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セルロースは植物细胞の细胞壁を构成する主な成分で、地球上に最も多く存在するバイオマスです。しかし、セルロースは结晶性が高く、分解されにくいという性质があるため、アルコール类や有机酸への変换を困难にしています。自然界では、糸状菌（キノコやカビ）が结晶化したセルロース（结晶性セルロース）を分解することのできるトンネル状の构造をもつ酵素（セルラーゼ）を作り、结晶性セルロースをエネルギー源として利用していることを考えると、その仕组みを明らかにすることができれば、セルロースを有効に使用できる可能性があります。

&肠辞辫测;　鮫岛正浩、五十嵐圭日子
（上図）トンネル构造の长いカビ由来セルラーゼ（Tr颁别濒7础）とトンネル构造が短いキノコ由来セルラーゼ（Pc颁别濒7颁およびPc颁别濒7顿）について、结晶性セルロース表面での反応速度（速さ）とプロセッシビティ（粘り强さ）を比较した。（下図）结晶性セルロースを分解する活性を生化学的に比较したところ、プロセッシビティの高い酵素ほど効率的に结晶性セルロースを分解することが分かった。

今回、东京大学大学院农学生命科学研究科生物材料科学専攻の鮫岛正浩教授と五十嵐圭日子准教授、中村彰彦大学院生（博士课程3年）の研究グループおよび金沢大学の研究グループは结晶性セルロースを分解できる糸状菌由来の3种类のセルラーゼのセルロース上での働きを高速原子间力顕微镜により1分子ずつ直接観察し、それらの活性を生化学的结果と比较しました。その结果、まるでイソップ童话の「ウサギとカメ」のように、结晶性セルロースを分解するために必要な酵素の性质は酵素1分子の‘速さ’ではなく、一度反応を开始したらどれだけ多くの回数セルロース锁を分解できるかという‘粘り强さ’であることを明らかにしました。これは结晶性セルロースにおいてはセルラーゼが反応开始できる箇所が限られているため、いかに反応を始めるかが系全体の効率を决めていることが原因と示唆されます。

本研究の成果はセルロースを有用な有机资源に変换するために、より効率的な酵素をデザインできるようになると期待されます。

论文情报

Akihiko Nakamura, Hiroki Watanabe, Takuya Ishida, Takayuki Uchihashi, Masahisa Wada, Toshio Ando, Kiyohiko Igarashi and Masahiro Samejima,
“Trade-off between processivity and hydrolytic velocity of cellobiohydrolases at the surface of crystalline cellulose”,
The Journal of the American Chemical Society Online Edition: 2014/2/26, doi: 10.1021/ja4119994.

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