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アルギン酸分解

概要

アルギン酸 (alginate) は褐藻類 (昆布やワカメなど) や一部の細菌に含まれる直鎖状の多糖。β-D-mannuronate (M) とその C-5 エピマーである α-L-guluronate (G) が配列した糖鎖で、分子中には poly(M) 領域、poly(G)、および poly(MG) 3つの領域が存在する。
  • (A) poly-β-d-mannuronate [polyM)]
  • (B) poly-α-L-guluronate [polyG)]
  • (C) heteropolymer [polyMG)]
現在産業利用されているアルギン酸は全て海藻からの抽出によって製造されている。
Block sites of alginate polymer and alginate lyase reactions.
Block sites of alginate polymer and alginate lyase reactions.
A, MM; B, GG; C, MG block sites. M and G represent β-d-mannuronate and α-l-guluronate. Vertical arrows indicate cleavage sites for alginate lyase reactions and horizontal arrows indicate those for reactions. --Yamasaki (2004) Fig. 1 一部改変

機能に関する知見

機能を示すメカニズム

アルギン酸は alginate lyase (NRULE_0226 NRULE_0227) による β-elimination によって分解される。alginate lyase は幅広い生物で同定されている一方で、アルギン酸構成糖の配列が複雑なため、反応機序や 系統的分布など不明な酵素も多い。
EC number
UniProt-Swiss-prot では、 alginate lyase は EC 4.2.2.3 で登録されているが実際は MM 分解のみでなく、MG 分解も可能。EC 4.2.2.11 の登録は UniProt 全体で2件あり、内1件で実験で活性が確認されている。
  • EC 4.2.2.3 Poly(beta-D-mannuronate) lyase
  • EC 4.2.2.11 Poly(alpha-L-guluronate) lyase
CAZy family
現在活性が確認されているバクテリアの alginate lyase は CAZy family PL-5 か PL-7 に分類されている。一般的に PL-5 は poly(M)、PL-7 は poly(G) 分解する、と言われているが、実際は MG、GM 結合両方を切断することが多い。
Protein structures
実験で活性が報告されている alginate lyase は大きく5つのタイプに分けられる。MM、MG、GG の選択性とモチーフ構成は一致しない。
Protein structures of Alginate lyase
Protein structures of Alginate lyase
A9CEJ9 Agrobacterium tumefaciens, O52195 Azotobacter vinelandii, Q59639 Pseudomonas alginovora, Q06365 Pseudomonas sp. (strain OS-ALG-9), Q308B3 Vibrio sp. O2

機能を持つことが知られている生物

alginate lyase はバクテリアから海洋動物までアルギン酸を分解・利用できる幅広い生物で同定されている。 細菌では、Azotobacter vinelandii、Vibrio sp. QY101、および など Proteobacteria を中心に活性を持つことが実験で確認されている。 グラム陽性菌では、Corynebacterium sp. ALY-1 で結晶構造解析の報告がある。

実用化例

農学・医学分野で様々な応用研究が進行中である。
  • 褐藻類のプロトプラスト化への利用
    昆布などの遺伝子抽出などを阻害する強固な細胞壁を分解することから、品種管理に役立てる試み。
  • 生理活性作用のあるアルギン酸オリゴ糖の探索
    アルギン酸分解で得たオリゴ糖が植物組織の成長や分化を促進するオリゴサッカリン、腸内細菌の生育を促すビフィズスファクターとして機能することが報告されている。
    オリゴサッカリン: 植物組織に対して低濃度でシグナル物質として働くオリゴ糖
    ビフィズスファクター: ビフィズス菌の成長促進効果のある物質
  • アルギン酸からのバイオエタノール製造
    発電所の取水口に集まる海藻で、乾燥・粉末化工程などを省略し、セルラーゼやアルギン酸リアーゼなどを用いて直接液化と糖化を同時に行うことでエタノール製造の効率化に成功した、との報告あり。
  • バイオフィルム分解
    Pseudomonas aeruginosa のバイオフィルム主成分であるアルギン酸を分解する alginate lyase を感染症治療に応用できないか検討中。

参考文献

  • Yamasaki, M. et al. (2004). Structure and function of a hypothetical Pseudomonas aeruginosa protein PA1167 classified into family PL-7: a novel alginate lyase with a beta-sandwich fold. J Biol Chem. 279(30):31863-31872. PMID: 15136569
  • Yamasaki, M. et al. (2005). A structural basis for depolymerization of alginate by polysaccharide lyase family-7. J Mol Biol. 352(1):11-21. PMID: 16081095
  • Ertesvag, H. et al. (1998). Biochemical properties and substrate specificities of a recombinantly produced Azotobacter vinelandii alginate lyase. J Bacteriol. 180(15):3779-3784. PMID: 9683471
  • Osawa, T. et al. (2005). Crystal structure of the alginate (poly alpha-l-guluronate) lyase from Corynebacterium sp. at 1.2 A resolution. J Mol Biol. 345(5):1111-1118. PMID: 15644208

関連外部リンク

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（更新日 2014/03/12）