:ミロガバリン・クロロププケアナニン・メロテルペノイド・サリチル酸誘導体・光励起ホウ素アート錯体

有機合成化学協会が発行する有機合成化学協会誌、2024年4月号がオンライン公開されています。…

日本薬学会第144年会 (横浜) に参加してきました

3月28日から31日にかけて開催された,日本薬学会第144年会 (横浜) に参加してきました.筆者自…

キシリトールのはなし

Tshozoです。 35年くらい前、ある食品メーカが「虫歯になりにくい成分」を使ったお菓子を…

2つの結合回転を熱と光によって操る、ベンズアミド構造の新たな性質を発見

 第 608回のスポットライトリサーチは、北海道大学大学院 生命科学院 生命科学専攻 生命医…

スポットライトリサーチ まとめ【初回〜第200回まで】

ケムステの人気企画スポットライトリサーチ、2015 年に始まって以来、2024 年現…

【産総研・触媒化学融合研究センター】新卒・既卒採用情報

触媒センターでは、「個の力」でもある触媒化学を基盤としつつも、異分野に積極的に関…

Zachary Hudson教授の講演を聴講してみた

bergです。この度は2024年3月11日に東京大学本郷キャンパスにて開催されたBritish Co…

ケムステイブニングミキサー 2024 報告

3月18日から21日の日本化学会第104春季年会に参加されたみなさま、おつかれさまでした!めちゃ…

日本農芸化学会創立100周年記念展に行ってみた

農芸化学という学問分野はご存知でしょうか?農業と化学は分かるけど、芸って何だよって一瞬思いますよ…

大川原化工機株式会社のはなし

Tshozoです。本記事タイトルの企業、ニュースなどでその名前を知った方も多いと思われます。実は…

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