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乳酸脱水素酵素のフレームワークの再設計によって,特定の,高度に活性なマラート脱水素酵素を生成する

H M Wilks¹, K W Hart, R Feeney

¹Department of Biochemistry, University of Bristol, United Kingdom.

Science (New York, N.Y.)

|December 16, 1988

まとめ

研究者らは,バシルス・ステアソートモフィルス・ラクテート脱水素酵素を改造して,マラートを基質として受け入れるようにした. Gln102----Argの変種は,マラートに有効な酵素を作り出し,成功した基板特異性工学を実証した.

科学分野:

酵素工学とは,酵素工学である.
タンパク質の構造と機能の関係
バイオカタリシスバイオカタリシス

背景:

ニコチナミドアデニンジヌクレオチド (NAD) に依存するL-乳酸脱水素酶 (LDH) は,典型的には乳酸酸化を触媒化する.
酵素活性部位を改変すると,基板特異性が変化します.
バシルス・ステアソートモフィルス (Bacillus stearothermophilus) は,酵素の進化を研究するためのモデル・システムを提供しています.

研究の目的:

L-乳酸デヒドロゲネーゼ基板からマラートデヒドロゲネーゼ活性を持つ新しい酵素を設計する.
酵素基板特異性に対する特定のアミノ酸置換の影響を調査する.
マラート変換のための高効率のバイオカタリストを作成する.

主な方法:

サイト・ディレクテッド・ミュータゲネシスにより,バシルス・ステアソートモフィルスL-乳酸脱水素酶に3つの特定のアミノ酸置換 (Asp197Asn,Thr246Gly,Gln102Arg) を導入した.
酵素動態は,オクサロアセタートの基板特異性および触媒効率 (kcat/Km) を決定するために分析されました.
エンジニアリングされた酵素の性能は,ネイティブマラートおよび乳酸脱水酵素と比較されました.

主要な成果:

この3つの変異はすべて,マラートへの基質偏好をシフトさせた.
Gln102Argの変種は,マラート脱水素酵素の活性と特異性を有意に示した.
このエンジニアリングされた酵素は,オクサロアセタートのkcat/Kmを,ピルバートのネイティブLDH (4.2 x 10^6 M^-1 s^-1) と比較して達成した.
エンジニアリングされた酵素の最大速度 (250 s^-1) は,ネイティブマラート脱水素酶の2倍でした.

結論:

酵素活性部位工学は,基板特異性を成功裏にリダイレクトすることができます.
Gln102Arg変異は,このLDHスキャフォールドでマラ酸脱水素酵素活性を達成するための重要な決定因子です.
この研究は,合理的な酵素設計を通じて,新しい生物触媒を作り出す可能性を示しています.

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