理工学部

応用化学科

本研究の主眼点は，バイオテクノロジーの基幹技術を用いて安定で有用機能を持った酵素，マイクロモーター等の作製と人工蛋質設計の基礎理論を打ち立てることにある。生体触媒としての酵素は，常温・常圧・中性pH付近のマイルドな条件下で反応し，基質・反応特異性（キラル選択性もある）を合わせ持っているが，通常，一般化学触媒のような大量入手が困難で，不安定なものが多いのが難点である。本研究室では好熱菌由来の熱安定酵素を用いているが，最近のバイオテクノロジーの進展に伴って，従来の固定化・修飾法に加えて，合成DNAとPCR法を用いた部位特異的配列置換法やドメイン・モジュール置換法等による蛋白工学，進化理論を応用した進化分子工学が可能になってきた。ここでは，蛋白分子進化機構解明や高付加価値キラル分子合成酵素と丈夫な機能性蛋白デザインの為に，耐熱性・高立体選択性リパーゼ，エステーラーゼ等の有用蛋白質の超発現システムの確立，リパーゼ・スーパーインデューサー作用の分子機構解明，既に発展した酵素の進化分子工学的手法を用いた進化分子機構解明と，酵素機能改良への応用を模索している。

本研究の目的は，生育条件変化に対応した好熱菌PS3のシトクロム酸化酵素へのヘムの取り込みの分子機構を遺伝子発現レベルから明らかにするとともに，タンパク工学的手法を用いて個別発現（ヘム構成を人為的に変える）と再構成を行って，本酵素，ヘムO合成酵素，及びヘムA合成酵素の機能を明らかにすることである。また，分子進化工学的手法を用いた高熱菌遺伝子の発現効率増大，エネルギー変換効率の高い好熱菌由来本酵素遺伝子クラスターの他生物種への導入による各種発酵生産の効率上昇の材料としたい。好熱菌由来のタンパク質は，熱や有機溶媒に耐性を示し，容易に高次構造を再構成出来るため，高次の生体機能をシミュレートする最もよい材料の一つと考えられる。

ATP合成酵素は，電気化学ポテンシャル差（ΔμH^＋）によって駆動され，ATP（生体エネルギーの通貨）を合成する。最近では，ATP合成酵素が回転するモータであることが解ってきて，再度脚光を浴びつつある。本研究の主眼点は，バイオテクノロジーの基幹技術を用いて生体エネルギー変換の分子機構を解明することにある。

電子伝達系の末端に位置するシトクロムc酸化酵素（ヘム含有）は，分子状酸素を利用して，酸化還元のエネルギーを生体膜内外の電気化学ポテンシャル差（ΔμH^＋）に変換する（H^＋−ポンプ機能）。生物は，このΔμH^＋のエネルギーを利用してATP（生体エネルギーの通貨）を合成したり，鞭毛モーターを回転させたりしている。本研究の主眼点は，ΔμH^＋とモーター回転機構の関係を解明するとともに，安定な鞭毛モーター再構築の基礎理論を打ち立てることにある。