酵素の潜在機能とバイオリアクター

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酵素が通常用いられる条件、すなわち希薄酵素系、水溶液系、天然基質に対して示す機能に対して、濃厚酵素系、非水溶媒系、非天然基質系に対して示す機能を潜在機能と定義し、このような酵素機能の系統的解析を通じて酵素反応の基礎的側面を明らかにするとともに、酵素の新機能を開発し、さらにそのバイオリアクターとしての応用を目的として研究を行った結果、以下に記すような成果を得ることができた。(1)濃厚酵素系として、基質特異性の広いアルコール脱水素酵素単一酵素固定化系において、基質共役反応(エタノール、ベンズアルデヒド)によるNADサイクリング反応を筆者らの考案によるアフィニティ・クロマトグラフィック・リアクター方式で行ったところ、NADサイクリング数および酵素安定性が酵素濃度の増大とともに急速に増大することが明らかとなった。(2)低圧逆浸透膜を用いた膜リアクターにより、アラニン脱水素酵素/グルコース脱水素酵素共役系によるNADの高いサイクリングを伴うL-アラニン、L-セリンの連続合成を行うことができ、酵素反応安定性と酵素濃度との間に強い正の相関があること、また、酵素系は牛血清アルブミン添加によっても安定化されることを明らかにした。(3)グルコース-6-リン酸脱水素酵素系に対して、人工基質として、電極より電子を供給し、電気エネルギーにより酵素反応を駆動するシステムを開発した。(4)トリプシンの反応を非水溶媒系において、数種の構造の異なる人工基質系に適用し、反応特性が基質構造・溶媒構造に依存することを示し、その相関関係について検討した。