結晶性セルロースの酵素分解を分子レベルで可視化する

抄録

セルロースの分解効率を向上させると，植物資源から燃料や化成品を生産することが可能となる．しかしながら，セルラーゼによるセルロースの変換は非常に遅い反応であり，変換プロセスの律速となっている．そこで我々は，一秒以下の時間解像度とナノメートルの空間分解能を持つ高速原子間力顕微鏡（HS-AFM）を用いてセルラーゼ分子をリアルタイムに可視化した．トリコデルマ属由来のセロビオヒドロラーゼI（TrCel7A）分子は，結晶性セルロースの表面を一方向に進んでいる様子が観察されたが，その動きは他の分子によって妨げられ，基質表面で交通渋滞を起こしていることが明らかとなった．この分子運動と加水分解反応は同時に起こることから，酵素分子の渋滞は分解反応を抑制していると考えられた．セルロースの結晶形を変化させると移動する分子の数が明らかに変化し，さらに他の酵素（TrCel6A）を混ぜることで移動するTrCel7Aの分子数は爆発的に増加し，分解が促進されていた．