ムタロターゼ

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ムタロターゼは、これらの酵素の触媒特性、基質特異性、または補因子特異性を、自然酵素遺伝子の制御された剪断、修飾、または変異を通じて変更し、人間の社会的生産と生活のニーズにより適合させる酵素です。

はじめに

現在、研究室で研究された酵素は数千にのぼりますが、その中で使用されているのはごくわずかです。主な理由は、これらの酵素が生物学的または自然条件下で活性を持つ一方、実際の生産システムではその活性が極めて低く、適用できないためです。工業生産では、ほぼすべての反応系が酸、アルカリ、または溶媒系にあり、温度も比較的高いため、ほとんどの酵素はこれらの条件下で変性します。したがって、酵素の安定性を向上させることは工業生産において重要です。変異酵素は、自然酵素遺伝子を制御された方法で切断、修飾、または変異させることにより、これらの酵素の触媒特性、基質特異性、または補因子特異性を変更し、人間の社会的生産と生活のニーズにより適合させます。

図1. Mutarotaseのタンパク質構造。

特性

• 酵素活性の向上

例えば、サブチリシンのMet222がCysに適応すると、その触媒活性が大幅に向上します。

• 酵素の安定性の向上

T4リゾチームのIle3がCysに変更され、Cys97と二硫化結合を形成するよう酸化されると、酵素は依然として触媒活性を持ちますが、その安定性は大幅に向上します。

• 基質特異性の変更

例えば、トリプシンの基質結合部位のGly216またはGly226がAlaに変更されると、酵素の基質に対する選択性が向上します。その中で、変異酵素Ala216はアルギニン含有基質のKcat/Kmを増加させ、Ala226はリジン含有基質のKcat/Kmを増加させました。

• 酵素の最適pHの変更

サブチリシンのMet222がLysに適応すると、その最適pHは8.6から9.6に増加します。

• 酵素の補因子に対する要求の変更

例えば、ジヒドロ葉酸還元酵素の二重変異体（Arg44がThrに変更; Ser63がGluに変更）は、元のNADPH2よりもNADH2により傾いています。

• 酵素のアロステリック調節機能の変更

例えば、アスパラギン酸トランスカルバミラーゼ（ATC）のTyrがSerに変更されると、酵素はアロステリック調節を失います。

• 酵素のその他の特性の変更

金属酵素の酸化還元能力の修飾や特定の酵素の構造の修飾など、特定の阻害剤が標的部位に効果的に作用できるようにします。

変異酵素の構造変化

• アミノ酸置換

アミノ酸の置換は、タンパク質の熱安定性を向上させる同じ目的を達成することがよくあります。

1. Import disulfide bonds.

Proteins containing disulfide bonds are generally not easy to fold and have high stability, and this protein is not easy to denature even in organic solvents or abnormal physiological conditions. When disulfide bonds exist, the thermal stability of the enzyme is improved, and the more disulfide bonds, the more stable the enzyme.

2. The conformation of the peptide chain changes.

Local changes in the peptide chain conformation may lead to protein inactivation, thereby improving the thermal stability of the protein.