非自然なアミノ酸を組み込むことにより,自然な酵素活性を改善する
Isaac N Ugwumba1, Kiyoshi Ozawa, Zhi-Qiang Xu
1Commonwealth Scientific and Industrial Research Organization, Black Mountain, Canberra, Australia.
不自然なアミノ酸を添加した細菌製のフォスフォートリエステラーゼは,農薬の水解が8~11倍に増加することを示しています. これは,デザイナーのアミノ酸が酵素の機能と進化を自然の限界を超えて拡張できることを示しています.
科学分野:
- バイオケミストリー バイオケミストリー
- 酵素工学とは
- 合成生物学 合成生物学とは
背景:
- 細菌のフォスフォートリエステラーゼは,農薬パラオクソンを水解するのに非常に効率的です.
- パラオクソン溶解活性に対する彼らの自然な進化的限界は, . . . に近いと考えられています.
- 周辺活性部位残基は,非化学的触媒段階において役割を果たします.
研究 の 目的:
- 非自然なアミノ酸が,フォスフォートリエステラゼの触媒的転換率を改善できるかどうかを調査する.
- サブストラット結合と製品放出における周辺活性部位残留物の役割を調査する.
- バクテリアのフォスフォトトリエステラゼで増強された殺虫剤の水解活性を作り出す.
主な方法:
- 位309のチロシンは,非自然なアミノ酸:L-(7-ヒドロキシクマリン-4-イル) エチルグリシン (Hco) とL-(7-メチルクマリン-4-イル) エチルグリシンで置き換えられました.
- 比較のために,天然のアミノ酸であるルシン,フェニララリン,トリプトファンが含まれています.
- 触媒効率を評価し,速度を制限するステップを特定するために運動分析を行った.
主要な成果:
- 不自然なHcoアミノ酸は,速度を制限する製品放出ステップを大幅に増加させた.
- Hcoの7ヒドロキシル群は,プロトン解離すると,陰性電荷の産物を静電的に反射する.
- 単一の合理的に設計された変異で触媒活動の8〜11倍の改善を達成しました.
- この改善は,天然のアミノ酸変異を用いた努力を上回っている.
結論:
- 不自然なアミノ酸は,既存の酵素機能を強化する強力なツールです.
- デザイナーのアミノ酸は,酵素進化のための新しい配列と機能的な空間へのアクセスを提供します.
- このアプローチは,酵素を設計し,その自然な能力を超えた重要な可能性を示しています.
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