メタノールを効率よくエネルギー変換する酵素の立体構造を解明
カーボンニュートラル社会の実現に向けて、メタノールの効率的な資源化が注目されています。本研究では、より効率的なメタノール利用の鍵を探るため、メタノールで成長する酵母 Ogataea methanolica注1） におけるアルコールオキシダーゼ（AOD）注2）という酵素に着目し、その構造と機能の違いをクライオ電子顕微鏡注3）を用いて明らかにしました。AODには複数の種類があり、細胞のエネルギー代謝の出発点となる、メタノールをホルムアルデヒドへと変換する反応においては、それぞれ異なる働きをすることで円滑なメタノール代謝を実現していることが知られていましたが、そのような性質の違いが生じる理由はこれまで明らかではありませんでした。
本研究では、各AODの立体構造を詳細に比較しました。その結果、全体の構造は類似しているものの、酵素の働きを助ける補酵素の結合様式や、周囲のアミノ酸配置に違いがあることが分かりました。これらの違いが酵素の安定性や電子伝達効率に影響し、結果として酵素活性の差異を生み出している可能性が示唆されました。さらに、タンパク質外周の構造の違いが、酵素活性の安定化に関与していることも明らかになりました。これらの知見から、わずかな構造差が酵素機能に大きな影響を与えることが示されました。この成果は、酵素の分子機構の理解を深めるとともに、高効率な酵素設計や、微生物や酵素を利用したバイオプロセス開発につながると期待されます。
本研究成果は、現地時間2026年4月18日にMicrobial Biotechnology誌のオンライン版で発表されました。
Mod1pおよびMod2pの立体構造比較
研究代表者
- 筑波大学 計算科学研究センター 谷 一寿 教授
- 岐阜大学 応用生物科学部 中川 智行 教授
- 理化学研究所 放射光科学研究センター／東北大学 多元物質科学研究所 米倉 功治 グループディレクター／教授
詳しい研究内容について
論文情報
- 雑誌名：Microbial Biotechnology
- 論文名：Cryo-EM structures of alcohol oxidase isozymes reveal structural determinants of cofactor variation and enzymatic activity in Ogataea methanolica
- 著 者： Hao-Liang Cai, Atsuhiro Shimada, Tasuku Hamaguchi, Akira Mizoguchi, Koji Yonekura, Kyohei Tsuchiyama, Masaya Shimada, Akio Ebihara, Kazutoshi Tani, Tomoyuki Nakagawa
- DOI：10.1111/1751-7915.70355
用語解説
- 注1）メチロトローフ酵母 Ogataea methanolica
メタノールなどの炭素数が1つの化合物（C1化合物）を唯一の炭素源およびエネルギー源として利用し、増殖できる酵母。工業用酵素や医薬品の製造に広く利用されている。 - 注2）アルコールオキシダーゼ（AOD）
アルコールを酸化してアルデヒドと過酸化水素を生成する酵素。特にメタノールを基質として酸化する性質を持ち、主に微生物におけるメタノール代謝において重要な役割を果たしている。 - 注3）クライオ電子顕微鏡
生体高分子の立体構造を解析する手法の一つ。タンパク質などの試料を急速凍結して観察することで、結晶化することなく、アミノ酸や原子の位置を明らかにできる。
