第1編 酵素の探索
第1章 アルカリ酵素 尾崎克也 伊藤進
1 アルカリ酵素と好アルカリ性微生物 3
2 アルカリ酵素の産業用途 4
3 アルカリプロテアーゼ 4
4 アルカリセルラーゼ 6
5 アルカリα-アミラーゼ 8
6 その他のアルカリ酵素 10
7 アルカリ酵素の高生産化 10
第2章 耐熱性DNAポリメラーゼ 北林雅夫 西矢芳昭
1 耐熱性酵素の宝庫:極限環境微生物 13
2 産業用酵素としての耐熱性DNAポリメラーゼ 14
3 新規な耐熱性DNAポリメラーゼの探索 16
4 KOD DNAポリメラーゼのPCRへの応用 17
5 KOD DNAポリメラーゼの更なる改良:耐熱性アクセサリータンパク質の探索 19
6 今後の展望 22
第3章 好冷性酵素 栗原達夫 江崎信芳
1 低温適応生物と好冷性酵素 24
2 好冷性酵素の特性 25
3 好冷性酵素の構造的特徴 26
3.1 疎水性相互作用 26
3.2 表面親水性 27
3.3 静電相互作用 27
3.4 二次構造 27
3.5 ループ構造 28
3.6 その他の構造的特徴 28
4 好冷性酵素の利用 28
4.1 洗剤用酵素 28
4.2 食品加工用酵素 29
4.3 分子生物学研究用酵素 29
4.4 その他の利用法 30
5 将来展望 30
第4章 有機溶媒耐性酵素 伊藤伸哉 牧野祥嗣
1 はじめに 32
2 有機溶媒耐性について 32
3 酵素反応に使用する有機溶媒について 33
4 有機溶媒耐性からみた酵素の修飾と固定化 36
5 有機溶媒耐性酵素のスクリーニング戦略 38
6 進化分子工学的手法による有機溶媒耐性酵素の創製 38
7 おわりに 41
第5章 深海微生物からの有用酵素の探索 秦田勇二 大田ゆかり 日高祐子 能木裕一
1 はじめに 42
2 深海環境と微生物多様性 42
3 深海微生物由来アガラーゼの探索 44
3.1 海洋未利用資源としての紅藻類 44
3.2 新規アガラーゼの探索 44
3.2.1 ネオアガロ6糖生成β-アガラーゼ 44
3.2.2 耐熱性ネオアガロ4糖生成β-アガラーゼ 45
3.2.3 ネオアガロ2糖生成β-アガラーゼ 46
3.2.4 α-アガラーゼの探索とその利用 47
4 ラムダカラギナーゼの発見 48
5 酸化剤耐性アミラーゼの発見 49
6 トレハロース生成酵素の発見 50
7 おわりに 51
第6章 メタボローム解析の原理と応用 福崎英一郎
1 はじめに 53
2 メタボロミクスに用いる質量分析 54
3 質量分析計を用いる場合の定量性について 56
4 メタボロミクスにおけるデータ解析 56
5 おわりに 61
第2編 酵素の改変
第1章 進化工学的手法による酵素の改変 宮崎健太郎
1 はじめに—蛋白質は進化の所産である— 67
2 定方向進化—蛋白質分子の優生学— 68
3 遺伝子バリエーションを生み出すさまざまな変異方法 70
3.1 点突然変異(ランダム点変異) 70
3.2 サチュレーション変異(Saturation mutagenesis) 71
3.3 DNAシャフリング(ランダム遺伝子組換え) 72
4 選択圧の設定—What you get is what you screen for. 74
4.1 正しいガイドに沿った例 74
4.2 経路からそれてしまった例 75
5 おわりに 76
第2章 極限酵素の分子解剖・分子手術
—アルカリキシラナーゼを例にとり— 中村聡
1 はじめに 77
2 アルカリ性条件下で高活性を示す新規アルカリキシラナーゼ 78
2.1 キシラナーゼの分類 78
2.2 アルカリキシラナーゼ生産菌の検索とキシラナーゼ遺伝子の解析 79
3 触媒ドメインの解析 80
3.1 キシラナーゼの反応機構と立体構造 80
3.2 触媒活性に関与するアミノ酸残基の特定 82
3.3 アミノ酸置換による反応至適pHの変換 84
4 キシラン結合ドメインの解析 85
4.1 キシラナーゼに見られる付加ドメイン 85
4.2 C末端機能未知領域の機能解明 86
4.3 キシラン結合に関与するアミノ酸残基の特定 87
4.4 変異型XBDを利用したキシラナーゼの機能向上 89
5 おわりに 91
第3章 酵素のハイブリッド化による新機能の付与 春木満 金谷茂則
1 はじめに 93
2 DNAを連結したリボヌクレアーゼHによるRNAの配列特異的切断法の開発 93
2.1 大腸菌RNase HIを用いたハイブリッド酵素の作成 94
2.2 高度好熱菌RNase HIを用いたハイブリッド酵素の構築 96
3 おわりに 98
第4章 ランチビオティック工学における新規酵素反応 麻生祐司 永尾潤一 中山二郎 園元謙二
1 はじめに 99
2 ランチビオティックの分類と生合成・自己耐性機構 99
2.1 タイプAランチビオティック 100
2.2 タイプBランチビオティック 100
2.3 ランチビオティックの生合成・自己耐性機構 101
3 ランチビオティック修飾酵素の種類と特徴 102
3.1 異常アミノ酸形成酵素(LanB. LanC/LanM) 102
3.2 脱炭酸酵素(LanD) 104
3.3 リーダーペプチダーゼ(LanP) 104
3.4 菌体外輸送タンパク質(LanT) 105
4 ランチビオティックnukacin ISK-1に関する研究 105
5 ランチビオティック工学における新規酵素反応 105
5.1 nukacin ISK-1における研究 105
5.2 他のランチビオティックにおける研究 106
5.3 ランチビオティック工学における自己耐性機構の解析 107
6 おわりに 107
第3編 酵素の安定化
第1章 ナノ空間場におけるタンパク質の機能と安定化 梶野勉 福嶋喜章
1 はじめに 113
2 メソポーラス多孔体が有するナノ空間場 113
3 ナノ空間場に固定された酵素の機能 114
3.1 細孔径に依存した酵素の安定化 114
3.2 FSM/Manganese Peroxidase (MnP)複合体による連続酵素反応 116
3.3 FSM/Myoglobin複合体の基質特異性 117
3.4 膜タンパク質の安定化 118
4 ナノ空間場における酵素の安定化メカニズム 119
5 今後の展望 120
第2章 超好熱菌由来シャペロニン共包括による固定化酵素の安定化 香田次郎 矢野卓雄
1 緒言 122
2 シャペロニン 122
3 シャペロニンによる遊離酵素、固定化酵素の安定化 125
4 シャペロニンによる高温における遊離酵素の安定化効果 127
5 シャペロニンによる低温における酵素の長期安定化効果 128
6 ゲル包括酵素に対するシャペロニンの安定化効果 129
7 結言および今後の展望 130
第3章 セリシンによる酵素の安定化 岸本高英 佐々木真宏
1 はじめに 133
2 酵素安定化剤 133
3 セリシンとは 134
3.1 セリシンの特徴 134
3.2 保湿性 135
3.3 熱安定性 135
3.4 セリシンペプチド 136
4 セリシンによる酵素の安定化 136
4.1 凍結保護作用 137
4.2 酵素安定化作用 138
5 おわりに 140
第4章 酵素をラッピングする糖アミノ酸誘導体型ヒドロゲル 浜地格
1 はじめに 141
2 糖アミノ酸誘導体から形成される自己組織的なヒドロゲル 141
3 糖アミノ酸誘導体型ヒドロゲルによる酵素/タンパク質のラッピング 144
4 セミウエットな酵素/タンパク質チップへの応用 146
第4編 酵素の反応場・反応促進
第1章 イオン液体を反応媒体に用いる酵素触媒反応 伊藤敏幸
1 はじめに 153
2 イオン液体と生体触媒 154
3 イオン液体溶媒中のリパーゼ触媒不斉反応 155
4 イオン液体の純度の重要性 158
5 イオン液体の種類と酵素活性 159
6 PEGアルキルスルホン酸イミダゾリウム塩イオン液体によるリパーゼの活性化 162
7 おわりに 164
第2章 有機溶媒での酵素反応 広瀬芳彦
1 はじめに 168
2 水中と有機溶媒中での酵素反応の比較 168
3 有機溶媒による立体選択性への影響 172
4 有機溶媒中での酵素の反応性向上 174
5 おわりに 177
第3章 内核に酵素反応場を有するコアーシェル型ナノ組織体 原田敦史
1 はじめに 179
2 酵素内包ポリイオンコンプレックスミセル 180
3 可逆的なミセル形成に同期した酵素機能のON-OFF制御 181
4 ナノスコピックな酵素反応場としてのミセル内核 182
5 パルス電場に応答した酵素機能のON-OFF制御 184
6 コア架橋型酵素内包ポリイオンコンプレックスミセル 185
7 まとめ 186
第4章 Water-in-Oilエマルションを用いた微小反応系の構築 中野道彦 水野彰
1 微小反応場を提供するW/Oエマルション 188
2 微小反応場としてのW/Oエマルションの利用 189
2.1 無細胞タンパク合成系への応用 189
2.2 PCRへの応用 190
2.3 顕微鏡下あるいはマイクロチャンネル微小反応装置でのW/Oエマルションの利用 192
3 W/Oエマルションの形成方法 194
3.1 試験管内で反応を行う場合 194
3.2 顕微鏡下あるいはマイクロチャンネル微小反応装置での液滴の形成 195
4 まとめ 196
第5章 マイクロリアクターを用いる酵素反応プロセス 宮崎真佐也 本田健 前田英明
1 はじめに 198
2 マイクロリアクターを用いる酵素反応プロセス技術 199
2.1 液相反応 199
2.2 マイクロチャネル内部への固定化酵素の導入 200
2.3 マイクロチャネル表面への酵素の固定化 201
2.4 膜形成による固定化 203
3 マイクロリアクターを用いる酵素反応プロセス 204
4 今後の展望 208
第6章 酵素反応を促進するマイクロ波の効果 大内将吉
1 はじめに 210
2 マイクロ波加熱のしくみと、マイクロ波有機化学 210
3 酵素反応の促進のためのマイクロ波利用の事例 212
4 リン酸エステル加水分解酵素へのマイクロ波利用 213
5 遺伝子増幅反応へのマイクロ波利用 215
第5編 酵素の固定化
第1章 酵母表層への酵素の固定化と応用 谷野孝徳 近藤昭彦
1 はじめに 221
2 酵母表層ディスプレイ法とアンカータンパク質 221
3 リパーゼアーミング酵母とその応用 223
3.1 ROLアーミング酵母の開発ならびにバイオディーゼル燃料生産への応用 223
3.2 ROLアーミング酵母の光学分割反応への応用 225
3.3 CALBアーミング酵母の開発ならびに重合反応への応用 226
4 アーミング酵母を用いたバイオマスからのバイオエタノール生産 227
4.1 アミラーゼアーミング酵母の開発ならびにデンプンからのエタノール生産 227
4.2 セルラーゼアーミング酵母の開発並びにセルロースからのエタノール生産 228
5 酵母細胞表層ディスプレイ法とコンビナトリアル・バイオエンジニアリング 229
6 その他の宿主細胞表層ディスプレイとその応用 230
7 おわりに 230
第2章 多孔性膜への酵素の固定化と応用 斎藤恭一
1 多孔性膜を酵素固定用担体として用いる利点 232
2 放射線グラフト重合法による多孔性膜へのグラフト鎖の付与 233
3 グラフト鎖搭載多孔性膜への酵素の固定 234
4 酵素固定多孔性膜の性能 235
4.1 α-アミラーゼ 235
4.2 アミノアシラーゼ 236
4.3 アスコルビン酸オキシダーゼ 236
4.4 環状オリゴ糖合成酵素 238
4.5 デキストラン合成酵素 238
4.6 ウレアーゼ 240
4.7 コラゲナーゼ 241
5 おわりに 242
第3章 導電性高分子への酵素固定とバイオセンサーおよびバイオ燃料電池への応用 下村雅人
1 はじめに 243
2 生物関連物質の分子認識 243
3 バイオセンサーの構成 244
4 生物関連物質の固定化 245
5 電流検知型バイオセンサー 246
6 酵素固定化電極を用いるバイオ燃料電池 250
7 おわりに 251
第4章 レーザーを用いた固体基板への酵素固定 坪井泰之
1 はじめに 253
2 パルスレーザー堆積法による酵素固定 254
3 レーザー転写法による酵素固定 257
4 LIFT法によるルシフェラーゼ固定型ATP検出チップ 259
第5章 繊維への酵素の固定化,エアフィルターへの応用 田中大輔 高蔵晃
1 はじめに 263
2 室内空気環境 264
3 酵素によるアレルゲンの不活化 265
4 超耐熱性酵素 268
4.1 超耐熱性酵素とは 268
4.2 Pfu Protease S 268
4.3 Pfu Protease Sの性状(安定性、基質特異性) 268
4.4 Pfu Protease Sの応用 270
5 エアフィルターへの酵素の応用 271
5.1 エアフィルターへの酵素の加工 271
5.2 バイオクリアフィルターの特徴 271
6 おわりに 274
第6章 PEG/酵素共固定化金ナノ粒子の調製と機能 原暁非 長崎幸夫
1 はじめに 275
2 酵素の固定方法 276
3 固定した酵素の安定性 278
3.1 高イオン強度下での分散安定性 278
3.2 耐熱安定性 278
4 他酵素の固定化 279
5 おわりに 280
第7章 磁性ビーズへの酵素の固定化 岸田昌浩 松根英樹
1 無機担体への酵素の固定化技術 282
2 磁性シリカナノビーズへのラッカーゼの固定化 284
3 磁性シリカビーズ固定化ラッカーゼの調製条件の最適化 285
4 ビーズ中におけるラッカーゼの固定化状態 287
5 有機溶媒中で活性発現する磁性ナノビーズ固定化ラッカーゼ 289
6 おわりに 290
第8章 リン脂質ポリマーナノ粒子表面への酵素の固定化とナノ診断デバイスの構築 金野智浩 石原一彦
1 はじめに 291
2 生体分子を固定化するリン脂質ポリマーの分子設計 292
3 表面にタンパク質分子を固定化できるリン脂質ポリマーナノ粒子 293
4 酵素固定化ナノ粒子の機能 294
5 複合固定化ナノ粒子の機能 295
6 新しい診断デバイスの構築 296
7 おわりに 298
第9章 磁性ナノ粒子への酵素の固定化 近藤昭彦 大西徳幸
1 はじめに 301
2 革新的な磁性ナノ粒子 301
3 熱応答性高分子とは 302
4 熱応答性磁性ナノ粒子の合成 303
5 タンパク質分離および選択的な固定化への応用 305
6 酵素固定化への応用 307
7 将来展望 308