グルコース脱水素酵素

グルコース脱水素酵素は、β-D-グルコースをβ-D-グルコース-1,5-ラクトンに酸化し、補因子NADP⁺をNADPHに還元するか、あるいはより少ない程度でNAD⁺をNADHに還元します。この酵素は、バチルス・メガテリウム、バチルス・サブチリス、グルコノバクター・サブオキシダンス、ハロバクテリウム・メディテレニウム、アシドフィルス、チオバチルスなど、さまざまな生物に存在します。グルコース脱水素酵素は、NADP⁺およびNAD⁺を補因子として受け入れます。したがって、この酵素はNADPHまたはNADHの再生に適した候補です。これは、プロキラルケトン化合物の非対称還元に関心があり、キラルヒドロキシル基やアミノ酸、アルコールを生成するための重要な原材料および出発材料であり、重要な物質の合成において重要です。現在使用されているほとんどの酸化還元酵素は、ニコチンアミド補酵素に依存しています。NADHの再生は、フォルミル酸/フォルミル酸脱水素酵素（FDH）に基づいており、最高の開発段階に達しています。

図 1. グルコース脱水素酵素のタンパク質構造。

グルコース脱水素酵素の構造と機能の関係

異なる供給源からのグルコース脱水素酵素は類似の機能を持っていますが、一次構造と空間構造には特定の違いがあります。バチルス・メガテリウムとバチルス・サブチリス由来のグルコース脱水素酵素の相同性を比較したところ、23の構造遺伝子に遷移、30の転換、1の反転、3の挿入または欠失が見つかりましたが、シフトは見つかりませんでした。コード。2つの酵素サブユニットの相同性は85%であり、2つの進化的な時間が類似していることを反映しています。

グルコース脱水素酵素の供給源

現在、国内外の研究者は主に牛の心臓の発酵や、バチルス・メガテリウム、バチルス・サブチリス、バチルス・プミルス、カルシウムアセテート固定化バチルス（アシネトバクター・カルコアセティクス）、好塩古細菌（ハロバクテリウム・メディテレニウム）などのさまざまな微生物からこの酵素を得ています。トランスケトラーゼ欠損（好熱酸性古細菌）など。トランスケトラーゼ欠損のバチルス・サブチリス由来のDHは、高い酵素生産能力のために容易に精製され、広く受け入れられ、応用されています。

グルコース脱水素酵素の分離、精製および動力学的特性

現在、外国の高収率QHは一般的に遺伝子をクローニングし、E. coli発現ホスト細菌に変換し、微生物の発酵によって得られます。細胞内酵素としてDHを研究するためには、細胞を破壊して細胞フリー抽出物を準備し、酵素活性を測定する必要があります。破砕効率と酵素タンパク質の特異性を考慮して、国内では凍結融解法や超音波破砕法がよく使用されます。海外では、高圧細胞破壊装置を使用して異なる供給源からのグルコース脱水素酵素を得る人もいます。彼らの触媒活性は非常に類似していますが、構造は異なり、もちろん特性も異なります。したがって、酵素に適切な精製方法を選択する必要があります。豚肝臓のβ2D2グルコース脱水素酵素は多機能酵素であり、TritorX2114を用いて小胞体から分離でき、NAD⁺を用いてアガロースゲルカラム上のNADP⁺に結合した酵素を精製します。

応用

GDHの応用分野の1つはNADHの再生です。文献にはいくつかの例があります。バチルス属のGDHは、牛肝グルタミン酸脱水素酵素を用いた還元アミン化により、2-ケト-6-ヒドロキシヘキサン酸をL-6-ヒドロキシノルレシンに合成・変換する際にNADHを再生します。同じ目的でバチルス由来のGDHが使用されます。Pseudomonas putida IAM12014のL-カルニチン脱水素酵素は、3つの脱水カルニチンからL-カルニチンを生成します。GDHの別の応用はNADPHの再生です。4-クロロ-3-オキソブチル酸エチルエステルを非対称に還元するために、S. サルモネラのアルデヒド還元酵素がバチルス・メガテリウムのGDHと結合し、NADPH再生剤として共同発現されました。GDHからのグルコノバクター・スケレトリウムKY3613は、L-フォレート生成の補因子回収に使用されます。6-リン酸グルコース脱水素酵素もNADPHを再生できます。市販のグルコース6-リン酸脱水素酵素と、レプトバクテリウム・エンテリティディスからのグルコース6-リン酸脱水素酵素の再生が使用されました。私たちは、バチルス・サブチリスのグルコース脱水素酵素とNADP⁺-依存性（R）-特異的アルコール脱水素酵素（E. coliで過剰発現）を立体選択的に生産しました。E. coli細胞には十分な補因子再生システムがないため、2つの遺伝子をE. coliで共同発現し、全細胞バイオトランスフォーメーションを行う共同発現システムを開発しました。

参考文献