ムタロターゼ

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ムタロターゼは、天然酵素遺伝子を制御下でせん断、改変または変異導入することにより、当該酵素の触媒特性、基質特異性または補酵素特異性を変化させ、ヒトの社会的生産および生活のニーズにより適合した酵素とする。

概要

現在、実験室レベルで研究されている酵素は数千種にのぼるが、実用化されているものはごく一部に限られる。主な要因は、これらの酵素が生体内または自然条件下では活性を示す一方、実際の製造プロセスでは活性が著しく低下し、適用が困難である点にある。工業生産では、反応系の多くが酸性・アルカリ性または溶媒系であり、温度も比較的高いため、これらの条件下で多くの酵素は変性する。したがって、工業生産においては酵素の安定性向上が重要である。変異酵素は、天然酵素遺伝子を制御下で切断、改変または変異導入することで、当該酵素の触媒特性、基質特異性または補酵素特異性を変化させ、ヒトの社会的生産および生活のニーズにより適合させる。

図1．ムタロターゼのタンパク質構造。

特性

• 酵素活性の向上

例えば、サブチリシンのMet222をCysに置換すると、触媒活性が大幅に向上する。

• 酵素安定性の向上

T4リゾチームのIle3をCysに置換し、さらに酸化してCys97との間にジスルフィド結合を形成させると、酵素は触媒活性を保持したまま、安定性が大幅に向上する。

• 基質特異性の変更

例えば、トリプシンの基質結合部位におけるGly216またはGly226をAlaに置換すると、基質に対する選択性が向上する。変異体Ala216ではArg含有基質に対するKcat/Kmが増加し、Ala226ではLys含有基質に対するKcat/Kmが増加した。

• 至適pHの変更

サブチリシンのMet222をLysに置換すると、至適pHは8.6から9.6へ上昇した。

• 補酵素要求性の変更

例えば、ジヒドロ葉酸還元酵素の二重変異体（Arg44をThrに置換、Ser63をGluに置換）は、元来のNADPH2よりもNADH2をより選好する。

• アロステリック制御機能の変更

例えば、アスパラギン酸トランスカルバモイル化酵素（ATC）のTyrをSerに置換すると、酵素はアロステリック制御を失う。

• その他の特性の変更

例えば、金属酵素の酸化還元能の改変、特定酵素の構造改変により、特定の阻害剤が標的部位に有効に作用できるようにする、などが挙げられる。

変異酵素の構造変化

• アミノ酸置換

アミノ酸置換により、タンパク質の熱安定性を向上させる目的を達成できる場合が多い。

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.